高速开关阀用于位置控制系统可行性

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1、第37卷第6期山东冶金Vo1．37No．62015年12月ShandongMetallurgyDecember2015』矿，》信息化建设《高速开关阀用于位置控制系统的可行性姚建斌(山西太钢工程技术有限公司，山西太原030009)摘要：介绍高速开关阀控制液压缸的工作原理，建立其数学模型，分析高速开关阀用于位置控制系统的可行性。通过Simulink仿真软件建立阀控缸系统的仿真模型，分析阀控缸系统的流量响应曲线、压力响应曲线，结果表明：基于高速开关阀控制的位置控制系统具有良好的响应特性，高速开关阀能够满足其对流量、压力的需求，从而代替伺服阀实现位置精确控制。关键词：液压缸；

2、位置控制；高速开关阀；Simulink；PWM中图分类号：TH137．52文献标识码：B文章编号：1004～4620(2015)06—0060-03目前，在位置控制系统中，主要通过伺服阀来高速开关阀工作在线性控制区，此时阀芯位移运动实现液压缸位置的精确控制，但伺服阀存在抗污染方程为：性能差、工作可靠性较差、价格较昂贵等缺点n。高0te[o，^)速开关阀及其系统经实际运行，具有代替伺服阀用—tI)f∈【tl，tl+)Itt+t2，+于位置控制系统优势。本文通过建立高速开关阀x。(1)、控制液压缸系统的数学模型并对其进行仿真分析，m(t‘‘t3)／t4t∈【+，+t3+t

3、4)验证高速开关阀用于位置控制系统的可行性。0f∈+t3+t4，)1工作原理式中：为脉冲宽度，为脉冲周期，墨为阀芯位移，墨为阀芯最大位移，厶为开启时间，=f。+屯，为关1．1高速开关阀动作过程闭时间，tar=h+t4。高速开关阀采用PWM控制，即通过改变占空比1．2高速开关阀控制液压缸工作原理一r的大小来实现高速开关阀输出流量的调节。本研高速开关阀控制液压缸的原理见图2。缸体向究用的高速开关阀额定压力为20MPa，额定流量为9L／min。高速开关阀的动作分5个阶段：电气延迟下运动时，高速开关阀3得电开启，无杆腔通流，高阶段(电磁铁电流增长滞后时间，t1)，阀芯开启阶段

4、速开关阀4关闭，有杆腔回油。高速开关阀3在进行PWM控制时，保证占空比为线性控制区(避开高(阀芯开启运动时间，如)，阀芯全开阶段(厶)，断电延迟阶段(电磁铁电流衰减滞后时间，)，阀芯关闭阶速开关阀的死区和饱和区)；缸体向上运动时，高速开关阀4得电开启，有杆腔通流，高速开关阀3关段(阀芯关闭运动时间，)等姐】，如图1所示。闭，无杆腔回油。高速开关阀4在进行PWM控制时，保证占空比为线性控制区(避开高速开关阀的死区和饱和区)。t图1高速开关阀的动作过程当r，p∈[fl+如，一t4]时，阀芯的吸合均到位，图2高速开关阀控液压缸原理收稿日期：2015—1l一24作者简介：姚建

5、斌，男，1973年生，1996年毕业于鞍山钢铁学院冶金2系统数学建模机械专业；2007年毕业于太原科技大学材料加工专业，硕士。现为山西太钢工程技术有限公司设备室工程师，从事机械设计工作。液压缸的动态特性与外负载特性有关。其中姚建斌高速开关阀用于位置控制系统的可行性2015年第6期负载力包括惯性力、弹性力、粘性阻尼力和任意其xm为高速开关阀的阀芯最大开口度，9为球阀座半它外负载力。根据牛顿第二运动定律，可得液压缸角，、为两阀的占空比，为最大阀口面积；cd为的活塞动态力平衡方程为：体积流量系数。-mll+毫=mlg十A1一A2一，。(2)3Simulink仿真分析其中：m

6、。为缸体质量，x。为缸体位移，为活塞的粘一IⅢ．1一言H×卿避3．1仿真模型一图性阻尼系数，只为无杆腔压力，P2为有杆腔压力，Fw642O4根据高速开关阀控制液压缸的工作原理及其为负载力，无杆腔的面积，：有杆腔的面积。数学模型，利用Simulink仿真软件建立系统仿真模液压缸体积流量方程为：型如图3，其中阀3的占空比为0．8，活塞直径220Adq+Cq,(一，(3)mm，活塞杆直径180mm。瞄(一)_(4)其中：q。为流人无杆腔的流量，吁2为流出有杆腔的流量，为液压缸的内泄漏系数，Xo为缸体初始位移量，为油液的弹性模量。在式(3)和(4)中，第一项为推动液压缸活塞运

7、动所需的流量，第二项是经过活塞密封的内泄漏量，第三项是油液压缩和腔体变形所需的流量。高速开关阀的压力一流量方程为：——～g1)．’(5)图3系统仿真模型3．2仿真结果．『2。(6)系统的流量、压力、响应曲线如图47，仿真结其中：A=avXmsin0(D+x~sin0cosO)，D为球阀直径，果汇总如表1所示。2’目0一20．4一6OO．O20．O40．O60．080．1OO0．O20．040．O60．08O．10时问，s时间，8无杆腔流量跃阶响应曲线塞。姜0OO．O1O．O2O．O3O．O4O．0500．020．U4U．060．080．10时间／s时