高速
电液执行器一般由两位三通高速开关阀和液压缸组成，其工作原理如图1所示。在没有电信号时，高速开关阀在常闭位，液压缸的控制腔通过高速开关阀与油箱相通，液压缸在负载弹簧的推动下回到原位在有驱动信号时，高速开关阀工作在开启位，此时液压缸的控制腔通过高速开关阀与液压源相连，从而驱动高响应液压缸前进。
从工作原理可以看出，高速电液执行器在推动和回退时是两种不同的工作机理。本文通过理论分析、数值仿真研究和实验验证的方法，对电液执行器的推动和回退时的动作延迟特性进行研究。
一、高速电液执行器的数学模型
1、推动行程的数学模型
由于高速开关阀的响应速度远远大于电液执行器的动态响应速度，因此可以把推动行程中高速开关阀阀口简化为一个固定液阻，高速电液执行器的工作状态可以简化为图二所示模型
从图2可见，推动行程中经过高速开关阀阀口的流量为
2、回退行程的数学模型
同样由于高速开关阀的响应速度远远大于电液执行器的动态响应速度，因此可以把回退行程中高速开关阀阀口也简化为一个固定液阻，此时高速电液执行器的工作状态可以简化为如图3所示
在回退行程中，通过高速开关阀节流口的流量为：
其流量连续方程与负载运动力平衡方程与推进行程相同。
二、系统仿真及结构优化分析
1、电液执行器模型仿真
根据上述建立的电液执行器推进和回退行程的数学模型，我们利用Matlab的Simulink工具箱进行电液执行器推进与回退过程仿真。仿真设定主要参数如下液压油源系统压力为p
a=12Apa，液压缸控制腔活塞面积A
A=7.85X10
-7m
2，液压油弹性模量B
c=1330MPa，液压缸活塞及负载折算到活塞的总质量m=4.5kg，高速开关阀
流量系数C=0.81。输入信号为一个方波脉冲，同时监视其控制腔压力与负载行程的变化。得到图4所示曲线。
2、电液执行器结构优化分析
根据上述仿真结果可以发现，电液执行器控制腔压力无论在推进行程还是在回退行程中均随着人信号的变化而迅速变化，而电液执行器的输出位移信号则会有一定的时间延迟。图中t1、t2分别为电液执行器推动行程的时间延迟和回退行程的输出位移动作时间延迟。
比较压力一时间曲线和位移一时间曲线可以发现在推进行程中，控制腔建压过程是导致电液执行器输出位移动作延迟的主要原因在回退行程中，控制腔卸压过程是导致电液执行器输出位移动作延迟的主要原因。因此如何在推进行程中快速建压和在回退行程中快速卸压是减少电液执行器动作延迟时间、提高电液执行器动作执行频率的主要途径。
在建压和卸压过程中，由于液压缸活塞并未运动，因此式2可以简化为
结合式1、式4和式5可以看出，液压缸的压力变化速度跟液压油弹性模量B
c、高速开关阀的阀口大小W、系统压力P
a、液压缸控制腔容积v
0+A
AX以及液压缸的泄漏系数C
1均有关系。液压油弹性模量B
e的提高可以有效提升液压缸控制腔的建压速度和卸压速度，因此在电液执行器的设计使用中应该尽量选用弹性模量高的液压油。
高速开关阀的阀口开度越大，则可以有效增加建压与卸压的流量，同样也可以提升液压缸控制腔压力的变化速度。但是由于当前高速开关阀的现状限制，很难提升其
流量特性。为提高电液执行器的动作响应特性，可以采用多高速开关阀并联的形式。
同样根据式5可以看出，液压缸控制腔容积的大小对液压缸控制腔的压力变化速度也存在很大影响，无论电液执行器工作在推进行程还是回退行程，其容积越小，则其压力变化速度就越快。因此在设计电液执行器时，应尽量把高速开关阀与液压缸之间的有效距离缩短，同时应该尽量缩小液压缸的活塞面积’。对于液压缸活塞面积缩小会引起驱动力下降的问题，可以采用提高系统压力的方法来解决。
同时液压缸的泄漏量对电液执行器控制腔的压力变化速度也有很大的影响。在推进行程中，液压缸的泄漏会导致控制腔内液压油流失，从而会导致建压速度下降。但是在回退行程中，液压缸的泄漏可以加快液压缸的卸压流量，加快卸压速度，设计人员应该根据电液执行器动作要求来制定具体的泄露指标。对推进响应速度要求较高的电液执行器可以尽量增长活塞长度，以减少泄漏量。相反的，对于特别要求回退响应快的电液执行器可以适量增加一些泄漏开度。
三、结论
通过建立电液执行器的数学模型并进行仿真可以发现电液执行器的动作延迟时间主要是由于液压缸控制腔的建压和卸压时间引起。通过对数学模型的分析，为加快电液执行器的动作响应特性，减少延迟时间，可以采用下列措施来提高电液执行器的动作响应快速性
1、开关阀与驱动液压缸的距离必须尽量短，液压缸的活塞面积可以尽量小。
2、对于要求回退响应迅速的电液执行器，可以考虑适当增加油缸泄漏量来提高其卸压速度。
3、采用弹性模量高的液压油。
4、尽量采用阀口开度较大的开关阀开关阀。
参考资料
施光林，钟延修高速电磁开关阀的研究与应用田机床与液压，2001（2）：7一1
吴根茂，邱敏秀，王庆丰，等实用电液比例技术（M）.杭州浙江大学出版社，1993
