吸收压力脉动的自适应蓄能器回路研究

　　0 引言

　　随着液压系统向高压、高速和高精度方向的发展,其压力脉动问题日益受到人们的重视。为了降低或消除液压系统的压力脉动,一般在液压泵的出口附近安装蓄能器。压力脉动主要是由于液压泵产生的流量脉动遇到系统阻抗后产生的,在一个脉动周期内,高于平均流量的脉动部分被蓄能器吸收,而低于平均流量的脉动部分则由蓄能器供给,从而实现压力脉动的削减^[1,2]。蓄能器吸收压力脉动的效果与蓄能器前管路的流通面积和长度、油液密度、流量脉动频率、系统压力和蓄能器充气压力等因素有关。因此,在设计吸收压力脉动的蓄能器回路时,应根据系统实际工作环境和结构尺寸来选择蓄能器的结构参数^[2]。但如果系统的工况发生改变,如系统稳态压力的变化、泵的运转不平衡导致流量脉动变化等,都将影响蓄能器吸收压力脉动的效果。针对上述情况,本文在普通蓄能器回路的基础上,提出一种自适应蓄能器回路模型,该模型能在系统工况发生改变时,始终保持吸收压力脉动的最佳效果。

　　1吸收压力脉动的普通蓄能器回路数学模型及性能分析

　　吸收压力脉动的普通蓄能器回路如图1所示。为方便建立系统的数学模型,对系统作如下假设^[3,4]:

　　1)蓄能器中气体的状态变化规律按绝热过程考虑,即

　　式中,p_A为蓄能器中气体压力;V_A为蓄能器容积;K为气体绝热指数,取K=114。

　　2)蓄能器中油液的压力和气囊中气体压力相等;

　　3)蓄能器前管路中油液流动按层流计算;

　　4)忽略油液的压缩性和系统的泄漏。

　　根据图1和上述假设,可建立节流阀的流量特性方程、蓄能器前管路中油液的力平衡方程和系统稳态方程。

　　1.1节流阀的流量特性方程

　　节流阀的流量方程为

　　式中,q_R为通过节流阀的流量;K_R为节流阀的流量系数;p为蓄能器入口处压力,即系统压力;p₁为节流阀的出口压力。

　　1.2蓄能器前管路中油液的力平衡方程

　　忽略油液的重力,根据牛顿第二定律,蓄能器前管路中油液的力平衡方程为

　　式中,A为蓄能器前管路的流通面积;l为蓄能器前管路的长度;ρ为油液密度;q_A为流入蓄能器的油液流量;q为系统流量;R_f为管路液阻;μ为油液动力黏度;d₀为管道内径。

　　1.3系统稳态方程

　　如果系统稳态时,油液无流量脉动和压力脉动,即