基于Matlab/simulink的液压动力机构的建模与仿真

　　1 泵控液压马达系统的工作原理

　　泵控液压马达系统在伺服系统中,通常采用变量泵-定量马达作为动力机构,通过改变变量泵的排量来控制传给负载的动力。因此损失少、效率高,最大效率可达 90%,适用于大功率系统。图1所示为一个等速旋转的变量泵,控制液压马达的闭式液压系统。另外设有补油泵向主回路低压侧供油,回路装有溢流阀,用以保持 补油压力为定值,防止主泵吸空和空气进入系统。由于泵的调节角U和排量成正比,改变U的大小和方向就能改变泵的排量大小和排油方向,控制液压马达的转速和 方向。

　　

　　2 泵控液压马达的基本方程

　　(1)变量泵流量方程

　　变量泵有斜盘式和摆缸式2种,但变量机构的输入角位移与泵的排量之间存在一定的函数关系。泵的流量(泵的输出量或液压马达的输入量)。

　　Q_p=DpXp=KpXpφ 　　式中D_p—泵的排量;

　　K_p—泵的排量梯度;

　　ωp—泵的角速度。

　　(2)泵与液压马达的流量连续方程因考虑沿程压力损失,泵的出口压力pp与马达的入口压力pm不等,泵的流量连续方程为

　　

　　其拉氏变换为

　　

　　Q是泵的输出流量,也是马达的输入流量,则马达流量连续方程为

　　

　　其拉氏变换为

　　Q=D_msH_m+C_tmp_m

　　由此可得泵马达流量连续方程

　　

　　式中p_Pp_m—泵出口和马达入口压力;

　　p_t—补油泵补油压力即主回油路压力;

　　Vo—包括泵马达管道高压腔总容积;

　　C_tp,Ctm—泵和马达的总泄漏系数。

　　(3)沿程阻力损失

　　p_p-p_m=AQ

　　式中a—管道阻力系数。

　　(4)液压马达与负载力矩的平衡方程

　　没有惯性、黏性负载和外扰力矩负载时,液压马达产生的力矩

　　

　　其拉氏变换为

　　

　　式中J_t—包括负载在内的马达转动惯量;

　　Gm—马达的机械效率;

　　Bm—负载及马达大黏性阻尼系数;

　　Tl—马达的外负载力矩。

　　(5)泵控液压马达的传递函数

　　由式(1)、式(2)和式(3)可得系统传递函数

　　

　　由于BmCt+D²mUD²m,在不考虑马达的机械效率、沿程压力损失和泵的泄漏这3个因素下,式(4)可简化为

　　

　　式中Vt —2根管道及有关容积的总和,Vt=2V₀。