基于電液比例閥控制的液壓系統的研究

賈 愷

（同煤集團王村煤業有限責任公司， 山西 大同 037032）

引言

20世紀60年代世界各地開始進行電業控制技術的研究，總體上該技術的發展可分為三個階段[1-3]。20世紀60年代中期至70年代中期為第一階段，該階段以瑞士的KL電液比例閥為標志，但其在設計過程中對結構進行了制約，存在一定局限；20世紀70年代后期到80世紀末為第二階段，該階段設計的電液比例閥的工作頻率得到顯著提升，試用范圍較廣；20世紀90年代初期之后為發展的第三階段，該階段電液比例閥大量應用于液壓系統的工作中，而且產生了大量的電液一體化形式的液壓元件，從而為大功率液壓系統的應用和發展提供了重要保障。

1 電液比例控制的特點

該系統的主要特點表現為通過比例控制形式來調控液壓元件，保證輸入和輸出信號的線性響應。如今電液比例控制技術的快速發展還得益于其良好的控制性，由于較高的控制精度在液壓系統中的工作穩定性較高。但是該技術也存在較多的缺點，比如容易發生故障，抗污染能力較弱，同時在防火工作未做好的地方引發火災的概率也較高[4]。隨著研究技術的發展電液比例控制技術的諸多缺陷可以得到有效解決。

2 液壓系統的建模

根據電液比例閥的工作機理和構成元件，對其工作特性和啟停功能進行合理研究，進而進行合理模型的建立，液壓系統模型如圖1所示。

圖1 液壓系統所建模型示意圖

3 液壓系統的仿真分析

由于受到電液比例閥入口開啟量和彈簧工作特性的影響，在一段時間里沒有液壓油流入比例閥，比例閥內部沒有形成聯通，則據此可以分析所建模型的合理性。模擬過程中，設置10 s的仿真時間，數據記錄的間隔為0.1 s，則得到的液壓系統活塞位移變化規律如圖2所示。

圖2 液壓系統活塞位移-時間示意圖

從圖2中可以看出，時間從0～7.7 s，隨著時間的延長，液壓系統活塞變形呈現為線性變化，從0 m增大到了0.5 m，這是由于系統流量隨著系統的逐漸調高而減小。液壓系統在調高過程中受到周圍載荷的影響，故在模擬時輸入負載信號，模擬過程中，設置0.5 s的仿真時間，數據記錄的間隔為0.01 s，由此得到的活塞響應速率的變化規律，如下頁圖3所示。

從圖3中可以看出，根據液壓系統活塞響應速率隨時間的變化趨勢可分為三個階段：第一階段為0～0.14 s的范圍內，在該階段活塞響應速率隨著時間的延長逐步加快，增大到了0.054 m/s，該值也是模擬時間內響應速率的最大值；第二階段為0.14～0.18 s的范圍內，在該階段活塞響應速率很快從0.054 m/s降到了0.05 m/s；第三階段為0.18～0.5 s的范圍內，在該階段活塞響應速率保持在0.05 m/s不變。總體上，在電液比例閥工作過程中液壓油流量的控制較好，故液壓系統工作較為穩定。為了體現電液比例閥控制液壓系統的優越性，以普通電液閥為比較對象，進行了兩種閥的仿真分析，得到兩種情況下液壓系統活塞運行速率的變化特征，如圖4所示。

圖3 液壓系統活塞響應速率-時間示意圖

圖4 液壓系統活塞運移速率隨時間的變化示意圖

從圖4中可以看出，當基于電液閥控制液壓系統時，在開始運行階段電液閥無法較好的控制液壓油流量，故波動較為顯著；而電液比例閥控制液壓系統對閥口的調控性優越，對液壓油流量的控制精確；當兩種情況下活塞運移均達到穩定時，電液比例閥控制下液壓系統活塞的運移速率要更高，對外界環境的適應性強，可保證系統的穩定運行。

4 結語

對電液比例閥控制的液壓系統進行建模與仿真分析，可知：在電液比例閥工作過程中液壓油流量的控制較好；當負載較大時，電液比例閥工作的穩定性降低，受載荷影響較大；與普通電液閥相比，電液比例閥控制液壓系統對閥口的調控性優越，對液壓油流量的控制精確，可保證系統的穩定運行。