关于非对称缸液压跃变问题的分析

0 引言
非对称液压缸也称单出杆缸，因其具有工作空 间小、结构简单和成本低廉等诸多优点而早已被广 泛采用，在汽轮机调门控制中几乎都采用伺服阀控 非对称缸控制，但相对于阀控对称缸而言，非对称 缸系统在特性上有很大的变化，分析也比较麻烦。 在汽轮机 DEH 控制中，经常会出现由于非对称缸结 构所固有的动态特性非线性，伺服阀换向时，液压 缸两腔压力就会产生压力跃变，影响 DEH 控制系统 的特性，造成调节汽门的波动，以致整个机组的转 速波动，负荷摆动等结果，所以有必要对伺服阀控 非对称缸工作过程中产生的压力跃变现象进行分析 及处理，降低油缸的压力跃变，改善整个 DEH 控制 特性，提高机组运行品质。
B 0
+P （11） PP ,( A→ B ) =(7) +(9) 1.0 0.9 0.8 0.72 0.64
A B 0
+P （11） PP ,( A→ B ) =(7) +(9) 1.0 0.57 0.33 0.21 0.14
A B 0
+P （12） PP ,(B→ A ) =(8) +(10 ) 1.0 1.0 1.2 1.2 1.3
得：
3
，
FB FA = P0 − PB FB
2
FA PB = P0 − PB FB
（5）
F F A A 0 − P B = P B F P F B B
3
3
F 3 F 3 A A P 1+ B 0 F = F P B B
2
3
（6）
（3）
当F
A
= FB
时， P
A
+ PB = P0
汇总：
PB = FA P0 FB FA 1+ F B
3 3
A→B
PA
PA =
P0 FA 1+ F B
2 3
A
流量公式：
QB = 1000 f B P0 − PB
B
BBΒιβλιοθήκη Q A = 1000 f A PA
关于非对称缸液压跃变问题的分析
摘 要： 本文首先根据非对称液压缸在汽轮机调速 DEH 低压透平油控制系统中的广泛应用及非对称液压缸的控制原理，推 导出了非对称缸低压透平油系统液压跃变值的表达式，揭示了液压跃变的实质，分析了液压跃变产生的原因，提出了消除液 压跃变的新途径、新方法，从理论及实际应用中（补偿控制）验证了补偿控制的作用，改善了在汽轮机调速控制中非对称缸 的非线性特性和削减了液压缸在伺服阀换向控制时的液压跃变。 关键词：非对称缸；液压跃变；补偿控制；低压透平油；DEH
1 液压跃变计算
图 1 伺服阀控非对称缸液压系统原理图 油流方向： ： A→B 油流方向 F 空载 P F = P F , Q = （1） Q F
A A
A
A
B
B
B
B
假定 f = f 图 1 是 DEH 中伺服阀控非对称缸的液压伺服 控制结构示意图，由于阀为对称阀，液压缸的活塞 Q = 1000 f P − P 两腔的有效面积不等，故流量是不连续的，下面通 过换向阀的换向，油流方向的改变对非对称缸的液 −P Q F = = 压跃变进行计算。 相除得 P P Q F
A B
普通阀控制
QB = 1000 f B PB
P 0 −P A PB FA = F B
2
A
A
0
A
0
A
A
A
B
B
B
（2）
另
PB =
FA PA FB
带入上式：
P 0 −P A FA PA FA FA = F B
2
−P F ， PP = F ，
3
当换向为（B → A） → （A → B）时，油压跃升 数值同上，但为负值，即油压跃降。 ∆P ∆P F 1 = ， =1 （8） F ∆P ∆P F
A A A B A B B
2 FA FA −1P 0 FB FB ∆P B= 3 FA 1+ F B
B→A
相除得： 由式
PB FA
QA PA F = = A QB P0 − PB FB
2
（4）
FA F P0 B PA = 3 FA 1+ F B
FA F P0 B PB = 3 FA 1+ F B
计算， （本计算结果与机械设计手册第 4 卷 P18-82 所列相同） （1） F 1 1.5 2.0 2.5 3.0 F
A B
（2）
FA F B
2
1 2.25 4.0 6.25 9.0
（3） （4）
FA F B
3
1 3.375 8.0 15.625 27.0
0 A A A
3

B

FA P0 = 1+ F PA B
3
∴P =
A
P 0
3
伺服阀动作： 伺服阀动作： 油流方向： 油流方向：B → A 空载，仍然满足： Q F F P F =P P ， = ， P = Q F F
A A A A B B B
F A 1+ F B
(2) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 （8） P , (B → A) = (4) P
A
0
(2) 0.5 0.51 0.44 0.38 0.32 （8） P ,(B →A) = P (4)
A 0
(1) 0.5 0.47 0.43 0.4 0.37 （9） P , ( A → B) = F (4)
3
（4）
FA 1+ F B
A
3
2 2.3 2.7 3.2 3.7 0 0.1 0.16 0.25 0.26 0 0.1 0.2 0.28 0.36
1 (4)
FA 1+ F B
A
2 4.375 9.0 16.625 28.0 0 0.28 0.33 0.31 0.28 0 0.42 0.66 0.78 0.85
B A B
2
P A +P B ,(B→A) =(8) +(10 ) P 0
1.0 1.29 1.3 1.3 1.3
FA
低压透平油系统油动机通常采用不对称缸， 最好限制在 1.3 以内。 F
0
A
FA
B
FB
3
A
B
7）当
FA
FB
=1
时，跃变为零
4 补偿计算
非对称四边控制滑阀对非对称缸的补偿作用。 非对称四边控制滑阀，控制边 A，B 口的密度 不同，以适应非对称缸两边流量的不一样，以补偿 液压跃变。仍按空载计算： F = 设 ff = Q ，P F = P F Q F
P （5） ∆P
0
=
(2) − 1 (4)
P （5） ∆P
0
=
(2) − 1 (4)
P （6） ∆P
0
B
= (1)(5)
P （6） ∆P
0
A 0
B
= (1)(5)
（7） P F
A
0
, (A → B) =
0.5 0.4 0.37 0.3 0.26
1 （7） P 0.5 0.23 0.11 0.06 0.04 ,( A→B) = F (4)
The Analysis of The Asymmetrical Cylinder Hydraulic Climacteric Problem
（杭州和利时自动化有限公司, 浙江杭州 310018）
侯林鹏 刘宓 赵春艳
Abstract
：The paper firstly basic on the extensive use of the asymmetric hydraulic cylinder on the turbine speed regulation DEH low
A B
（12）
由 A→B 换向为 B→A 时，B 腔油压有较大跃升。 3 结果分析 由 B→A 换向为 A→B 时，B 腔油压有较大跃降。总 的来说，在换向时活塞杆侧油压有较大跃变。高压 1）采用四边控制滑阀控制非对称缸时，活塞两边的 压力在换向时必定产生压力跃变。 系统跃变绝对值较大因此要注意控制。 2）本计算是在空载条件下进行的，当考虑负载时， 补充计算： 补充计算： 跃变会更大。 F 3）由于压力跃变，在活塞腔内的油液会产生内爆或 （1） F 1 1.1 1.2 1.3 1.4 外爆，使液压缸不能平稳地工作，即使在滑阀中 位时也不稳定。 F （2） 1 1.21 1.44 1.69 1.96 4）根据机械设计手册规定， 应控制在小于 1.21 F 以内。 F （3） 1 1.3 1.7 2.2 2.7 5）虽然油压跃变值在活塞两端形成的力是平衡的， F 但是，油液内爆或外爆所产生的油压不稳仍可导 致油缸动作不稳。 6）采用不对称四边控制滑阀，可以消除油压跃变。
P B=
F A P 0 F B
3
F A 1+ F B
FA 0 1+ F P B P A +P B= 3 FA 1+ F B
FA FA F + F B B P PA + PB = 0 3 FA 1+ F B
B 0
(1) 0.5 0.34 0.22 0.15 0.11 （9） P ,( A→B) = F (4)