系统的液压弹簧刚度和机械负载刚度耦合特性分析.pdf

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1、2012年第2期钢铁技术·47··流体·液压伺服控制系统的液压弹簧刚度和机械负载刚度耦合特性分析12222刘勋刘玉李新有柏峰张云飞（1、重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心，重庆4000132、中冶赛迪工程技术股份有限公司流体系统部，重庆401122）【摘要】本文在分析阀控缸的液压弹簧刚度基础上，给出了计算空载液压固有频率的通则；结合机械负载特性的分析，讨论了液压机械负载耦合特性，给出了阀控缸液压伺服系统的液压机械综合刚度和固有频率的计算方法。通过实际工程的应用分析，为液压伺服系统工程设计提供一定的参考和理论依据。【关键词】液压弹簧

2、刚度液压固有频率综合刚度固有频率伺服控制对阀控缸液压伺服控制系统特性的理论研究1.1空载阀控双作用液压缸[1]很多。王春行等在其专著中针对双出杆双作用液图1所示为阀控双作用液压缸工作原理简图。压缸论述了加载工况下液压固有频率的概念和提xL−x[2]高液压固有频率的方法；朱贵贤通过分析液压固AA[3]dKRd有频率来确定系统的加速时间；谷振云等针对连KRVVKR铸机结晶器液压振动系统阀控非对称型液压缸对mh象，分析了该系统的固有频率和液压弹簧刚度；这些研究仅针对固定的对象，没有结合机械负载特性VVLKLR给出伺服系统分析的通则。本文在详细

3、分析单、双作用液压缸的液压弹簧PPkR刚度的基础上，提出了空载液压固有频率的概念；结合不同机械负载特性，求解机械负载刚度，提出PSP对两者进行耦合分析，得到了阀控缸液压伺服控制T系统的综合刚度和系统固有频率的分析通则。1液压弹簧刚度和空载液压固有频率A22—左腔工作面积，m；A—右腔工作面积，m；VKRK对封闭容器的液压弹簧刚度K为：33h—左腔油缸容积，m；V—右腔油缸容积，m；d—左RK2K=βeA腔出杆直径，m；dR—右腔出杆直径，m；VLK—液压缸hV(1)3左腔死容积（含管道容积），m；V—液压缸右腔死容积LR式中Kh——液压

4、弹簧刚度，N/m（含管道容积），m3；m—液压缸运动部分质量，kg；Lhβ——液压油体积弹性模量，Pa—液压缸行程，me2A——封闭容器的工作面积，m3图1阀控双作用液压缸工作简图V——封闭容器的液压油容积，m·48·钢铁技术2012年第2期设液压缸活塞距左端位移为x，由式(1)，考压弹簧-质量系统，该系统的空载液压固有频率ωh虑管道液压油容积的影响，其左腔的液压弹簧刚度可表示为：K和右腔的液压弹簧刚度K分别为：h1h2Khω=22hβeAKβeAKmhK==(7)h1V+VxA+VKLKKLK(2)m式中，液压缸运动部分质量h包括活塞

5、、活22βAβAK=eR=eR塞杆运动部分质量(活塞杆固定时为缸体运动部分h2V+V(L−x)A+VRLRRLR(3)质量)、液压缸两腔油液质量、左右腔管道油液折针对如图1所示的阀控双作用液压缸模型，其算到活塞上的等效质量。液压弹簧模型如图2所示。以下分两种情况分别讨论：(1)当A=A，即d=d≠0时，液压缸KKKRKRh1h2为双作用等双出杆液压缸。在阀控等双出杆液压缸伺服系统设计中，通常将油缸两端管道油容积设计为近似相等，此时其液压弹簧刚度变化曲线如图3mh所示，其液压弹簧刚度最小值K为：hmin24βAeRK=hminLA+2VR

6、LR(8)对应的液压缸活塞位置x为：hmin图2液压弹簧原理图Lx=hmin在图2中，油缸的两腔油液弹簧为并联，两腔2(9)液压弹簧刚度相加，其总的液压弹簧刚度K为：结论：当液压缸为双作用等双出杆且液压缸两h端管道油容积近似相等时，活塞处于油缸中间位K=K+Khh1h2置，液压弹簧刚度有最小值，对应的空载液压固有22AAKR频率有最小值，此位置为此类液压伺服系统的动态=β(+)exAK+VLK(L−x)AR+VLR(4)危险临界点。K显然与受控油容积有关，即管道结构尺寸h固定后，与液压缸的工作行程点直接相关。对式(4)dKh的K求导，当

7、=0时，可求出液压弹簧刚度hKhmaxKhmaxdx最小值Khmin和其对应的液压缸位置xhmin。Khmin2βAA(A+A)eRKKRK=hmin0L/2Lx(LA+V)A+VARLRKLKR(5)LA+VVRLRLK−图3液压弹簧刚度变化曲线33AAx=RKhmin11+(2)当AK为活塞面积，即dK=0，AK>ARAARK(6)时，液压缸为双作用单出杆液压缸。空载时，液压弹簧与运动质量相互作用构成液其液压弹簧刚度最小值K和其对应的液压hmin2012年第2期钢铁技术·49·缸位置x仍为式(5)和式(6)。当将油缸两端管杆腔液压弹

8、簧刚度K和蓄能器当量液压弹簧刚hminh2道油容积设计为近似相等时，即V≈V，对式度K。针对如图5所示的阀控单作用液压缸模型，LKLRT(6)，显然：其液压弹簧模型如图6所示。VVLRLK>A3A3VβRK