蓄能器-泵系统压力缓冲仿真与试验

　　0 引 言

　　在船用液压系统中,由于执行机构较多,工作负载变化多样,为了降低液压泵的排量,减小电机功率,常采用活塞式气动蓄能器)泵的液压系统,以蓄能器为辅助液压源向系统供油。当蓄能器放光油时,液压泵带压启动对蓄能器充油,蓄能器充满油后,液压泵由带压工作状态转为卸荷或停机状态,此时液压泵出口单向阀的入口侧压力丧失,而在蓄能器压力的作用下出口侧压力依然存在,因此两端形成很大的压差,使阀口迅速由开启状态转为关闭状态,并在阀口关闭过程中产生很大的液压冲击,导致系统整体性能下降。为了降低或消除系统压力冲击,一般做法是在压力冲击点附件安装囊式蓄能器进行压力缓冲[1-2]。

　　但由于囊式蓄能器的充放作用,吸收压力后易反复振荡。为解决此问题,本文基于蓄能器)泵液压系统,在囊式蓄能器的接入管段上增加单向节流阀,使得囊式蓄能器吸收压力冲击时液压油可顺利进入蓄能器皮囊,而当皮囊内液压油回流时则会受到节流阻尼的控制,消除振荡,并应用AMESim软件对加入单向节流阀前后吸收压力冲击的效果进行系统建模与仿真对比研究和试验验证。

　　1 系统模型的建立

　　1.1 蓄能器)泵系统压力缓冲回路原理

　　船用活塞式气动蓄能器)泵液压系统主要由螺杆泵、单向阀、活塞式气动蓄能器、溢流管路和用户管路等组成,便于分析,现将系统简化为单泵单蓄能器的形式,如图1(a)所示。工作时蓄能器向系统用户供油,液压泵处于卸荷或停机状态;当蓄能器放光油时,液压泵带压启动对蓄能器充油,当油充满时,蓄能器上部行程开关就会动作,并向电气控制箱发出到位讯号,液压泵由带压工作状态转为卸荷或停机状态。此时液压泵出口管路上的单向阀两端压力发生剧烈变化,在单向阀出口产生很大的液压冲击。囊式蓄能器由皮囊将壳体分为气液2个腔室,皮囊内充氮气,皮囊与壳体组成腔室充液压油,加入单向阀出口后,皮囊内气体体积随压力增加而减少,从而吸收冲击液压能,降低或消除系统压力冲击。加入囊式蓄能器后的原理简图如图1(b)所示,在囊式蓄能器的接入管段上增加单向节流阀后的原理简图如图1(c)所示。

　　1.2 压力缓冲液压回路AMESim建模

　　AMESim为用户提供了1个时域仿真建模环境,可使用已有的模型或建立新的子模型元件,构建优化设计所需要的实际模型;可修改模型和仿真参数,进行稳态及动态仿真、绘制曲线并分析仿真结果[3]。界面比较友好、操作比较方便,本文选用AMESim软件对系统进行仿真。

　　活塞式气动蓄能器在AMESim中没有可用模型,通过对其工作原理分析可知,可采用AMESim中已有的囊式蓄能器模型和液压缸模型组合而成,行程开关到位信号由位移转换模块实现。参照船用蓄能器)泵液压系统简化原理,建立的AMESim模型如图2所示。