变频液压系统中变量泵的建模与仿真研究

　　0 前言

　　变频技术在液压系统中的应用日益广泛,许多变量泵油源供油系统开始考虑采用由变频电机驱动的供油系统取代,具有液压回路的简化、能量损失减少、系统效率提高等优点,但同时也存在低速稳定性、响应快速性及启动或换向平稳性等方面的一些问题^[1],限制了变频技术在某些液压系统中的应用。浙江大学流体传动与控制国家重点实验室对变频液压技术在注塑机中的应用进行了研究^[2];太原理工大学机械电子工程研究所对基于调速电动机的电液动力源进行了研究^[3];为了能更深入地研究变频液压系统的特性,英国CARDIFF大学的流体试验中心专门建立了变频驱动液压系统试验台,将变频液压驱动与变量泵系统进行比较研究;笔者所做的研究仅为该项目的一部分,对变量泵系统特性进行仿真研究,建立了变量泵斜盘角度闭环控制系统的数学模型,并利用Smi ulink软件建立仿真模型,并对不同转速情况下系统的特性进行了分析和比较。

　　1 系统建模

　　1.1 基本液压回路

　　根据研究的要求,该系统由变频电机驱动变量泵,可调节流阀3作为模拟负载,溢流阀4起安全阀作用如图1所示。

　　1.2 变量泵的工作原理

　　系统采用派克公司的PV0.6系列变量泵^[4],该泵为比例排量控制泵,主要由变量柱塞泵、变量控制柱塞、比例电磁阀、变量柱塞位置传感器及电控模块组成。该泵排量为16cm³/r,额定工作压力为35MPa,排量控制从最小到最大及从最大到最小的响应时间在50ms之内。该泵的内部结构如图2所示。

　　该泵通过比例电磁阀、变量柱塞的位置传感器及电控模块实现泵的斜盘角度的闭环控制,图3为该泵的工作原理图。

　　当指令信号发出后,电控模块比较指令信号与位置传感器的位置信号,得到偏差信号,经放大器控制比例电磁阀移动,改变变量柱塞的位置,直至偏差信号为0。

　　1.3 系统建模

　　根据以上工作原理,结合泵、比例电磁阀、变量柱塞系统管路的具体结构尺寸,仿真系统模型简化图如图4所示。

　　(1)容积V₁的流量连续性方程

　　式中:Q为泵的流量, z为泵的柱塞数量, dp为泵的柱塞直径, n为泵的转速,仿真建模时,除按照此公式计算平均流量外,还进行了瞬时流量的仿真计算,方法在此不赘述。

　　C_p1为泵的外泄漏系数。

, Q_s为负载流量, C_d为

　　流量系数,Q为液压油的比重。