波动载荷作用下液压驱动牵引车辆的蓄能器配置

　　0　引言

　　工程牵引车辆作业环境恶劣,载荷变化复杂,其液压系统易受到振动和冲击,影响功率的有效利用,缩短了各部件的使用寿命。蓄能器的主要用途是蓄存能量,缓和液压冲击与吸收压力脉动。因此,探索蓄能器消减压力冲击和波动对改善工程车辆工作性能具有实际意义。

　　本文分析了静液驱动牵引车辆加入蓄能器后的系统模型,并依据分析结果提出了蓄能器的参数配置方法,其结果对提高牵引车辆的性能具有一定意义。

　　1　液压驱动牵引车辆蓄能器匹配的理论分析

　　液压牵引车辆系统多为复杂的流量耦合泵控马达系统。本文以变量泵-定量马达系统为例进行相关分析。

　　1.1　变量泵-定量马达系统

　　变量泵-定量马达系统是恒速控制车辆中使用的系统,当变量泵-变量马达系统中变量马达取某一排量进行系统分析时,也可视为变量泵-定量马达系统(图1)。假设如下[1]:①忽略管路压力损失;②泵、马达泄漏为层流,泄漏系数与泄漏面两侧压差成正比;③泵转速nb恒定,泵排量Db与其斜盘摆角成正比(斜盘变量泵b≤12°,Db∝tanb,在b值较小范围内,Db∝);④闭式系统补油压力pr恒定,高压p随负载变化(流量耦合);⑤不计泵、马达摩擦转矩等非线性因素,不计马达轴弹性变形。

　　式中,Qb为泵输出流量;Kb为排量梯度;nb为泵转速;为斜盘摆角;Cib、Ceb、Cb分别为泵内外泄漏系数和总泄漏系数;QbL为泵理论流量;Dm为马达排量;θm为马达轴转角;V0为泵、马达、高压管端总容积;βe为油液容积弹性模量;Cm为马达总泄漏系数;Ct为系统总泄漏系数,根据泵、马达容积效率选值;Jm、Bm分别为等效至马达轴上的转动惯量、黏性(摩擦)阻尼系数;TL为负载转矩。

　　泵控马达速度输出系统未加校正的传递函数G(s)为

　　式中,ωn为液压系统固有频率;kn为液压扭转弹簧刚度;ξn为系统阻尼系数。

　　泵控马达系统是一个欠阻尼系统,ξn一般为0·05~0·20,阻尼系数不但会影响稳定性,还会影响传动效率,ωn是影响车辆液压系统快速性的主要指标。

　　1.2　加入蓄能器后系统模型

　　气囊式蓄能器的数学模型为^[2-4] ：

　　式中,ωa为蓄能器固有频率;Kb为蓄能器气体弹簧刚度[3];n为气体的多变过程指数,绝热过程取1·4,等温过程取1;ξa为蓄能器阻尼系数;pa0为蓄能器稳定工作压力;Va0为蓄能器气腔容积(稳定工作点);Aa为折算到蓄能器油液腔截面积;ma为折算到蓄能器蓄能腔的液体当量质量;Ba为折算到蓄能器的当量黏性阻尼系数。