基于AMESim的钻机泵控负载敏感变量系统调速回路仿真分析

　　ZDY6000L型履带式钻机选用负载敏感泵及负载敏感阀为液压系统的动力和控制元件。本文应用高级系统建模仿真软件AMESim对泵控负载敏感系统的调速特性、负载特性影响、抗干扰特性、超载特性等进行仿真分析。

　　1　钻机负载敏感系统工作原理

　　ZDY6000L型钻机回转液压系统(图1)是通过节流阀前后的压差控制负载敏感阀来调节泵的输出流量,泵的出口压力能自动适应负载的变化,仅比负载压力高0. 7~2. 1MPa,液压系统中没有过剩压力和流量,具有显著的节能效果^[1] 。

　　2　仿真模型

　　ZDY6000L型钻机选用的负载敏感泵及负载敏感阀是进口产品,内部参数无法确定,因此在构建仿真模型时,适当简化原理图,采用信号元件搭建模型,构建的AMESim仿真模型如图2所示,仿真回路参数如表1所示。

　　3　仿真分析^[2]

　　(1)调速特性

　　构建负载反馈表达式时设定系统压力为26MPa,出口节流阀压差控制值为2MPa,马达进口压力与泵口压力有0. 2 s的延时。为便于系统之间对比分析,调速过程与旁路节流、回油节流和调速阀调速回路的仿真相同。设定负载1 000 Nm,开关阀最大开口量为165 mm2。开关阀最大开口量时流量设定为150 L/min,仿真时间设定为: 0~30 s,开口量从完全闭合过渡到开口量的设定值,保持30~60 s不变。开关阀开口批处理设置如表2所示。运行批处理参数,泵口压力曲线和回转器转速如图3、图4所示。

　　在恒定负载条件下,泵口压力不随着开口量的变化而改变,保持恒定,但泵变量的启动反应速度加快;回转器速度随着开关阀开口量的增加而持续增加,调节范围宽,可快速、稳定地实现变量调速,明显优于阀控定量泵系统节流调速回路的调速特性。

　　(2)负载变化影响

　　设负载在30 s内从1 000Nm逐渐变化到3 000Nm后稳定。开关阀开口量为22%,运行仿真60 s,

　　观察转速的变化情况(图5)。

　　随着负载的增大和马达工作压力的增大,回转器转速略有下降,但能维持较稳定的值,待负载趋于稳定后,回转器转速迅速恢复原值并保持恒定。由工作原理可知,当负载增大、马达工作压力随着增大时,泵出口节流阀前后压差有减小的趋势,反馈信号作用于泵变量机构,控制泵的斜盘角度增大,使泵出口油量增大以保持节流阀前后压差不变。由于向马达的供油量保持恒定,使得马达转速几乎不受负载变化影响。

　　(3)抗干扰特性

　　设定ZDY6000L型钻机在稳定负载2 000 Nm下正常钻进时,突遇两个间隔为1 s持续时间0. 1 s的4 000 Nm负载的干扰,系统仿真输出特性曲线如图6、图7所示。