电液比例斜盘式轴向变量柱塞泵的压力特性仿真

　　0　前言

　　电液比例变量柱塞泵具有节能、结构紧凑、简化系统设计和便于实现自动控制等特点,广泛地应用于注塑机械、建材机械、工程机械、交通运输机械以及船舶、航 空、军事等领域。由于国外该类产品的价格、供货周期及售后服务等原因,国内已开发出该类产品,填补了该领域的空白。为了节约成本、缩短研制周期并分析相关 的技术难题,可采用计算机进行仿真研究,为泵的设计提供理论依据和参考。

　　1　电液比例变量柱塞泵的压力控制原理

　　1·1　结构组成

　　电液比例变量柱塞泵主要由变量柱塞泵1、控制柱塞2、压差控制阀3、节流孔4、流量控制阀5、节流孔6、电液比例流量阀7、安全阀8和电液比例溢流阀9所组成,如图1所示。

　　电液比例变量柱塞泵可进行压力和流量的自动控制,给电液比例流量阀和电液比例溢流阀通入不同的电流时,分别实现对系统的流量控制和压力控制。下面以压力控制为例说明变量柱塞泵的控制原理,从图1中取出压力控制部分,绘成结构原理图,如图2所示。

　　1·2　工作原理

　　给电液比例溢流阀9的电磁铁通入电流后,电磁铁产生电磁力通过弹簧作用于溢流阀9的阀芯上。当泵的输出压力小于电磁铁推力与弹簧力之和时,阀9关闭,节流 孔4两端的压差为零,压差控制阀3关闭, 2腔内压力与泵体内压力相同,泵的出口压力与负载压力相等,溢流阀不发生溢流;当泵的输出压力大于电磁铁推力与弹簧力之和时,阀9的阀口将打开,节流孔4 的两端产生压差,该压差推动阀3的阀芯向左运动,此时控制阀3工作在右位,使得泵出口流量进入控制柱塞大腔后推动柱塞开始运动,带动斜盘逆时针转动,斜盘 倾角减小,泵的输出流量减小,直到卸荷,此时泵的出口压力由电液比例溢流阀9的电流进行控制。

　　2　数学建模

　　建模基于如下假设:弹簧的质量为零,不计管路流动损失,油箱的表压力为零,系统中所有的控制阀均为零开口阀。

　　根据流量连续性方程,泵的输出流量关系方程为

　　式中: Q_P为泵的理论输出流量; V为泵高压腔的容积;βe为液压油的弹性模量; P为泵的输出压力;λP泵的泄漏系数; Q₃为流过压差控制阀3的流量; Q₄为流过节流阀4的流量; Q_L为流入负载的流量。

　　泵输出理论流量方程为

　　Q_P(s)=-K_KnX_C(s) 　　(2)

　　式中: K_K为泵输出流量比例系数; n为泵的转速;X_C为控制柱塞的位移。

　　控制柱塞平衡方程为