伺服阀大小对作动筒加载速率的影响研究

伺服阀大小对作动筒加载速率的影响研究米 征1，2，牧 彬1，2

（1.中国飞机强度研究所十二室，陕西 西安 710065； 2.全尺寸飞机结构静力/疲劳试验室，陕西 西安 710065）

[摘 要]随着疲劳试验对运行时间的要求趋向严格，提高疲劳试验加载速度成为新的研究方向。伺服阀对作动筒的运动速率存在直接影响，本文主要针对相同作动筒的条件下，不同流量的伺服阀对作动筒运动速率的影响结果进行分析。

[关键词]伺服阀；流量；运动速率；疲劳试验

[中图分类号]V297 [文献标识码]A doi:10.3969/j.issn.1674-3407.2019.03.032

Influence Speed of Actuator by Different Servo Valve

Mi Zheng1,2，Mu Bin1,2

（1.The Twelfth Research of China Aircraft Strength Research Institute，Xi’an Shaanxi 710065，China；

2.Aircraft Strength Research Institute of AVIC Full Scale Aircraft Structural

Static/Fatigue Lab，Xi’an Shaanxi 710065，China）

[Abstract] In the full-scale aircraft fatigue test，due to the run time requirements tend to be stringent，increasing the loading speed of fatigue test has become a new research direction.Servo valves influence the operating speed of actuators directly，under the

condition of the same actuators，effect of servo valve with different flow rates on the operating speed of actuator is analyzed.

[Keywords] servo valve；flow rates；operating speed；fatigue test

1    引    言

目前，全尺寸飞机静力疲劳试验所使用的伺服阀按供应商归属地分为国产阀和进口阀，从类型上分为射流型和喷嘴挡板型。根据产地的不同，伺服阀流量的定义有两种方式：第一种为国内标准，通常以额定压力（伺服阀压降）为21MPa情况下定义伺服阀流量；另一种是以国外某公司为代表的标准，通常以额定压力为7MPa情况下定义伺服阀流量。因此，对比不同伺服阀对作动筒的影响时，要考虑到其中的差异[1-2]。

目前国内外关于疲劳试验提速的研究，主要集中在变形-流量匹配方面，通过计算试验件变形，依据飞行谱速度，计算伺服阀流量需求，而对于不同伺服阀对相同作动筒运动速率研究较少[3-5]。本文主要针对相同作动筒的条件下，不同流量的伺服阀对作动筒运动速率的影响进行研究。

生产的FlexTest200型协调加载控制系统；油源初始压力为21MPa。

䃫󱃇թ⮫󰜳℁⋟󰢸҉󰟕み󰟈э󱙌󰮕󱠴Б⎽󰟈󰣺亵󰣺亵䔶󱠖Ⱑ≮䄜󱌛䬭侞󰟕ѧ󱰺䬭󱣔󰝣Ѻ⼨󰣺亵Ѻ⼨э󱙌󰮕䄰㞯󰮕󰟈󰣺亵э󱙌󰮕䄰㞯󰮕ѻ󰢸󱌛󰜳䓀󰜧ѻ󰢸󱌛󰜳󰟈󰣺亵󰟈э󱙌󰮕䓀󰜧图1  疲劳试验中伺服阀作用基本原理

2    基本原理

疲劳试验中伺服阀作用基本原理如图1所示，协调加载控制系统实时计算当前指令，与测力传感器反馈信号构成闭环控制，计算出误差信号，进而计算得到伺服阀驱动信号，通过两芯伺服阀线缆连接到伺服阀输入接口（并联接入式）；同时，液压油源压力通过分配器、子站、安全保护模块连接至伺服阀，最终连向作动筒[6]。

在控制器参数设置及作动筒一致的条件下，不同大小的伺服阀对作动筒运动速度存在显著影响。

3    验证试验设计

验证试验设计方案如下：

（1）本次测试选用60t位控作动筒（编号：60TY201）； MOOG公司生产的38L/min、63L/min伺服阀和国内生产的100L/min、250L/min伺服阀；控制系统选用MTS公司

（2）根据现场提供的控制通道在FlexTest 200型协调加载控制系统上正确配置试验加载控制文件。

（3）对位控作动筒进行标定，调整标定参数使得标定结果满足测试要求。

（4）设置试验加载控制参数，在不引起作动筒振动的前提下尽量提高P、I等参数（P=20，I=30），这样可以使整个电气回路在有微小误差时具备满度伺服阀控制信号输出，消除由于伺服阀流量不同对测试结果的影响。

（5）对于每一种流量的伺服阀分别进行两次收放测试并记录测试结果。

由于两种系列的伺服阀在定义阀流量时标准不统一，需要在对比前做标准统一处理。伺服阀实际流量与阀压降有关，对于边节流小孔在给定阀压降下的负载流量，可通过公式（1）求出：

2019-09-15[收稿日期]

米征（1987-），男，陕西西安人，本科，工程师，主要研究方向为全尺寸飞机静力/疲劳试验加载控制。[作者简介]

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工程与试验Sep. 2019

                            （1）

依据表1，对不同流量的伺服阀进行标准统一后，结果如表4所示。

表3  伺服阀大小对作动筒平均运动速率的影响

阀流量/（L/min）

MOOG 38 MOOG 63 国内 100 国内 250 

收/（mm/s）

25.65 39.47 35.96 68.71 

放/（mm/s）

28.51 44.77 38.44 73.24 

Q为计算出的负载流量；QN为伺服阀额定流量；式（1）中，

ΔP为伺服阀实际压降；ΔPN为伺服阀额定压降。

为了便于比较，现将国产系列的阀流量转换成MOOG系列的阀流量，其中ΔPN为21MPa、ΔP为7MPa、QN为国产系列伺服阀的额定流量。经过计算，国产系列100L/min、250L/min的伺服阀对应到MOOG系列的阀流量如表1 所示。

表1  阀流量标准转换

额定阀流量/（L/min）

100250

国内标准/（L/min）

100250

MOOG标准/（L/min）

约58约144

表4  MOOG标准下伺服阀大小对作动筒平均运动速率的影响

MOOG标准阀流量/（L/min）

38 

58（原国内100）

63 

144（原国内250）

收/（mm/s）

25.65 35.96 39.47 68.71 

放/（mm/s）

28.51 38.44 44.77 73.24 

4    试验结果及分析

取测试数据结果中位移反馈曲线线性最好的一段L，得出ΔL与相应的ΔT（ΔL为L两个端点的位移差，单位为mm；ΔT为L两个端点的时间差，单位为s），随后计算出加载速率V，单位为mm/s，如表2所示。

表2  各型伺服阀数据处理结果

阀流量MOOG 38

收放状态ΔL/mmΔT/sV/（mm/s）ΔL/mm

MOOG 63 

ΔT/sV/（mm/s）ΔL/mm

国内100 

ΔT/sV/（mm/s）ΔL/mm

国内250 

ΔT/sV/（mm/s）

放1410.91625.68553.21439.51575.31635.95685.71068.57

放24101625.625521439.42431.51235.95550.8868.85

收1284.71028.47660.31447.16612.61638.28587873.37

收2456.81628.55593.31442.37540.31438.59731.11073.11

由表2~4可以看出，随着阀流量的增大，作动筒运动速率明显得到提高。同时，目前使用的作动筒为非对称作动筒，作动筒外放时的速率要高于作动筒内收时的速率。

5    结    论

本文对伺服阀大小对作动筒运动速率的影响进行研究，设计一种使用位控作动筒加载的验证试验，统计并分析位移及时间的关系，证明随着阀流量的增大，作动筒运动速率会有明显提高，为后续全尺寸飞机疲劳试验提供技术储备。

参考文献

[1]  胡寿松.自动控制原理（第五版）[M].北京：科学出版设，

2017.[2]  强宝平.飞机结构强度地面试验[M].北京：航空工业出版社，

2014.[3]  王笑尘.大流量电液伺服插装阀和先导级的匹配性设计[D].

杭州：浙江大学，2016.[4]  方向，原佳阳，訚耀保，等.电反馈式伺服阀控制参数半物

理整定办法[J].液压气动与密封，2018（2）：68-71.[5]  张永兴，赵洪伟.电液伺服阀和非对称液压缸匹配特性的试

验研究[J].工程与试验，2016，56（2）：13-16.[6]  尧建平，冯建民，王晓光，等.射流管电液伺服阀在全尺寸

飞机结构静力/疲劳试验中的应用研究[J].液压与气动，2010（3）：74-76.

不同流量的伺服阀对相同作动筒运动速率影响如表3 所示。

(上接第80页)

参考文献

[1]  于亮.大型船舶电力系统陆上联调场地设计[J].机电设备，

2016，33（6）：24-28.[2]  陈日冲.船舶冷却水管网系统建模与仿真研究[D].大连：大

连海事大学，2016.[3]  朱笑晨.净循环冷却水系统水力建模与修正研究[D].沈阳：

东北大学，2015.[4]  李宝仁，曹博，等.基于图论的船舶海水冷却管网水力特性[J].

舰船科学技术，2014，36（2）：102-107.

[5]  吴飞，崔彦枫，李祥立，等.水泵性能曲线方程研究[J].暖通

空调，2006，36（10）：63-66.[6]  林建中，阮晓东，陈邦国，等.流体力学[M].北京：清华大

学出版社，2013.[7]   Shimada.Graph-theoretical model for slow transient analysis of 

pipe networks[J].Hydraulic Engineering,ACSE,1989,115（7）：1165-1183.[8]  宋双，董广辉.提高泵汽蚀余量的改进措施[J].通用机械，

2017（8）：33-34.

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