系统稳定性和瞬态响应特性的测试

在平衡阀的诸项功能中，最重要的就是要使负载按希望的速度不受干扰地平稳下降。因此，平衡阀在受到干扰后的瞬态响应特性也是至关重要的，但是，没有生产厂在其产品样本中给出其瞬态响应特性指标，因为这也确实不易给出。

1.系统稳定性问题

图5-20a为系统不稳定，振荡越来越严重。图5-20b为使用了恰当的平衡阀后，系统即使受到干扰后，仍能保持稳定工况。

图5-21是一个含平衡阀的部分系统的信息流图，从中可以看出，即使不考虑速度v对负载力F_L的影响，系统中也含有至少两个闭环。有反馈，就可能有不稳定。所以，系统的稳定性不仅仅取决于平衡阀，也受系统中其他元件特性的影响。

有些系统惯量很大，例如，起重机、升降工作台（参见图5-3）等，液压缸一般是通过杠杆推动负载的，负载的惯量对液压缸而言，放大了数倍。并且可能带有很大的弹性元件（液容，如蓄能器、长软管等也是弹性元件）。而惯量加弹性，则是一个天然的振动系统。由于这些惯量与弹性常常不是固定的，而是随着运动过程不断改变的。所以，自振频率也不是一个常数，而是分布在一个很广的范围内。这些都增加了控制的难度。因此，某些任务可能有多个阀能完成，某些任务可能甚至根本没有一个平衡阀能完成，必须从其他地方找改进点。

图5-20 在一台挖掘机上实測的液压缸压力（ET）

a）不稳定工况 b）稳定工况

图5-21 含平衡阀的液压系统的信息流图

例如，一液压系统采用定量泵加普通流量阀加换向阀（见图5-22）。在换向阀切换到左位时，由于输入液压缸的流量突变，引起相应的压力p₁突变。这对该系统是一个阶跃信号，很容易引起压力p₂很大的波动。图中，曲线A是使用普通溢流阀。曲线B是使用了一个软溢流阀（见2.2.7节）。它可提前开启，使压力p₁上升缓慢一些，由此造成的压力p₂跌落就要小得多。

图5-22 用软溢流阀改善系统瞬态响应（SUN）

A—不带软溢流阀 B—带软溢流阀

若能在换向阀切换时，使B→T保持开启或早于P→A开启，也有助于减小p₁的压力尖峰，从而改善p₂的瞬态响应。

如能在控制压力端口加一小蓄能器，也可以减少控制压力的波动，从而提高整个系统的稳定性。

如果在液压缸出口与平衡阀之间加入适当节流，如图5-23中V4，也可以分散压力降，提高稳定性，同时可以避免在通道刚开启时的瞬间流量过大引起的冲击损坏平衡阀的锥阀座。

图5-23 用节流分散压力降

2.平衡阀瞬态特性测试回路

利用图5-24的瞬态特性測试回路可以測试平衡阀在控制压力突变时的瞬态响应特性。

图中：

1—液压源。(www.xing528.com)

1a为主液压源，最高流量应超过被測阀的工作流量。建议采用定量泵，以避免变量机构的影响。

1b为建立控制压力用，毋须很高流量。

2—溢流阀。

2a系统溢流阀，仅作安全保护用。设定值必须高于被測平衡阀的最高负载压力。测试过程中不可溢流。

2b为辅助系统溢流阀，仅作安全保护用，设定值高于被测平衡阀的最高控制压力即可。

2c为调压溢流阀，用于模拟负载压力。调压偏差要小，以减少对测试结果的影响。

3—旁路阀。模拟控制压力突变。

4—温度计。

5—压力传感器。5a测负载压力，5b测控制压力。

6—被测阀。

图5-24 平衡阀瞬态特性测试回路

7—流量传感器，记录流量变化。由于流量传感器一般动特性都较差，即使涡轮流量传感器的动特性好些，可能也达不到这里的要求，只能供参考，以压力为准。

8—节流阀。建立控制压力用。采用节流阀建立控制压力比用溢流阀要稳定，因为减少了可能引起振荡的环节。

11—快速记录仪，或计算机数据采集记录显示系统，记录瞬态特性用。

3.测试过程

1）测试开始前，参考已测得的稳态特性曲线，调节节流阀8a、8b，确定一适当的工作点。

2）开始记录。切换旁路阀3，造成控制压力p_5b突变，负载压力p_5a及流量q_V7相应发生变化。经过一段时间，又趋于稳定。停止记录。

类似，也可测试负载压力突变时的瞬态响应特性。

使用同一测试系统，在同样的工作点，对不同产品测试记录压力p_5a、p_5b及流量q_V7的瞬态变化过程，就可以比较出它们的瞬态特性。

必须指出，这些测量结果与实际应用还有一定的距离。因为该测试只模拟了液阻型负载，实际系统中常常还同时有惯性负载、力负载及弹性负载，情况复杂得多。平衡阀之外的其他参数对系统的稳定性也有很大影响。