负载敏感液压泵稳定性仿真与参数优化

　　0 引 言

　　电液比例负载敏感变量泵能够在负载压力变化的情况下输出恒定的流量,并且在负载压力升高到一定值时,泵输出流量自动减小到仅维持泵的输出压力恒定。这样的特性应用在注塑机上起到了很好的节能效果,工作效率较高。

　　计算机仿真技术的应用提高了研究效率,缩短了研究周期,给研究提供了很大的方便。文献[1]利用计算机仿真技术研究了压力控制变量泵的动态响应,发现高压时泵输出压力和变量柱塞腔的压力波动较大,斜盘倾角同样存在振荡现象。文献[2]对压力流量复合控制变量泵控制元件的模型进行优化,利用Simulink仿真对系统进行性能预测和分析,但是柱塞泵的模型较为简化。文献[3]采用AMESim对负载敏感泵进行建模,仿真分析了负载敏感阀的弹簧刚度、开口形状以及附加阻尼对负载敏感泵动态特性的影响,但仿真模型也采用了较简化的柱塞泵模型。文献[4]主要介绍了ADAMS/AMESim联合仿真技术方法,利用两个软件的各自的优势,考虑了传统仿真方法中容易忽略的参数,提供了变量柱塞泵较为真实的仿真结果。文献[5]采用虚拟样机技术,分析了配油盘位置与压力冲击,泵出口容积对压力脉动影响,以及柱塞运动特性与主轴应力应变情况。

　　变量柱塞泵的动态特性受到许多参数不同程度的影响,在参数优化方面已有较多的研究。文献[6]在配油盘上加入了大阻尼的单向阀,用于改善柱塞腔压力快速切换时产生的压力突变现象,最终样机减小了输出流量脉动和气穴现象。文献[7]对变量柱塞泵进行数学建模并得出了变量机构以及变量泵的控制增益的设计方法,但是忽略了斜盘转动惯量和运动阻尼。文献[8]通过数学方程推导分析了在稳定情况下负载敏感泵内部各参数的取值范围,提出增加变量机构的阻尼来削弱负载敏感泵的振动,对后面的研究工作提供了重要指导。

　　本研究旨在研究负载敏感泵控制系统中阻尼孔和容腔的参数匹配对其控制特性的影响。使用Pro/E建立三维模型, ADAMS建立动力学模型^[9],并结合AMESim的液压模型得到了负载敏感泵的虚拟样机^[10]。利用该虚拟样机对负载敏感泵恒压控制过程的压力偏差与控制稳定性进行研究与优化。

　　1 工作原理与理论分析

　　负载敏感泵的控制原理图如图1所示。从原理图可以看出,当负载压力较低时,比例节流阀5两端的压差$P由作用在调节阀3上的弹簧预压缩力调定。通过机械反馈原理保证节流阀阀口压差基本保持不变,因此泵输出的流量就由节流阀的阀口开度大小决定。

　　当负载压力达到比例压力阀4调定值时,比例压力阀开启,使得负载压力不再升高,泵进入恒压控制状态。此时压力控制回路存在两个重要的阻尼孔R₁和R₅,稳态状况下均有流量通过,其流量关系为: