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两种柴油机电液执行器的比较研究

摘 要：为比较差动式电液执行器及弹簧复位式电液执行器的响应速度，建立了两者的数学模型，通过仿真研究了两者的差异。结果表明，在5MPa的油源压力下，当两者结构参数完全相同时，差动式电液执行器的平均响应速度及最大位移量约为弹簧复位式电液执行器的2倍。此外，差动式电液执行器的运行速度比弹簧复位式稳定，这有利于保证柴油机电控系统的精度。

关键词：柴油机；电液执行器；响应速度

前言

电液执行器因采用高速数字开关阀作为控制元件，因而具有响应速度快、输出推力大及环境适应性强等优点，近年来被广泛应用于发动机电标准卡控系统以提高发动机的燃油经济性。按液压缸工作方式的不同，液压执行机构主要有三种形式(见图1)。文献[1]对差动式执行机构的控制精度进行了研究，文献[]对弹簧复位式执行器进行了研究，文献[5]则研究了带液压蓄能器的电液执行机构。由于图1(b)中的弹簧与图1(c)中的蓄能器均为储能元件，两者均用以提供液压缸回程时所需要的能量，因此这两种结构形式并无本质上的区别。为此，本文仅对差动式电液执行器与弹簧复位式电液执行器进行比较研究。

1数学模型

1.1差动式

(1)活塞右行(差动连接)：

(21般来讲)活塞左行(非差动连接)：

1.2弹簧复位式

(1)活塞右行：

(2)活塞左行：

式中：p为油源压力；ΔpL、ΔpR分别为开关阀L、R的压力损失；A1、A2分别为液压缸左、右腔有效工作面积；m为活塞移动部件质量；x为活塞位移；F为负载；B为粘性阻尼系数；Q1、Q2分别为液压缸手提秤左、右腔流量；Cl为液压缸内泄漏系数；k为复位弹簧刚度。

2两种执行器响应速度比较

对电控柴油机而言，当外负载变化时，为提高转速控制精度，应使电液执行器适时驱动喷油泵齿杆增减喷油量。因此，液压缸必须具有较高的动态响应速度。从以上数学模型可以看出，无论是差动式电液执行器还是弹簧复位式电液执行器，活塞左行与右行时的受力情况都是不相同的，为兼顾活塞左行与右行时的响应速度，可适当改变系统结构参数以使活塞左行与右行时的响应速度相同。

对差动式电液执行器，只要适当调整活塞杆直径d即可实现。对弹簧复位式电液执行器而言，则应通过调整复位弹簧刚度k来实现。为此，根据所建立的数学模型，给图1(a)与图1(a)中的开关阀输入图2所示的占空比控制信号，并设定如表1所示的参数进行仿真，得两种电液执行器的位移响应曲线分别如图3、图4所示。

由图3可见，活塞杆直径d=12mm时，活塞左行与右行时的响应速度基本相同，此时活塞的最大位移为0.04m，活塞平均速度为0.13m/s。由图4可见，弹簧刚度越小，执行器右行时的响应速度越快(活塞移动相同距离所需要的时间越短)，但左行时的绢云母响应速度越慢。相反，弹簧刚度越大，则执行器右行时的响应速度越慢，但左行时的响应速度变快。因此，弹簧刚度与执行器响应速度是一对矛盾，为兼顾活塞左行与右行时的响应速度，可取弹簧刚度k=50 000N/m，由图可见，此时活塞左行与右行时的响应速度基本相同，但活塞最大位移仅为0.018m，活塞平均速度为0.06m/s。

3结论

通过以上仿真结果可见，对于结构参数完全相同的柴油机电液执行器而言，当油源压力同为5MPa时，差动式电液执行器的平均响应速度及最大位移量约为弹簧复位其油沲的最高油位以下不超过测油针的下部扁部便可式电液执行器的2倍。由弹簧复位式电液执行器的数学模型还可以看出，由于弹簧力随活塞位移作线性变化，执行器的运行速度极不均匀，这在实际工作中将严重影响柴油机电控系统的控制精度，而差动式电液执行器则不存在此问题。此外，从成本及维护费用上讲，前者也要高于后者。因此，无论是从经济角度还是从系统性能上考虑，差动式电液执行器都优于弹簧复位式电液执行器。

参考文献

【1】张志义，孙蓓，黄元峰.高速开关阀位置控制方法[J].机床与液压，2005 (5)：.

【2】黄建明，苏玉刚，杨志刚，等.高速开关阀控制的电液式节气门执行器[J].重庆大学学报：自然科学版，2002，25 (3)：.

【3】陈娟，张幽彤，王军，等.柴油机喷油定时电液执行器响应速度研究[J].车用发动机，2006 (1)：.

【4】张蕊，魏建华所以钳口处应常常打扫，邵威.高速电液执行器的仿真研究[J].机电工程，2006，23 (6)：.

【5】李汝宁，杜荣，贾棉粮.柴油机印台电液调速器执行器的设计和研究[J].柴油机，2005，27 (6)：.

【6】吴根茂，邱敏秀，王庆丰，等.新编实用电液比例技术[M].杭州：浙江大学出版社，2006：.(end)

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