基于Simulink的新型电液比例排量柱塞泵仿真分析

    比例排量调节泵能在任意给定的工作压力下,实现排量与输入信号成比例的控制功能。其变量机构中液压缸活塞与先导级之间,可以是以单纯的液压力联系,也可以以不同形式的反馈联系。后者常见的有位移直接反馈与位移-力反馈,他们均采用机械式反馈结构,其动态性能与反馈弹簧位移-力特性有很大关系,且其比例放大器的非线性、比例电磁铁的磁滞效应、摩擦力等干扰均在位移-力反馈闭环控制之外,因而其动态性能差,滞环特性只能达到3%左右[1-2]。

    1　新型比例排量调节泵的原理及特点

    该比例排量泵采用活塞控制泵内部斜盘摆角,以保证泵输出流量为所需流量。通过对泵变量机构中比例阀开口度的控制来设置摆角。只需控制比例阀输入电压在0~10 V内变化,即可控制比例泵的输出流量在0到全排量内变化。

    比例泵上装有斜盘位置反馈传感器等装置。其与传统排量泵的不同在于新型比例排量泵将传统的机械式位移-力反馈排量泵变量结构改进为位移-电反馈式结构,其系统原理如图1。比例流量阀5的位移输入由比例电磁铁2给出,比例流量阀5的力平衡决定阀口开度,其阀口流量的积分决定变量控制活塞7的位移。此位移通过位移传感器3检测,并转化为电信号,经控制器1调整输出反馈电信号使先导阀口关闭,使变量活塞7定位在一个新的位置上。

    限压控制阀6的功能是对系统进行过压保护,并消除过载时的溢流损失。当系统压力达到或超过限压控制阀的调定压力时,阀开启,泵出口压力油经阀进入变量缸的大腔,即大小腔都接入泵的出口压力油,但由于变量缸大小腔面积的差异,泵的排量降到零位附近,只产生补偿内部泄漏维持压力所需的小流量。从而保护系统的安全[2]。

    2　系统建模

    电控比例排量泵系统组成框图如图2,包括比例放大控制器环节、比例电磁铁、流量控制阀环节、变量液压缸环节、位移传感器反馈环节、泵主体环节。分别对各环节建模。

    2·1　泵主体建模

    由文献[3]可知,不考虑泵主体内腔室的液体压缩性,其流量方程为:

    泵正常工作时,图1中单向阀接通,有:

    ps=p1

    即,Qb=Ksy-Cepp1         (1)

式中:; d为柱塞直径; Z为柱塞数; Cep为泵泄漏系数; R为柱塞的分布圆半径; n为缸体的转速; y为控制变量柱塞的位移量; p1为变量液压缸无杆腔压力; a为斜盘中心到变量控制柱塞的垂直距离。

    2·2　流量阀控制变量液压缸建模

    变量先导控制为A+E型半桥组合成的液压桥路[4]。

    其特性方程有流量平衡方程(2)和力平衡方程(3):