CN105156404A - 一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置 - Google Patents

Abstract

一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，包括壳体、节流阀芯、阻尼孔、弹簧、蓄压阀芯、堵头、盖板和调节螺柱等组成部分。用于液压控制系统中，通过对弹簧刚度、阻尼孔、蓄压阀新、节流阀芯的匹配设计实现在高频时增加系统阻尼，从而抑制负载的谐振。该装置作为一个独立的功能块，在保证低频相位基本不变的同时，能够有效抑制高频谐振，其结构紧凑、接口简单，能够方便的安装在液压缸上。

Description

一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置

技术领域

本发明涉及一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，属于流体传动与控制领域。

背景技术

在液压控制系统中，在液压伺服作动器推动弹性负载时，会在某个频率点与负载发生谐振，影响系统的稳定性。为抑制系统的谐振，通常采用降低系统增益的方式。但这种方法会降低系统的快速性，从而导致系统相位有一定的滞后。

在机械反馈的液压伺服机构中，由于无法采取电子校正方案，一般采取通过增加系统阻尼来实现谐振峰的控制。通常采取的方案是采用带动压反馈功能的伺服阀。这种方案是在伺服阀上增加动压反馈环节，在高频谐振时通过增加伺服阀的两腔泄露来增加系统阻尼。该方案需要根据负载特性对伺服阀参数提出专门的要求，从而订制专门的伺服阀。该方案有较高的集成度，能够很好的实现抑制谐振峰的功能。但伺服阀本身是一种高精密机电产品，增加动压反馈功能后，大大提高了伺服阀的复杂度，加大了伺服阀的调试难度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够有效抑制液压系统与负载谐振的装置，该装置结构紧凑，便于安装。可以有效解决机械反馈液压伺服系统中的谐振峰偏高问题。

本发明的技术解决方案是：

一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，包括壳体、节流阀芯、节流孔座、弹簧、蓄压阀芯、堵头、盖板、调节螺柱和小堵头；

壳体为实心立方体结构，壳体上有一个用于校正的校正盲孔和作为活塞腔的两个通孔，节流阀芯置于第一通孔中，节流阀芯的两端有弹簧，弹簧通过小堵头连接到盖板上，盖板固定在壳体上，调节螺柱穿过盖板的中心孔连接到小堵头上，用于调节节流阀芯在第一通孔中的初始位置；

蓄压阀芯置于第二通孔中，蓄压阀芯的两端为弹簧，两个堵头位于第二通孔的两端，顶住弹簧，使得蓄压阀芯被两端的弹簧夹住；

节流孔座置于所述校正盲孔内部，节流孔座上装有密封圈，使得节流孔座与校正盲孔之间的位置相对固定，节流孔座中心有阻尼孔，堵头置于校正盲孔内部，将节流孔座顶住。

壳体上还设置有第一输入口、第二输入口和油液输出口；

节流阀芯的一端与第一输入口之间有第一连通通道，节流阀芯的另一端与第二输入口之间有第二连通通道，第一连通通道对应所述节流阀芯一端的第一节流边，第二连通通道对应所述节流阀芯另一端的第二节流边，初始状态下第一连通通道和第二连通通道均被节流阀芯堵住；靠近节流阀芯第一节流边一端的弹簧位置与校正盲孔之间有第三连通通道；

第一输入口与所述校正盲孔的底部连通，之间为第四连通通道，第三连通通道与第四连通通道位于节流孔座的两侧，通过节流孔座中心的阻尼孔连通；

蓄压阀芯一端弹簧位置处与第三连通通道对应的节流阀芯一端的弹簧位置之间，通过第五连通通道连接，蓄压阀芯另一端弹簧位置处通过第六连通通道与第二输入口连接，所述校正盲孔的底部还通过第七连通通道与节流阀芯另一端连接的弹簧处连通；油液输出口通过第八连通通道连接节流阀芯中部位置。

所述校正盲孔、第一通孔和第二通孔互相平行。

所述阻尼孔的直径范围为0.2mm～0.3mm。

所述弹簧的刚度与所需抑制负载谐振的频率值的平方成正比。

所述节流阀芯与第一通孔之间间隙为4～6微米。

所述蓄压阀芯与第二通孔之间间隙为3～5微米。

所述第一连通通道位于第一通孔上的通道口为矩形，该矩形口与节流阀芯的第一节流边的搭接量为2～4微米。

所述第二连通通道位于第一通孔上的通道口为矩形，该矩形口与节流阀芯的第二节流边的搭接量为2～4微米。

所述第一连通通道、第二连通通道、第三连通通道、第四连通通道、第五连通通道、第六连通通道、第七连通通道和第八连通通道均位于外壳内部，直径均为2～3mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明结构上采用紧凑式结构，将多个元件集成一个功能块上，组成一个具有抑制谐振峰功能的独立功能块。

(2)本发明设计有三个与液压系统油路的接口，可以方便的将液压缸的两腔以及系统低压与本发明的校正装置对接。

(3)本发明在一长方体上设置了两个平行的活塞腔和一个调节孔，使得其结构紧凑，外形规整。

(4)本发明通过大量计算和试验总结出了将阻尼孔直径范围设在0.2mm～0.3mm，既能够起到很好的液压动态阻尼效果，又不会因阻尼孔过小而一起堵塞。

(5)本发明可通过更换不同刚度的弹簧实现对不同谐振频率点液压系统的校正效果。

(6)本发明中节流阀阀芯与阀腔之间的间隙设计为4～6微米，既能够保证较好的间隙密封效果，又能够保证运动灵活。

(7)本发明中蓄压阀阀芯与阀腔之间的间隙设计为3～5微米，同时开有均压槽，既能够保证较好的动密封效果，又能够保证运动灵活。

(8)本发明中节流阀芯与节流边留有2～4微米搭接量，节流窗口位矩形，可以保证静态时零位时节流阀边有效关闭。

(9)本发明的在对系统高频谐振有效抑制的同时，对低频相位影响较小，对静态特性基本没有影响。

附图说明

图1是本发明组成结构示意图；

图2是本发明外观示意图；

图3是本发明在液压系统中的安装示意图；。

图4是本发明的工作原理图；

图5是采用本发明前后液压系统幅频特性变化对比图。

图6是采用本发明前后液压系统相频特性变化对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

液压伺服系统在工作时，会在某个频率点与负载产生谐振，这种谐振影响系统的稳定性，必须加以抑制。例如在某型号运载火箭推力矢量控制中，采用的即为液压伺服系统，在角频率为180左右发生谐振，谐振峰达到7dB左右，严重影响控制系统的稳定性，严重时会引起箭体失稳。为此针对机械反馈液压伺服机构的需求，开发了一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置。

如图1所示，本发明提供了一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，包括壳体1、节流阀芯2、节流孔座3、弹簧4、蓄压阀芯5、堵头6、盖板7、调节螺柱8和小堵头9；

壳体1为实心立方体结构，壳体1上有一个用于校正的校正盲孔和作为活塞腔的两个通孔，节流阀芯2置于第一通孔中，节流阀芯2的两端有弹簧4，弹簧4通过小堵头9连接到盖板7上，盖板7固定在壳体1上，调节螺柱8穿过盖板7的中心孔连接到小堵头9上，用于调节节流阀芯2在第一通孔中的初始位置；

蓄压阀芯5置于第二通孔中，蓄压阀芯5的两端为弹簧4，两个堵头6位于第二通孔的两端，顶住弹簧4，使得蓄压阀芯5被两端的弹簧4夹住；

节流孔座3置于所述校正盲孔内部，节流孔座3上装有密封圈，使得节流孔座3与校正盲孔之间的位置相对固定，节流孔座3中心有阻尼孔10，堵头6置于校正盲孔内部，将节流孔座3顶住。

壳体1上还设置有第一输入口11、第二输入口12和油液输出口13；

节流阀芯2的一端与第一输入口11之间有第一连通通道，节流阀芯2的另一端与第二输入口12之间有第二连通通道，第一连通通道对应所述节流阀芯2一端的第一节流边，第二连通通道对应所述节流阀芯2另一端的第二节流边，初始状态下第一连通通道和第二连通通道均被节流阀芯2堵住；靠近节流阀芯2第一节流边一端的弹簧4位置与校正盲孔之间有第三连通通道；

第一输入口11与所述校正盲孔的底部连通，之间为第四连通通道，第三连通通道与第四连通通道位于节流孔座3的两侧，通过节流孔座3中心的阻尼孔10连通；

蓄压阀芯5一端弹簧位置处与第三连通通道对应的节流阀芯2一端的弹簧4位置之间，通过第五连通通道连接，蓄压阀芯5另一端弹簧位置处通过第六连通通道与第二输入口12连接，所述校正盲孔的底部还通过第七连通通道与节流阀芯2另一端连接的弹簧4处连通；油液输出口13通过第八连通通道连接节流阀芯2中部位置。

校正盲孔、第一通孔和第二通孔互相平行。

通过在活塞两腔之间增加阻尼孔，可在两腔之间产生一定的泄露，从而增加系统阻尼，降低系统增益。但是阻尼孔的大小，需要根据液压系统与负载之间的产生谐振的具体情况进行确定。阻尼孔过大，对产品的特性会有一定影响，引起系统低频相位滞后，降低系统的快速性。阻尼孔过小，对降低谐振峰的效果不明显，且阻尼孔容易堵塞造成失效。综上，本发明中阻尼孔10的直径范围为0.2mm～0.3mm，这样能够达到最有效果。

弹簧4的刚度与所需抑制负载谐振的频率值的平方成正比。

节流阀芯2与第一通孔之间间隙为4～6微米。

蓄压阀芯5与第二通孔之间间隙为3～5微米。

第一连通通道位于第一通孔上的通道口为矩形，该矩形口与节流阀芯2的第一节流边的搭接量为2～4微米。

第二连通通道位于第一通孔上的通道口为矩形，该矩形口与节流阀芯2的第二节流边的搭接量为2～4微米。

第一连通通道、第二连通通道、第三连通通道、第四连通通道、第五连通通道、第六连通通道、第七连通通道和第八连通通道均位于外壳1内部，直径均为2～3mm。

如图3所示，本发明液压系统动态校正装置A，可通过4个螺钉14方便的安装在液压作动器B上。

其工作原理为：

壳体1的一侧有三个油孔分别连接伺服油缸的两腔和低压回油。如图4所示，当液压缸上有静负载时，蓄压阀阀芯处于某个位置上不动。因没有液体流动在阻尼孔两侧就没有压差，节流阀阀芯处于中立位置，P1与P2均不与回油孔P0相通，节流阀里不泄油。这样，静负载下校正装置不起作用，不影响伺服液压缸的静态特性。

当有动负载时液压缸一腔上升，另一腔下降，蓄压阀阀芯在压力的作用下以一定速度移动，此时有油流经液阻，使节流阀中两侧压力差增大，于是推动节流阀阀芯移动，打开泄油窗口，结果一腔接通回油孔，泄去进入作动器高压腔的能量。

实施例：

某液压伺服系统与所推动的弹性负载发生谐振，谐振峰值达到5dB左右，为有效抑制负载谐振峰值，设计了动态校正装置。

首先，按照本发明中所述，壳体为61.5mmX52.5mmX18.5mm。壳体上依次打了三个平行的直径为6.4mm的孔。如图1所示，第一个孔为盲孔，安装阻尼孔座3使用，阻尼孔直径为0.25mm。第二、第三个孔均为通孔，分别安装节流阀芯和蓄压阀芯，阀芯两端分别安装有刚度为46N/mm的弹簧4。拧紧蓄压阀芯两侧堵头6，蓄压阀芯行程为2mm左右。调试时，根据需要抑制谐振峰的强度调整调节螺柱8至合适位置。

其次，壳体上还设置有第一输入口11、第二输入口11和油液输出口13。第一输入口和第二输入口均为3mmX2mm矩形窗口，可与阀芯配合对流过的液体实现有效的节流控制，中位时保持2～4微米正搭接。油液输出口为直径2mm的圆孔与系统低压回油沟通。

第三、节流阀芯与阀腔的配合间隙为4～6微米，蓄压阀芯与阀腔之间配合间隙为4～6微米。

第四，壳体内部的连接油路连接油路均直径为2mm圆孔。

最后，如图3所示，该装置A通过4个M4的螺钉14安装固定在液压伺服作动器B上。

通过测试可以发现，增加本发明中的校正装置后，伺服系统的谐振峰得到了有效控制。如图5，幅频特性测试曲线可以看出，采用本发明之前，谐振峰值在4～5dB之间。采用本发明后，谐振峰值已低于0dB，大约-2dB左右。通过图6相频特性测试曲线可以看出，在低频部分相频曲线基本重合，满足了系统需求。

Claims (10)

1.一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：包括壳体(1)、节流阀芯(2)、节流孔座(3)、弹簧(4)、蓄压阀芯(5)、堵头(6)、盖板(7)、调节螺柱(8)和小堵头(9)；

壳体(1)为实心长方体结构，壳体(1)上有一个用于校正的校正盲孔和作为活塞腔的两个通孔，节流阀芯(2)置于第一通孔中，节流阀芯(2)的两端有弹簧(4)，弹簧(4)通过小堵头(9)连接到盖板(7)上，盖板(7)固定在壳体(1)上，调节螺柱(8)穿过盖板(7)的中心孔连接到小堵头(9)上，用于调节节流阀芯(2)在第一通孔中的初始位置；

蓄压阀芯(5)置于第二通孔中，蓄压阀芯(5)的两端为弹簧(4)，两个堵头(6)位于第二通孔的两端，顶住弹簧(4)，使得蓄压阀芯(5)被两端的弹簧(4)夹住；

节流孔座(3)置于所述校正盲孔内部，节流孔座(3)上装有密封圈，使得节流孔座(3)与校正盲孔之间的位置相对固定，节流孔座(3)中心有阻尼孔(10)，堵头(6)置于校正盲孔内部，将节流孔座(3)顶住。

2.根据权利要求1所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：壳体(1)上还设置有第一输入口(11)、第二输入口(12)和油液输出口(13)；

节流阀芯(2)的一端与第一输入口(11)之间有第一连通通道，节流阀芯(2)的另一端与第二输入口(12)之间有第二连通通道，第一连通通道对应所述节流阀芯(2)一端的第一节流边，第二连通通道对应所述节流阀芯(2)另一端的第二节流边，初始状态下第一连通通道和第二连通通道均被节流阀芯(2)堵住；靠近节流阀芯(2)第一节流边一端的弹簧(4)位置与校正盲孔之间有第三连通通道；

第一输入口(11)与所述校正盲孔的底部连通，之间为第四连通通道，第三连通通道与第四连通通道位于节流孔座(3)的两侧，通过节流孔座(3)中心的阻尼孔(10)连通；

蓄压阀芯(5)一端弹簧位置处与第三连通通道对应的节流阀芯(2)一端的弹簧(4)位置之间，通过第五连通通道连接，蓄压阀芯(5)另一端弹簧位置处通过第六连通通道与第二输入口(12)连接，所述校正盲孔的底部还通过第七连通通道与节流阀芯(2)另一端连接的弹簧(4)处连通；油液输出口(13)通过第八连通通道连接节流阀芯(2)中部位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述校正盲孔、第一通孔和第二通孔互相平行。

4.根据权利要求1或2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述阻尼孔(10)的直径范围为0.2mm～0.3mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述弹簧(4)的刚度与所需抑制负载谐振的频率值的平方成正比。

6.根据权利要求1或2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述节流阀芯(2)与第一通孔之间间隙为4～6微米。

7.根据权利要求1或2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述蓄压阀芯(5)与第二通孔之间间隙为3～5微米。

8.根据权利要求2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述第一连通通道位于第一通孔上的通道口为矩形，该矩形口与节流阀芯(2)的第一节流边的搭接量为2～4微米。

9.根据权利要求2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述第二连通通道位于第一通孔上的通道口为矩形，该矩形口与节流阀芯(2)的第二节流边的搭接量为2～4微米。

10.根据权利要求2所述的一种可有效抑制负载谐振的液压系统动态校正装置，其特征在于：所述第一连通通道、第二连通通道、第三连通通道、第四连通通道、第五连通通道、第六连通通道、第七连通通道和第八连通通道均位于外壳(1)内部，直径均为2～3mm。