阀控系统中的压力损失与节能优化

阀控系统是基于节流作用，即压力损失来调节流量的。其基本公式为

式中 q_L——负载流量；

A_V——阀可变节流口面积；

p_V——阀压降，p_V=p_S-p_L（p_S为液压源压力，一般为恒值，p_L为负载压力）；

K_q——流量增益，；

k——阀系数。

以惯性负载为主的负载压力p_L在工作时变化很大。这样，在液压源恒值压力p_S条件下，阀压降p_V也将较大幅度地变化，这就增加了液压功率损失；同时也引起流量增益K_q较大幅度地变化而使控制系统非线性严重。如果使阀压降p_V在以惯性负载为主的系统工作过程中基本保持不变，则既可减小功率损失（节能）又可改善伺服系统的性能。

1.液压源流量-压力特性

（1）理想节能液压源流量-压力特性 如果能使液压源压力p_S=p_L+p_V（p_L为负载压力，p_V为阀压降）随q_S变化时，始终保持p_V为恒值，即p_V=p_V0，那么就可解决液压功率损失过多的难题，如图6-3所示。其表达式为

p_S=f（q_S）p_Lm+p_V0 （6-8）

式中 p_Lm——最大负载压力；

q_S——压力源的流量；

图6-3 理想节能液压源的流量-压力特性图

p_V0——压力源的压力与最大负载压力p_Lm的差值。

这样，阀压降p_V0产生的液压功率损失P_V0=p_V0×1，P_V0曲线表示在图6-3上。但是，这样理想的曲线工程上是极难实现的。

（2）实用节能液压源的流量-压力特性 采用恒压、恒功率（转矩）复合型伺服变量泵，并把恒功率曲线的双折线改调成单折线，即可逼近理想流量-压力曲线，如图6-4所示。其表达式为

图6-4 实用节能液压源的流量-压力特性图(www.xing528.com)

式中

图6-4所示曲线达到了节能和使流量增益变化很小的目的。折线a—b可用在理想流量-压力曲线上作切线，并使面积A_r值最大的数学方法计算求得。这样阀压降功率损失A_V1=A_Vp-A_r（面积A_Vp表示了阀压降p_V引起的原理性液压功率损失）。

A_V1曲线表示在图6-5上，可见它比A_Vp大为减小。

若令_ηVp=A_L/（A_L+A_Vp）和η_Vt=A_L/（A_L+A_V1）（其中η_Vp为恒压源的伺服阀效率，η_Vt为实用节能液压源的伺服阀效率），从图6-6可知，η_Vt比η_Vp提高了很多，p_1m所占比例越大效率提高就越多。例如：当p_1m=0.8时，效率提高6%～7%。

图6-5 A_L、A_Vp、A_V0、AV_t的压力曲线图

图6-6 η_Vt、ηVp的曲线图

2.节能效果分析

可用两个指标来评价其节能效果：

（1）阀压降功率损失减小的比值dn

图6-7表示了三种p_V0值在不同p_1m值时的比值d_n，可见其节能效果明显。例如：当p_1m=0.8时，节能效果达25%左右，可在较大程度上降低系统冷却的难度。

（2）液压源最大功率减小的比值Dn

图6-7 D_n、d_n的曲线图

F点的功率可通过数学运算求出，通过计算机计算绘图的D_n曲线表示在图6-7上，其节能效果更为明显。例如：当p_Lm=0.8时，最大功率可减小35%左右，节省主机功率，特别在运动车辆上更为明显。