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载荷感应型纯压液换向程序的硬度解析

发布者:阿强来源:

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系统的刚度分析干扰力f的存在对输出量y有影响,单位负载干扰所引起的输出位移量称为位置柔度,位置柔度的倒数称为位置刚度,位置刚度又分为动态位置刚度与静态位置刚度。动态位置刚度是动态过程中的刚度,与负载阻力f的变化频率有关,静态刚度是ω=0情况下的刚度。根据定义动态位置刚度表达式可由公式(1)得到出:fy(s)=s3ωn2+2ξnωns2+s+kqd2dm-vtsa2e+kca2+(2)由ωn和ξn的表达式可知2ωnξn=kcevt,因此由公式(2)可得:fy(s)=-a2kcs3ωn2+2ξnωns2+s++1s2ωnξn+1(3)因此,动态位置刚度是由拐点频率为2ωnξn的惯性环节。微分环节和一个固有频率为ωn,阻尼比为ξn的二阶微分环节组成。负号表示负载干扰力的影响使输出减少。按公式(3)输入带bzz5e-1000转向器的负荷传感转向系统的参数(num=[3462611];den=[0.0541];bode(num,den))到matlab软件,从而绘制出如图1所示的负载刚度频率特性伯德图中的幅频特性图。

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由于ξn<0.5,所以惯性环节的拐点2恿nξn比恿n小。从负载刚度频率特性伯德图可看出:(1)当ωn<2ωnξn时,二阶微分环节及惯性环节不起作用,且由于在负荷传感系统当中增配备了一个优先阀,当干扰力f使得负载变化时,可通过压力的变化控制优先阀阀芯的开口大小,从而使得f的变化对输出量y没有影响,其值为fy=a2evt。

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系统在此频率的动态位置刚度不变。

(2)频率在2ωnξn与ωn之间变化时,微分与惯性环节的合成为平行于横轴的直线,说明f的变化对输出量y也没什么影响,系统在此频率的动态位置刚度也基本不变,其值为fyω=2恿nξn=a2evt,表示为液压弹簧刚度。在2ωnξn与ωn之间,由于f的频率较高,没有足够的时间让泄漏流量通过,转向油缸可以近似地看成一个简单的关闭的液压缸,其刚度即为液压弹簧刚度。

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(3)当ω>ωn时,高频下惯性负载力很大,阻尼了活塞的运动,动态位置刚度随频率成二次方增加。但系统一般很少在这个频率范围内工作。

(4)静态位置刚度是指ω=0的刚度,由公式(3)可以看出当ω=0时静态位置刚度为零。这是因为静态负载干扰力f将引起连续泄漏,使活塞一直运动。

(5)闭环刚度越高,干扰引起的误差就越小,在负载力矩大而精度要求高的场合,提高系统的闭环刚度是十分重要的。

结论(1)当系统频率在ωn<2ωnξn和2ωnξn与ωn区域之间工作时,干扰力的变化不会引起转向系统刚度的变化,动态液压弹簧刚度值为fy=a2evt,其液压弹簧刚度与液压缸总工作面积a的平方、油液弹性模量e成正比,与油缸的总容积vt成反比;当系统频率在ω>ωn下工作时,动态位置刚度与系统频率成正比。

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(2)当ω=0时,静态位置刚度为零。

(3)因为系统很少工作在ω>ωn状态下,因此,液压缸总工作面积a和油液弹性模量e越大,则干扰引起的系统误差越小,油缸的总容积vt越大,则系统干扰引起的误差越大。

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