基于电液比例阀控制的液压系统的研究

贾 恺

（同煤集团王村煤业有限责任公司， 山西 大同 037032）

引言

20世纪60年代世界各地开始进行电业控制技术的研究，总体上该技术的发展可分为三个阶段[1-3]。20世纪60年代中期至70年代中期为第一阶段，该阶段以瑞士的KL电液比例阀为标志，但其在设计过程中对结构进行了制约，存在一定局限；20世纪70年代后期到80世纪末为第二阶段，该阶段设计的电液比例阀的工作频率得到显著提升，试用范围较广；20世纪90年代初期之后为发展的第三阶段，该阶段电液比例阀大量应用于液压系统的工作中，而且产生了大量的电液一体化形式的液压元件，从而为大功率液压系统的应用和发展提供了重要保障。

1 电液比例控制的特点

该系统的主要特点表现为通过比例控制形式来调控液压元件，保证输入和输出信号的线性响应。如今电液比例控制技术的快速发展还得益于其良好的控制性，由于较高的控制精度在液压系统中的工作稳定性较高。但是该技术也存在较多的缺点，比如容易发生故障，抗污染能力较弱，同时在防火工作未做好的地方引发火灾的概率也较高[4]。随着研究技术的发展电液比例控制技术的诸多缺陷可以得到有效解决。

2 液压系统的建模

根据电液比例阀的工作机理和构成元件，对其工作特性和启停功能进行合理研究，进而进行合理模型的建立，液压系统模型如图1所示。

图1 液压系统所建模型示意图

3 液压系统的仿真分析

由于受到电液比例阀入口开启量和弹簧工作特性的影响，在一段时间里没有液压油流入比例阀，比例阀内部没有形成联通，则据此可以分析所建模型的合理性。模拟过程中，设置10 s的仿真时间，数据记录的间隔为0.1 s，则得到的液压系统活塞位移变化规律如图2所示。

图2 液压系统活塞位移-时间示意图

从图2中可以看出，时间从0～7.7 s，随着时间的延长，液压系统活塞变形呈现为线性变化，从0 m增大到了0.5 m，这是由于系统流量随着系统的逐渐调高而减小。液压系统在调高过程中受到周围载荷的影响，故在模拟时输入负载信号，模拟过程中，设置0.5 s的仿真时间，数据记录的间隔为0.01 s，由此得到的活塞响应速率的变化规律，如下页图3所示。

从图3中可以看出，根据液压系统活塞响应速率随时间的变化趋势可分为三个阶段：第一阶段为0～0.14 s的范围内，在该阶段活塞响应速率随着时间的延长逐步加快，增大到了0.054 m/s，该值也是模拟时间内响应速率的最大值；第二阶段为0.14～0.18 s的范围内，在该阶段活塞响应速率很快从0.054 m/s降到了0.05 m/s；第三阶段为0.18～0.5 s的范围内，在该阶段活塞响应速率保持在0.05 m/s不变。总体上，在电液比例阀工作过程中液压油流量的控制较好，故液压系统工作较为稳定。为了体现电液比例阀控制液压系统的优越性，以普通电液阀为比较对象，进行了两种阀的仿真分析，得到两种情况下液压系统活塞运行速率的变化特征，如图4所示。

图3 液压系统活塞响应速率-时间示意图

图4 液压系统活塞运移速率随时间的变化示意图

从图4中可以看出，当基于电液阀控制液压系统时，在开始运行阶段电液阀无法较好的控制液压油流量，故波动较为显著；而电液比例阀控制液压系统对阀口的调控性优越，对液压油流量的控制精确；当两种情况下活塞运移均达到稳定时，电液比例阀控制下液压系统活塞的运移速率要更高，对外界环境的适应性强，可保证系统的稳定运行。

4 结语

对电液比例阀控制的液压系统进行建模与仿真分析，可知：在电液比例阀工作过程中液压油流量的控制较好；当负载较大时，电液比例阀工作的稳定性降低，受载荷影响较大；与普通电液阀相比，电液比例阀控制液压系统对阀口的调控性优越，对液压油流量的控制精确，可保证系统的稳定运行。