液压系统压力波动与冲击的动态仿真试验研究

　　0　前言

　　在液压系统中由于某种原因,当管路一端的流速或压力发生剧变时,管内油液中会产生急剧交替的压力升降阻尼波动过程即液压冲击现象。液压冲击压力波的峰值往往是正常工作压力的很多倍,造成强烈振动和巨大噪声,进而使系统升温、液压元件损坏或引起某些液压元件误动作而造成设备损坏或严重事故。因此分析液压冲击现象,寻求减小液压冲击影响的有效措施具有重要意义^[1] 。

　　利用SIMULINK模块库并依托MATLAB中的仿真资源建立某液压系统压力波动、冲击测试的动态仿真模型,通过计算机数字仿真获得系统动态过程参数变化和响应特性的曲线或数据,分析液压系统工作过程中油液压力随时间变化规律,观察高压系统(管道或容腔)中压力瞬态峰值与波动情况,进而了解系统动态品质参数的变化对系统从波动到稳定过程的影响,并与实际系统的试验结果相比较,提出改进系统动态特性的措施。

　　1　液压系统各元件的数学模型及仿真模型的建立

　　在建立液压元件子系统时,归类具有相同性能的元件并只考虑元件的性能特性和它在液压系统中的功能和作用。在考虑液压系统模型时,对于其动态响应对液压系统动态性能影响不大的液压元件,则不考虑其动态响应过程。

　　1·1　液压油泵数学模型的建立

　　对于液压油泵,以转速Sp和油泵出口压力pi为输入,以油泵的出口流量Q为输出,建立油泵的流量输出方程:

　　式中:Sp是泵的转速, r/min;Vp是泵的几何排量,m³;Gi是考虑泵的泄漏时的液导。

　　1·2　液压容腔数学模型的建立

　　数字仿真中,可以采用节点容腔法建立液压系统的集中参数数学模型,对每个容腔建立流量平衡方程表达容腔压力和进出该容腔流量之和的关系。在液压回路中,每个流量Qi总是可以归类于某个构件,对于一个液压容腔节点,基于基尔霍夫节点法描述该节点上的流量pi平衡:

　　式中:Vi是容腔的体积, m³;Eo是油液有效体积弹性模量;∑Qi是进出油腔的流量之和, m³/s。

　　式(2)中是描述液压容腔的基本方程式,在所研究的液压系统原理图中有4个容腔节点如图1所示。

　　式中:Qb是油泵的输出流量, m³/s;Qe是流出二通插装阀0的流量, m³/s;Qe′是二通插装阀0流进容腔V2的流量, m³/s;Qg是流进液压工作缸的流量,m³/s;Qg′是从工作缸出来流进容腔V3的流量,m³/s;Qe1是从V3流进二通插装阀1的流量, m³/s;Qe2是从V3流进二通插装阀2的流量, m³/s;Qe2′从二通插装阀2流出的流量, m³/s;Qy是流进比例溢流阀的流量, m³/s。