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非對(duì)稱閥和非對(duì)稱油缸的問題

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無論是比例閥還是伺服閥,或者是其它類型的閥,其流量和壓力都滿足伯努利方程。流量都可以通過以下公式計(jì)算:

圖片

式中的△P為單個(gè)節(jié)流邊的壓降,也就是一個(gè)閥口的壓降。對(duì)于常規(guī)比例或者伺服閥,P→A和B→T是對(duì)稱的。所以P→A邊的壓降和B→T的壓降是一樣的,流經(jīng)整閥的壓降為P→A節(jié)流邊壓降,再加上B→T節(jié)流邊壓降。負(fù)載為PL,則整閥的壓降為系統(tǒng)壓力減去負(fù)載壓力:Ps-PL,由于兩側(cè)節(jié)流邊對(duì)稱,則每個(gè)節(jié)流邊壓降為(Ps-PL)/2。這個(gè)推導(dǎo)過程一定要徹底搞明白。對(duì)于對(duì)稱的比例閥或者伺服閥,這個(gè)公式是正確的。在實(shí)際應(yīng)用中,絕大多數(shù)比例閥或者伺服閥都是零遮蓋對(duì)稱的,尤其是伺服閥,所以很多人誤以為該公式適用于任何形式的比例/伺服閥。前面講過,流量公式是通過伯努利方程推導(dǎo)出來的,式中的△P是指單個(gè)閥口的壓降。如果P→A和B→T的壓降不對(duì)稱,則通過該式計(jì)算的流量就是錯(cuò)誤的。這時(shí)候就要把式中的PL換成單個(gè)節(jié)流邊之后的壓力,比如P1或者P2。

市面上非對(duì)稱比例閥/伺服閥,閥口面積為2:1的居多,這主要是配合控制單出桿非對(duì)稱油缸的(無桿腔和有桿腔面積比為2:1)。

對(duì)于A:B面積為 2:1的閥,通過相同流量時(shí),A口和B口的壓降為1:4。所以,假設(shè)整閥的壓降為7MPa,那么A口的壓降和B口的壓降不再是3.5MPa,而應(yīng)該是7/5Mpa和28/5Mpa。

用2:1的非對(duì)稱閥去控制2:1的非對(duì)稱油缸,自然是沒有問題的。那么能不能用對(duì)稱的閥(A:B=1:1)去控制非對(duì)稱油缸(A:B=2:1)呢?實(shí)際上也是可以的。就好比穿一套定制西服,和一套標(biāo)準(zhǔn)西服,穿也是能穿,就是沒有那么合身。也是有一些條件限制的。

總體來說,零開口對(duì)稱閥控制非對(duì)稱油缸,使用范圍和條件要比非對(duì)稱閥控制非對(duì)稱油缸要苛刻。要想搞清楚這個(gè)問題,建立數(shù)學(xué)模型是必不可少的(今天就不推導(dǎo)了)。過程不復(fù)雜,根據(jù)流量方程,力平衡方程和油液的連續(xù)性就能推導(dǎo)出來。

對(duì)于零開口對(duì)稱比例閥/伺服閥控制非對(duì)稱油缸,負(fù)載的壓力范圍要比非對(duì)稱閥控制的非對(duì)稱油缸小得多。這主要是為了避免油道內(nèi)產(chǎn)生氣穴。

除此之外對(duì)稱閥控制非對(duì)稱油缸時(shí),由于閥的A口和B口輸出流量不一樣,導(dǎo)致?lián)Q向時(shí)油缸兩個(gè)容腔內(nèi)的油液壓力波動(dòng)較大。

如果閥1:1,油缸2;1,無桿腔和油缸腔的壓力波動(dòng)值接近1:2。無桿腔的壓力波動(dòng)值約為-0.33Ps,有桿腔的壓力波動(dòng)約為-0.67Ps.如果采用非對(duì)稱閥控制,則可以很好的避免這個(gè)問題。此時(shí),負(fù)載的應(yīng)用范圍也較窄,負(fù)載的范圍最好控制在-1/8Ps到5/8Ps內(nèi)。

綜上所述,控制非對(duì)稱油缸,最好還是用非對(duì)稱閥。如果用對(duì)稱閥控制,負(fù)載壓力使用范圍受限,同時(shí)也會(huì)引起換向時(shí)壓力波動(dòng)。當(dāng)然,也可以通過電路或者軟件上去匹配,比如做非對(duì)稱油缸的力控制時(shí),有桿腔和無桿腔的傳感器反饋增益可設(shè)置為1:2等等。不再討論。

來源:愛液壓

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