新型大功率低噪声直驱式液压作动器设计与仿真

　　0 前言

　　液压作动器在军事、工农业生产、日常生活等场合都发挥着重要作用。但该设备在工作时无法避免会产生振动与噪声。噪声对工作人员日常工作、生活、身体健康、甚至心理都会产生很大的影响。过强的噪声还会使一些精密仪器和设备工作不正常、精度降低、使用寿命缩短。

　　液压作动器是一套复杂的机电液一体化装置,而且是经常使用的设备,而传统作动器在工作时不可避免会产生大量噪声,是主要噪声源之一。

　　按系统原理来分,液压作动器可分为节流阀控制系统及泵容积控制系统。在小功率作动器中,一般采用开式系统,由液压伺服阀或换向阀控制作动器输出速度与方向。在功率较大的作动器中,多使用闭式系统,该系统使用伺服变量泵驱动液压缸。节流阀控制作动器及泵容积控制作动器存在的主要问题有:

　　(1)效率低,噪声大

　　阀控液压作动器的总效率低,发热量大,噪声高。与之相比,泵控作动器效率较高,但没有动作时,电机与变量泵始终工作,油液不停流动,因此始终产生振动及噪声。

　　(2)易损环节多,可靠性低

　　目前液压作动器所使用的阀块多,管路长,尤其使用对油液等条件要求苛刻的伺服阀,致使可能出问题的环节多,整机可靠性不高。

　　(3)结构复杂,维护困难

　　目前作动器包含的零件数量多,结构复杂,附件多,致使维护保养困难,操作不便。

　　1 新型大功率液压作动器设计

　　泵转速控制闭式系统由交流或直流伺服电机驱动定量或变量液压泵,由电机转速高低与转向控制系统流量大小及方向,从而控制液压缸速度与行程。其原理如图1所示。

　　与传统液压作动系统相比,这种新型液压系统体积小、重量轻、功耗低、效率高、噪声低、结构简单、可靠性高,可维护性强。而且整套系统液压管路短,甚至可以完全取消外部管路。一体化电动静液作动器EHA、直驱式容积控制伺服系统等,均属于泵转速控制闭式系统,并且已成功应用于飞机翼面作动器、小吨位船舶舵机、注塑机等场合^[1-4]。但由于目前大功率伺服电机转动惯量大,启动电流大,需软启动或变频启动,导致换向时间长,并不适合转向变化频繁的场合,因此,上述泵转速控制闭式系统基本应用于小功率位置伺服控制系统;而对于大功率伺服控制的场合,系统所需电机功率大,动态要求高,因此,需要提高泵转速控制闭式系统的响应频率。而使用电机-阀联调方案,可以提高系统响应速度,使泵转速控制闭式系统方案适用于大功率作动器。泵产生的流量脉动会引起液压管路及各元件的振动,从而产生噪声与振动。为了降低液压作动器液压脉动,新系统采用流量脉动较低的内啮合齿轮泵。在齿轮泵出口处加装液压蓄能器或消声器,可以有效抑制系统流量脉动,进一步降低液压作动器振动与噪声。