伺服系统液压站动态特性分析

　　1　概述

　　我单位根据样机仿制的伺服系统液压站(简称液压站)是为多个液压马达和液压缸供油的动力源。该系统启动时要求液压站迅速建立压力并提供大流量的油液,而在启动完成后的大部分时间内,液压站仅需维持系统的泄漏流量即可。该液压站巧妙地利用了定量泵供油、压力传感器控制的插装阀高低压切换、蓄能器储油等方法解决了瞬时高压大流量与长时间高压小流量之间的矛盾,做到了既满足了系统快速性的要求,又达到了节能的目的。

　　了解该液压站内各个元件的动态特性及元件参数的改变对系统性能的影响是十分必要的。液压系统中大部分元件的参数测量起来都十分费时费力,而且也不能仅靠更换某个元件去观察该元件对系统的影响。而使用模拟仿真的方法对该液压站进行特性分析是了解液压站内各元件动态特性的有效方法。

　　2　系统组成及原理

　　液压站由定量泵机组、插装阀、压力传感器、压力切换控制电磁阀、蓄能器、冷却器、油箱及相关管路和附件等组成(见图1)。

　　当泵机组启动时,插装阀1处于打开状态。延时几秒后,电磁阀2控制插装阀1关闭,系统压力即可迅速建立。再经过几秒后,压力达到系统设定的压力高点时,电磁阀2控制插装阀1开启。起保压作用的单向阀6关闭。由于系统各元件存在一定的泄漏,因此蓄能器内存储的油液的会缓慢减少,系统的压力也会缓慢下降。当压力下降到设定的压力低点时,电磁阀2再次控制插装阀1关闭,系统压力再次上升到压力高点,如此不断循环。

　　在系统启动过程中,系统流量分阶段增大,到系统启动完成后,系统的流量等于各元件的泄漏量。图2为系统的工作流量曲线。

　　3　建模和仿真分析

　　根据以上原理建模(图3),建模后,经计算即可得到系统压力曲线(图4a)和泵出口的压力曲线(图4b)。

　　系统启动并经过几秒后,系统压力与泵出口的压力迅速从零增加到蓄能器的充气压力。之后,系统压力与泵出口的压力都缓慢增加直到系统启动过程结束(启动过程结束的瞬间泵出口的压力降为零),这时系统需要的流量仅为泄漏流量,系统压力的增速大大提高(泵出口压力也再次上升)。当系统压力升到压力最高点后,系统压力完全依靠蓄能器内存储的油液维持压力缓慢下降(而此时泵出口压力则迅速降到接近于零),当系统压力下降到最低设置点时,系统压力再次增加(泵出口压力也再次上升)直到压力最高点为止(此时泵出口压力又迅速降到接近于零)。系统的压力呈锯齿状反复变化。

　　可以看出,泵出口压力只有在系统的压力下降到最低设置点后的短时间内升高,其余较长的时间都维持很低的压力。即在待机状态下使用较少电能即可维持系统正常运行,从而达到了节能的目的。