考虑管路效应的负载敏感泵动态特性分析

　　负载敏感系统由于其出色的节能特点被广泛地运用于土压平衡盾构机、起重机、挖掘机等大型工程机械中[1,2].此类系统能自动地将负载压力信号传递至液压源的敏感腔,进而控制供油单元的运行状态,使其几乎仅向系统提供负载所需要的液压功率,从而最大限度地减少功率的损失,提高源动机的能量利用率[3].由于系统内部存在反馈控制回路,其稳定性、快速性问题成为此类系统的设计难点[4].其中,负载敏感泵与负载以及管路之间的耦合作用很容易引起其输出压力和流量的脉动,轻则影响执行器的控制性能,重则导致管道破裂或变量泵提前损坏.本文针对工程机械中较为常见的带多路执行器的负载敏感变量泵及其管路系统,建立数学模型并分析变量泵的一些可调参数以及管路参数对变量泵稳定性的影响,为此类系统的设计和调试提供有价值的参考.

　　1　数学模型

　　图1所示为内控式负载敏感泵变量机构原理图.负载敏感阀的P口接至泵出口,提供控制变量活塞运动所需的动力.由于存在旁路阻尼R2,在变量泵的稳态工作点,负载敏感控制阀(ST)与阻尼孔R2一起构成了一个C型液压半桥控制变量活塞左腔压力.而阻尼R1则是为了提高负载敏感阀芯的运动阻尼而设置.通过对上述变量机构的动力学分析,可得到如下一组频域描述方程[5]:

　　式(1)～(5)中,

　　Pv1—控制腔V1的压力;

　　V1—控制腔V1的体积;

　　Gr1—阻尼器R1的液导;

　　Ps—变量泵出口压力;

　　xst—负载敏感阀(ST)的开度;

　　Ast—敏感腔作用面积;

　　Pv2—控制腔V2的压力;

　　V2—控制腔V2的容积;

　　KQ—负载敏感阀流量增益;

　　KC—负载敏感阀压力增益;

　　Cr2—阻尼器R2的液导;

　　xcy—变量活塞的位移;

　　A1—变量缸无杆腔作用面积;

　　A2—变量缸有杆腔作用面积;

　　mst—负载敏感阀阀芯质量;

　　mcy—变量活塞及斜盘的等效质量;

　　Kt1—复位弹簧T1的刚度;

　　Kt2—复位弹簧T2的刚度;

　　P1—负载压力;

　　Qs—泵输出流量;

　　Gp—变量活塞位移流量增益;

　　Ccy—变量活塞的粘性阻尼系数;

　　Cst—负载敏感阀芯的粘性阻尼系数.

　　带有多个执行器的负载敏感控制系统中,为了避免各路执行器之间相互干扰,通常在每路阀的进油口集成一个压力补偿器,从而使通往每路执行器的流量只跟相应的主阀口开度有关.因此,多路阀进油口阻抗趋近于无穷大,对连接变量泵出口至多路阀入口的管道而言,其入口源阻抗可近似表达如下[6]: