基于Matlab/Simulink的液压增力装置动态特性研究

　　液压增力装置主要由输出缸和增压缸两部分组成,其增压原理是利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压^[1-2]。泄漏是增力装置最常见的问题之一^[3]。作者首先推导了液压增力装置的状态方程,建立了基于Smi ulink的仿真模型,并对其进行了动态特性仿真分析,为提高其性能和改进设计提供参考。

　　1 液压增力装置原理

　　图中缸1为输出缸,其右腔为增压腔,缸2为增压缸。当换向阀3电磁铁2DT通电,油口2进油,活塞杆受液压推力向左快进至工作位置,此时缸1右腔压力增高。当控制系统监测到压力达到一定值时,2DT断电,换向阀3处于中位,缸1左腔通过节流阀5与油箱相连,右腔被液控单向阀1封闭(关闭油口2的进油)。此时换向阀4电磁铁4DT通电,增压缸2上的油口4进油,开始增压行程。缸2的活塞向左运动,缸1的右腔液体受到压缩,产生很高的液压力。因此,缸1活塞杆向左运动,并输出很大的力;缸1活塞杆的运动速度由缸2控制,可以以很低的速度向前运动;在增压缸2的活塞杆上安装位移传感器,考虑油液压缩和泄漏,可间接计算缸1活塞杆的位移。

　　2 液压增力装置的数学模型

　　根据图1对系统进行建模。建模时忽略缸2右腔泄漏,缸1右腔和缸2左腔压力较高,必须考虑其泄漏。节流阀5作用很小,可以忽略其影响。利用流量和力平衡关系得到以下方程^[4-6]:

　　(1)输出缸1右侧流量方程(考虑泄漏)

式中:X_p2为缸2位移;A₄为缸2活塞杆面积;A₁为缸1活塞面积;V₁₁为缸1右腔容积;p₁₁为缸1右腔压力;p₂₂为缸2左腔压力;B_e为油液弹性模量;C_t1为缸1右腔到缸2左腔的泄漏系数;C_t2为缸1右腔至缸1左腔的泄漏系数;X_p1为缸1位移。

　　(2)输出缸1力平衡方程

式中:m₁为缸1活塞质量;B_p1为缸1黏性阻尼系数;Ft为负载力。

　　(3)换向阀4出油口的流量方程

式中:C_d为流量系数;A₆为阀4开口通流量面积;ρ为油液密度;p_s为供油压力;p₂₁为缸2右腔压力。

　　(4)增压缸2右腔的流量方程(忽略泄漏)

式中:X_p2为缸2位移;A₃为缸2活塞面积;V₂₁为缸2右腔容积;p₂₁为缸2右腔压力。

　　(5)增压缸2左腔的流量方程(考虑泄漏)

式中:V₂₂为缸2左腔容积。

　　(6)换向阀4回油口流量方程

　　(7)增压缸2的力平衡方程

式中:m²为缸2活塞质量;B_p2为缸2黏性阻尼系数。