三相交流液压系统设计与仿真研究

　　0引言

　　20世纪初，Donald L.Culberson提出流体振动可以传递功率，从此揭开了交流液压技术研究的序幕。传统的液压系统液体经液压泵增压，压力油经过管道、执行器再回到油箱，按照这样的顺序循环流动，功率通过相对稳定压力和流量进行传递。

　　在交流液压系统中，工作部分液体不循环，而是封闭在系统中沿液压管道来回流动或根本不动，并通过流量波或压力波来传递功率。

　　通常人们把靠流量波来传递功率的交流液压系统称之为脉动交流液压系统，而把液体封闭在管道中不动，只是通过压力交变来传递功率的交流系统称之为驻波液压系统，根据液流相数不同，分为单向、两相和多相交流液压系统。其振动特性可以应用于工程、矿山、冶金机械等领域，路面疲劳试验机、打夯机、冲击式采煤机、圆形跳汰机等。

　　本文设计出三相交流液压系统，并通过AMESim软件进行仿真，研究系统各种特性。

　　1三相交流液压系统设计方案及其原理

　　该液压系统原理如图1所示，由脉动发生单元、压力变换单元、整流单元、补偿单元和模拟负载单元等部分组成。

　　该系统由三组相同电液伺服阀元件构成三相交流液压信号发生装置，控制压力变换器(由一个伺服缸和一个柱塞缸搭接而成，可以提供位置反馈信号，同时可以起到隔离不同液体介质和改变系统压力的作用)的活塞产生预期的运动轨迹，通过整流单元(三组共六个单向阀)，能够将三相的交流液压流量信号整流成直流液压流量信号。

　　压力补偿单元由两个蓄能器、一个溢流阀等元件组成，其中高压蓄能器用来滤波，在做单相交流液压实验(换向阀A处于上位，B处于中位可以做单相实验)时，可以用来提供模拟负载液压缸的回程压力;低压蓄能器用来提供一定的回油压力，补偿系统泄漏，防止产生气蚀。溢流阀用来控制高、低压蓄能器的最高压差。模拟负载单元C换向阀在上位高压蓄能器作为负载，在下位则弹簧为负载。

　　2三相交流液压系统仿真研究

　　2.1系统模型建立

　　利用AMESim软件建模仿真,如图2所示。可分为四步①元件选择及连接; ②为所有元件选择元件子模型;③仿真参数的设定;④设定仿真时间及步长进行仿真。

　　2.2仿真参数设定

　　在AMESim中所有模型都被参数化，如蓄能器的容量、预置压力，液压缸的缸径、活塞杆径、行程，到油液粘滞摩擦系数、型号等等，都以参数形式设定。

　　本文在仿真过程中根据三相交流液压系统设计需要，计算，设定主要参数，其他则保留模型默认设定。主要设定参数为：电动机转速为1500r/min,泵排量为200cc/r,溢流阀开口压力为50bar,左边三个正弦信号频率为1Hz，幅值为0.12null，相位由上到下分别0°，120°，240°，即相位分别相差120°，K增益为-1，PID采用P控制，设定值为80，四个比例换向阀额定电流为20mA,流量为500L/min时压降为1bar，即保证其无泄漏，压力变换器伺服缸设定活塞直径为100mm，杆径为50mm，柱塞缸设置活塞直径60mm，杆径50mm，位移传感器设置信号输出增益为2(1/m)，高压蓄能器容量为4L，充气压力为35bar，低压蓄能器容量为4L，充气压力为5bar，溢流阀调定两蓄能器最高压差为30bar，正弦信号频率为1Hz，幅值为10null，相位偏移180°，双作用缸活塞直径60mm，杆径30mm，行程0.3m，弹簧作为负载，设定弹簧刚度为100 000N/m。2.3仿真结果三相交流液压系统仿真结果如图3、图4所示。