影響電液比例溢流型三通天天5G新官方入口輸出壓力囚素的數值分析
摘要：液動力、彈簧力、液壓力等內部擾動影響壓力控製閻的輸出量與控製量的關係。本文通過數值分析非線性電液比例溢流型三通天天5G新官方入口的輸出量受控製量和幹擾量的影響，為定量設計分析液壓閥提供一種使內部擾動影響小化的新方法。
關鍵詞：壓力控製閥；非線性係統；數值分析；內部擾動影響；小化
中圖分類號：THl37．52 文獻標識碼：A 文章編號：100l一388l（2007）12一099—3
Numerical Analysis on the IIlfluence of output Pressure ofThree-way Pilot PI．opOrtional Pressure Reducing ValVeJlANG Fuxiang（Huaian College of Info哪ation Technology， Huaian Jiangsu 223003， China）Abst忸ct：The relation between output pressure and manipulated va—ables iB胡．ected by intenlal disturbance 8uch船now forces，elastic forces，pressure etc．The iIlfluence of m趴ipuIated variables肌d intemal disturbance on the controlled variable of山ree·way pilot
proporti∞al pressure reducing valve w硒analyzed． It provides a new method by which the intemal dislurbance innuence on outputis minimized．
KeywoHls： Pressure control valve； Nonljne盯8ystem； Numerical鋤alysis； Intemal disturbance innuence； Minimizati∞
O前言
壓力控製閥的輸出量與控製量顯線性關係是理想的追求，由於存在液動力、彈簧力、液壓力等幹擾影
響，目前，在解決輸出量與控製量全程範圍內顯線性關係問題方麵，定性分析對抑製幹擾影響收效甚微。
   本文應用TK Solver數值分析非線性電液比例溢流型三通天天5G新官方入口的輸出量受控製量和幹擾量的影響，定量分析該閥控製量（調節電流或電壓）、幹擾量（先導閥芯及主閥芯所受液動力、先導閥芯及主閥芯彈簧力等）對輸出量的影響程度，通過調節初始參數和優化結構參數有效抑製了幹擾影響，使輸出量與控製量的線性關係較為理想。
1 電液比例溢流型三通天天5G新官方入口簡介
應用出口壓力直接檢測反饋和級間動壓反饋原理研製開發的電液比例溢流型三通天天5G新官方入口⋯的結構原
理如圖1所示。其工作原理如下：當凋定放大器輸人電壓後，比例電磁鐵輸出電磁力F肼，此時閥輸出壓力p^有一個相應值，若因某種幹擾使圖l電液比例溢流型三出口壓力降低將引起通天天5G新官方入口結構原理先導閥芯向左移動，左邊可變節流口增大，右邊可變節流口減少，先導閥腔壓力p，及主閥上腔壓力．口：上升，在以上升和P．下降的共同作用下，主閥芯向下運動，主閥可變節流口開大，致使p^上升，這樣就使輸出壓力n保持在調定值。當輸出壓力p．增大超過調定值時（如p．用於動力負載時），先導閥芯向右移動，先導閥左邊可變節流口變小，右邊可變節流口開大，致使先導閥腔壓力見及主閥上腔壓力p：下降，主閥芯上移，使進油口B與出油口T相通，此時就相當於溢流閥。
2數學模型與仿真
建立力平衡方程、連續方程、動量方程、流量一壓力方程組采用Ne叭on．Raphson算法迭代求解。為了提高仿真精度，需要考慮流量係數隨雷諾數的變化¨。。弓形節流口麵積函數A（Ⅳ力=Ⅳ【譬arccos（1一言）一2（1一言）√吉一（吉）2】圓拱形節流口濕周長函數c，（J7＼r，z）=Ⅳl Darccos（1一箐）一2；√D—zl
雷諾數m=4∥（C∥）流量係數方程 fC抽當舶≥廊。時“【後√尺e 當如<舶。時為了避免電磁力L與輸入電壓關係的影響，分析中用電磁力作為輸入信號。算法流程如圖2所示。圖2及式中：A，、A”A，分別為先導閥反饋推杆麵積、先導閥芯左端麵積、先導閥芯右端麵積；八髫分別為先導閥芯位移、主閥芯位移；yl、五分別為先導閥彈簧預壓縮量、主閥彈簧預壓縮量；％、q分別為先導閥彈簧剛度、主閥彈簧剛度；n為比例電磁鐵輸出電磁力；，h、，h分別為先導閥芯所受彈性力、主閥芯所受彈性力；n、幾、以分別為主閥出口壓力、
     主閥進口壓力、先導閥腔壓力；％。、，廳R、吒分別為先導閥芯在左、右閥口所受液動力，主閥芯所受液動力；一。。、A一分別為主閥芯下端麵積、主閥芯上端麵積；z為拱高；Ⅳ為孔數；船、船。分別為雷諾數、臨界雷諾數；巳、G一分別為流量係數、紊流時大流量係數；t，為運動粘度；C。為濕周長。圖2算法流程仿真結果⋯與實驗結果‘41在額定負載、負載流量為O情況下減壓、溢流四種特性誤差均不超過
4．5％，說明所建數學模型及方法*可用於非線性液壓元件的分析研究。
3控製量、幹擾量對輸出量的影響分析
從“壓力取決於負載”出發討論分析電液比例溢流型三通天天5G新官方入口的控製量、幹擾量對輸出量的影響。先導閥芯力平衡方程ptAF+p|An+F紮=FM+Fb+pIAr+F姆先導閥芯受力麵積關係勺=A—A，主閥芯力平衡方程p_A一+，A=p，A，呻。+，h主閥芯受力麵積關係A利=A一=A聯解以上4個方程式得輸出壓力：
”壘!生±墜二幺+![益⋯
2A， 2A由上式可知控製輸出壓力p．的因素有電磁力、先導閥彈簧力、先導閥芯所受液動力、主閥彈簧力和主閥芯所受液動力、反饋杆麵積、主閥芯上下端麵積等因素，各因素對輸出壓力辦的影響如圖3所示。（-）控製量電磁力對出口壓力影響情況，·，，N（b）幹擾對出口壓力影響情況A一出口壓力F一電磁力作用產生的出口壓力分量e、s一先導閥、主閥彈性力作用產生的出口壓力分量L、R、曠先導閥左、右閥口、主閥口液動力產生的出口壓力分量圖3各因素對輸出壓力的影響圖3（a）、（b）說明電磁力、先導閥彈簧力、先導閥芯所受液動力、主閥彈簧力和主閥芯所受液動力對出口壓力p．的影響情況（負載節流閥額定開度）。從圖中可以看出：控製量電磁力對輸出量p^的作用在電磁力lO一90N範圍內占60％一80％，液動力、彈簧力等內部幹擾對輸出量n的作用占40％一20％。如果內部幹擾對出口壓力n的影響作用小就可獲得較為理想的出口壓力n一電磁力n的關係。輸出壓力n主要取決於電磁力，先導閥右閥口液動力次之。當先導閥右閥口液動力上升時，先導閥彈簧力、先導閥左閥口液動力所產生的出口壓力分量下降，部分抵消了先導閥右閥口液動力對出口壓力的影響作用。由於主閥芯上下端麵積較大，液壓力起主導作用，主閥彈簧力和主閥芯液動力對出口壓力影響較小，且變化很小。
在應用中可選擇不同參數組合仿真尋求*效果，也可以從幹擾因素變化對輸出量的影響規律中求
取*設計參數，這還有助於加深對各幹擾量作用度的了解。
4 內部幹擾對輸出影響規律分析
先導閥彈簧預壓縮量E對出口壓力影響如圖4所示。先導閥預壓量增加lmm，出口壓力p．上升近2MPa，其作用效果與電磁力相似。第12期薑福祥等：影響電液比例溢流型三通天天5G新官方入口輸出壓力因素的數值分析·lOl· 對出言銎凳毳磊嘉琶專嘉：：F葺硼對出口壓力影響如圖5所30卜-寸=王擊i右製
示，由於直接反饋的原因先導閥節流邊距與孔磁力關係曲線
中心距差D。對出口壓力影響原因是：左右節流孔流量相等，而先導閥節流邊距與孑L中心距差D，決定左右節流孔通流麵積比（液導比），從而改變左右節流孔液動力差值，這樣就對出口壓力產生影響。先導閥液動力的影響由於是兩者之差，若能基本保證兩者差值基本不變，先導閥液動力對出口壓力p^一電磁力L關係的線性程度影響就很小。圖7為一定電磁力下，輸出壓力與先導閥節流邊距與孔中心距差D，的關係曲線。圖8為先導閥液動力與先導閥節流邊距與孔中心距差D，關係曲線（“=20N）。圖7先導閥節流邊距與孔中心距差與輸出壓力的關係曲線
5結束語
應用TK solver數值分析非線性電液比例溢流型三通天天5G新官方入口的輸出量受控製量和幹擾量的影響，仿真
的精度高，能夠滿足工程設計要求。應用中選擇不同參數組合仿真尋求*效果，也可以從幹擾因素變化對輸出量的影響規律中求取*設計參數，這還有助於加深對各幹擾量作用度的了解。該方法為閥的設計分析提供了一種新方法。
參考文獻
【l】h YongXj肌g，Yu KaiYu鋤，Qu明kng．Devel叩ment
蚰d Re艙arch 0f New Type，nIr∞一way Pilot Proportional
Pre鶴u陀Reducillg Valve[C]． Int唧ati∞aI symp∞ium
on FLUID POWER．Tbkyo，Mar℃h 23—16，1988．
【2】薑福樣，鬱凱元．變流量係數模型對先導式溢流閥靜
態仿真結果影響的研究[J]．機床與液壓，2003
（2）：174一176．
【3】薑福祥．電液比例先導式三通天天5G新官方入口及先導式溢流閥
靜態仿真研究[D]．南京：東南大學，2002．
【4】浙江大學流體傳動及控製研究所．BJ3-H16型三通比
例天天5G新官方入口基型研究試驗報告[R]．杭州：浙江大學，
（1）采用開環控製係統，即隻進行壓力參數的
實時檢測，而不反饋控製，摩擦壓力的相對誤差為11．23％，變異係數為0．57％；頂鍛壓力的相對誤差為8．52％，變異係數為O．42％。
（2）采用閉環控製係統，摩擦壓力的相對誤差為0．54％，變異係數為0．06％；頂鍛壓力的相對誤
差為O．3l％，變異係數為0．02％。由統計分析結果可知：采用閉環控製，軸向壓力值的準確性及離散性均比開環控製小一個數量級，表明所研製的閉環控製係統具有軸向壓力穩定、誤差小、重現性好、抗幹擾能力強的特點。目前該係統已在127mm石油鑽杆的修複與生產中得到應用。
4結論
（1）基於電液比例技術的摩擦焊計算機閉環控製係統實現了軸向壓力的閉環控製，壓力控製精度高，重現性好，參數調節方便，軸向壓力控製的相對誤差小於l％，變異係數接近0。
（2）該係統實現主軸轉速，軸向壓力、軸向位移、的實時檢測，同時繪製實時變化曲線，並顯示原始數據，方便對焊接件進行質量跟蹤分析。
（3）所編製的winndows2000平台上的摩擦焊計算機閉環控製軟件，界麵豐富，功能齊全，人機交互
友好。
參考文獻
【l】武華．基於電液比例技術的摩擦焊壓力控製係統
[J]．機床與液壓，2006（6）：127—128．
【2】杜隨更．計算機閉環控製係統在摩擦焊接中的應用
[J]．機械科學與技術，2004，23（3）：300—302．
【3】R E chalIm瑁．，I'}le伍ction welding adv粕Lage[J]．M舳-
u‰turing E嚼neering，200l，126（5）：64—66，68．
【4】黃安心．壓邊力和衝壓速度可調的液壓機閉環控製係
統[J]．機床與液壓，2006（8）：138一139．
作者簡介：朱海（1967一），男，副教授，現主要從
事材料成型與過程控製方麵的科研與教學工作。：收稿日期：2007一04—03
影響電液比例溢流型三通天天5G新官方入口輸出壓力因素的數值分析
機床與液壓
參考文獻（4條）
1.Lu YongXiang.Yu KaiYuan.Quan Long Development and Research of New Type Three-Way Pilot
Proportional Pressure Reducing Valve 1988
2.薑福祥.鬱凱元變流量係數模型對先導式溢流閥靜態仿真結果影響的研究[期刊論文]-機床與液壓 2003（02）
3.薑福祥電液比例先導式三通天天5G新官方入口及先導式溢流閥靜態仿真研究[學位論文] 2002
4.浙江大學流體傳動及控製研究所BJ3-H16型三通比例天天5G新官方入口基型研究試驗報告 1988
相似文獻（2條）
1.期刊論文郎燕.李運華.Lang Yan.Li Yunhua 電液複合調節作動器的線性化建模與控製針對經典泵控電液作動器固有頻率低的問題,對原係統增加了一個新設計的總壓力控製閥,它可保證作動筒兩個工作腔的壓力之和始終為一常數並使
兩腔壓力可控,從而使泵控係統達到和閥控係統相當的固有頻率.這種改進型作動器稱為EHCA（Electro-Hy-draulic Compound regulating integrated
Actuator）.針對存在的相乘非線性控製問題,通過分析EHCA和總壓力控製閥的工作原理,設計了基於線性化方法的滑模控製器,並分析了電機轉速和變
量泵排量在不同工況下的控製量大小配合問題.分析和仿真證明,該設計思想是有效實現率、節能和快響應的電液組合作動器方案.
2.期刊論文薑福祥.鬱凱元電液比例三通溢流型天天5G新官方入口先導液橋設計 -液壓與氣動2008,""（7）
建立電液比例三通溢流型天天5G新官方入口數學模型,應用數值分析仿真結果和樣品實驗結果一致,數值方法能有效地解決液壓係統的非線性問題,直觀地反映參數變化對性能的影響.為準確選取參數,縮短設計周期,降低研發成本,實現設計目標,提供一種數值分析設計方法.
引證文獻（2條）
1.楊俊凱.徐雲傑壓光機液壓係統的設計[期刊論文]-液壓與氣動 2010（1）
2.徐雲傑.袁偉明.範興鐸造紙機壓榨部液壓係統的設計[期刊論文]-液壓與氣動 2009（7）
授權使用：武漢科技大學（whkjdx），授權號：b4f011e6-2622-41-83af-9df20138b9dd