基于SimulationX的電液比例變量軸向柱塞泵控制特性研究

陳光靜

摘要：液壓泵可以向液壓系統(tǒng)提供一定流量與壓力的油液動(dòng)力，是液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件，合理的設(shè)計(jì)液壓泵尤為關(guān)鍵。基于此，本文以電液比例變量軸向柱塞泵控制特性作為研究對(duì)象，分析軸向柱塞泵的發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)，探究液壓系統(tǒng)模型情況，對(duì)電液比例變量軸向柱塞泵控制特性進(jìn)行仿真測(cè)試，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，改善工作性能。

關(guān)鍵詞：電液比例變量泵;排量控制;軸向柱塞泵

引言：

整個(gè)液壓系統(tǒng)當(dāng)中，變量軸向柱塞泵可以起到較好的調(diào)節(jié)作用，具有低噪音的先進(jìn)控制技術(shù)，并廣泛應(yīng)用在注塑機(jī)械、加工機(jī)械以及建材機(jī)械中，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域起到至關(guān)重要的作用，本文以雙向型電液比例作為研究對(duì)象，探究該比例下變量軸向柱塞泵的有效控制，實(shí)現(xiàn)壓力與流量的控制自動(dòng)化。

1.軸向柱塞泵發(fā)展趨勢(shì)特點(diǎn)分析

變量軸向柱塞泵的發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：（1）高速化與高壓化矢變量軸向柱塞泵當(dāng)前的發(fā)展方向，變量軸向柱塞泵的功率密度得到提高，可以和發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，應(yīng)用起來(lái)更加便利;（2）輕型變量軸向柱塞泵成本比較高，比葉片泵成本高出百分之二十，但是該變量軸向柱塞泵的性能優(yōu)勢(shì)可以與葉片泵相競(jìng)爭(zhēng)，為未來(lái)的輕型變量軸向柱塞泵打開市場(chǎng);（3）變量軸向柱塞泵將與電子技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種方式的有效控制。

本文探究的雙向電液比例變量軸向柱塞泵屬于基于變量活塞位置反饋的閉環(huán)排量控制變量泵，電液比例方向閥、斜盤、雙作用對(duì)稱液壓缸以及泵的主體部分構(gòu)成了變量軸向柱塞泵排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，電機(jī)轉(zhuǎn)向不變，泵的變量活塞來(lái)回運(yùn)動(dòng)，泵的進(jìn)油口和出油口相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)斜盤正常調(diào)節(jié)排量工作，保證變量軸向柱塞泵的雙向變量動(dòng)態(tài)一致性^[1]。

2.雙向電液比例變排量軸向柱塞泵的SimulationX模型

2.1液壓系統(tǒng)模型

電液比例排量控制泵以控制泵的排量為目的，排量與斜盤傾角有關(guān)，斜盤傾角根據(jù)變量活塞位移決定，變量活塞在斜盤與自身之間的機(jī)械運(yùn)動(dòng)完成轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制斜盤傾角，達(dá)到對(duì)活塞的有效控制，因此，變量活塞位移和變量軸向柱塞泵的排量也是相互對(duì)應(yīng)的。電液比例排量控制泵利用控制閥對(duì)變量液壓缸完成驅(qū)動(dòng)，然后通過(guò)檢測(cè)，得到變量活塞位移信息，將其與控制信號(hào)比較，明確排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。

本文在對(duì)電液比例排量控制泵研究時(shí)使用了SimulationoX軟件，實(shí)現(xiàn)了電液比例排量控制泵系統(tǒng)工程研究的建模與仿真工作，完成了電液比例軸向柱塞泵液壓系統(tǒng)與動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)之間的仿真研究。變排量控制系統(tǒng)模型中包含了電液比例軸向柱塞泵本體、電機(jī)、電液比例方向閥以及各部分信號(hào)塊，使用該軟件可以通過(guò)動(dòng)力學(xué)庫(kù)將電液比例軸向柱塞泵的液壓系統(tǒng)延伸到三維模型，方便進(jìn)入更加直接的控制性研究。很多企業(yè)在進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)工作時(shí)會(huì)選擇使用A4VSO系列變量柱塞泵，該變量柱塞泵可以很好地實(shí)現(xiàn)壓力控制、流量控制、雙曲線功率控制、手動(dòng)控制、電馬達(dá)控制、與位置相關(guān)的液壓控制、與流量相關(guān)的液壓控制、與壓力有關(guān)液壓控制、二次控制的轉(zhuǎn)速控制以及電子比例等方面的控制，而且斜盤結(jié)構(gòu)軸向柱塞變量泵，用于開式回路的靜液壓傳動(dòng)，流量與輸入轉(zhuǎn)速和排量成比例，通過(guò)調(diào)節(jié)斜盤，流量可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，開槽控制的斜盤設(shè)計(jì)使該變量柱塞泵擁有優(yōu)秀的吸油性能，噪音較低，使用壽命比較長(zhǎng)^[2]。

2.2基于SimulationX的電液比例變排量軸向柱塞泵仿真分析

對(duì)電液比例變排量軸向柱塞泵進(jìn)行仿真分析，假設(shè)電液比例變排量軸向柱塞泵的轉(zhuǎn)速為每分鐘1000r，斜盤的最大傾角為±15°，電液比例變排量軸向柱塞泵最大排量是±250mL/r，節(jié)流閥加載方式下電液比例變排量軸向柱塞泵負(fù)載壓力為20MPa，在斜盤的作用下完成信號(hào)的控制，斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，電液比例變排量軸向柱塞泵的排量發(fā)生變化。這個(gè)時(shí)候斜盤傾角控制信號(hào)與泵排量變化曲線如圖（1）所示，根據(jù)分析得知，雙向電液比例變排量軸向柱塞泵排量根據(jù)斜盤傾角控制信號(hào)成比例，呈現(xiàn)出迅速變化趨勢(shì)，而且具有一致的動(dòng)態(tài)特性，整個(gè)液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度比較快，穩(wěn)定性也比較高。

隨后，工作人員對(duì)電液比例變排量軸向柱塞泵進(jìn)行不同負(fù)載壓力的仿真測(cè)試，設(shè)定輔助泵壓力為10MPa，選擇可調(diào)開口式的節(jié)流閥加載方式，讓電液比例變排量軸向柱塞泵的負(fù)載壓力變化更加明顯，如圖（2）所示，同時(shí)保證斜盤傾角輸入信號(hào)的不變，讓電液比例變排量軸向柱塞泵變量活塞位移信號(hào)不受干擾，得知雙向電液比例變排量軸向柱塞泵在控制信號(hào)沒有改變的背景下，泵的排量不會(huì)因?yàn)樨?fù)載的變化而變化，只有當(dāng)負(fù)載壓力突變以后，排量出現(xiàn)小幅度降低的趨勢(shì)，這與電液比例變排量軸向柱塞泵泄漏量變大有關(guān)，通過(guò)這種方式有效保證電液比例變排量軸向柱塞泵的恒定排量。

分析輔助泵控制壓力對(duì)排量控制特性的影響，如果節(jié)流閥加載讓電液比例變排量軸向柱塞泵最大負(fù)載壓力達(dá)到20MPa，得知變量活塞如果直徑?jīng)]有改變，那么變量缸控制壓力對(duì)電液比例變排量軸向柱塞泵的排量會(huì)有影響，如果變量缸控制壓力提高，電液比例變排量軸向柱塞泵排量響應(yīng)時(shí)間就會(huì)減小，超調(diào)量也會(huì)增大;相反，變量缸控制壓力降低，電液比例變排量軸向柱塞泵排量響應(yīng)時(shí)間就會(huì)增加，超調(diào)量會(huì)降低。人們通過(guò)仿真測(cè)試還得知變量活塞直徑大小對(duì)電液比例變排量軸向柱塞泵排量的響應(yīng)速度也會(huì)造成影響，如果變量活塞直徑增加，那么泵的排量響應(yīng)速度就會(huì)變慢，如果變量活塞的直徑減小，那么響應(yīng)速度就會(huì)加快，超調(diào)量也會(huì)隨著響應(yīng)速度的加快而增大，進(jìn)一步減小則由于控制壓力有限，達(dá)不到變量的最終目的。

總結(jié)：

總而言之，本文提出了雙向電液比例排量控制軸向柱塞泵變排量控制方案，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行有效研究，在基于SimulationX的電液比例變排量軸向柱塞泵的研究下，建立液壓系統(tǒng)模型與動(dòng)力學(xué)模型，明確電液比例排量控制泵的排量可以在控制信號(hào)下實(shí)現(xiàn)變化，在斜盤傾角信號(hào)不變下，泵的排量不變，體現(xiàn)了泵的良好動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)與穩(wěn)態(tài)控制特性。

參考文獻(xiàn)

[1]秦彥凱.電液比例變量軸向柱塞泵控制特性研究[J].煤礦機(jī)械，2018，39（10）：32-36.

[2]秦彥凱. 電液比例變排量軸向柱塞泵控制特性研究[D].太原理工大學(xué)，2012.

（作者單位：四川省宜賓普什驅(qū)動(dòng)有限責(zé)任公司）