泵控马达电液比例加载系统的研究

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电液比例控制技术在传统的液压传动技术的基础上结合了电液伺服技术的主要特点，能够根据输入电信号的大小连续成比例地对液压系统的主要参数实现控制，同时又具有较强的抗污性。在实验室利用试验模拟系统负载，使负载呈现随机性，同时又能使某-负载多次复现，这无疑将有助于提高试验的可控性和准确性，同时饮合现代试验技术发展的-个特点，将现场试验转移到试验台上加以复现。本文以长安大学工程机械学院液压实验室现有泵控马达系统为研究对象，对其进行负载模拟加载。提出两种加载方式 ：电液比例溢流阀加载与电液比例节流阀加载 ，论述了电液比例溢流阀加载的原理，并对这种加载方式进行了建模与仿真。

l 加载系统的组成与原理加载系统原理如图1所示，它用二次元件DS1与被试系统即泵控马达系统的液压马达对接加载，加载压力的建立通过两种方式-比例溢流阀加载和比例节流阀。图1中，JF1-JF5为截止阀。当选用比例溢流阀BYA1加载时，关闭截止阀JF1、JF2、JF3，打开截止阀JF4和JF5。同理，当打开截止阀JF1、JF2、JF3，关闭JF4、JF5时，就可以使用比例节流阀实现加载。

其 中BYA1为 比例溢流 阀 ，BYA2为 比例节流阀 ，BYA3为比例流量方向阀，C1.C8为单向阀。

电液比例溢流阀加载原理 ：利用二次元件DS1与BYA1组成加载拈对系统进行加载。通过放大器向BYA1输人控制电信号，BYA1主阀芯就会形成-个预压力，调节该信号的大小，BYA1中先导阀所受的比收稿 日期 ：2013-03-18作者简介：高翔(1990-)，男，硕士研究生。研究方 向为液压设计与检溺I例电磁铁推杆的推力就会发生变化，进而改变了阀口开启压力，BYA1的预设压力值也就随之发生了变化。BYA1与DS1出油口相连，从而使DSI出油口的压力P发生变化，使加载系统建立相应的压力，在液压马达轴上产生-定的扭矩，达到给液压马达加载的目的。

图 1 电液 比例加载 系统原理图2 比例溢流阀建模2.1比例放大器的数学模型在加载系统中，比例放大器可近似为比例环节 ，其传递函数为：K - (1)式中， 为输入电压 ，(V)；( 为比例放大器输出电流，(A)；为比例放大器的增益。

2.2比例电磁铁的数学模型设线圈中电流为 ，，衔铁位移为 ，在工作范围内，衔铁在磁场中所受的电磁力可以线性表示为： KiKx。X。 (2)式中，K为电流-力增益，(N/A)；第24页 商体秸幼 控副 2013年第3期为电磁弹簧刚度，(N/m)。

衔铁需要克服的负载包括衔铁自身和驱动部件的惯性力、阻尼力、弹簧力、稳态液动力等，衔铁上的力平衡方程为：F 警柏 Ko (3)式中，m 为衔铁及其所驱动部件的质量，(kg)；B 为综合阻尼系数，(N·s/m)；为作用在衔铁上的机械弹簧刚度，(N/m)；F 为衔铁工作时候需克服的负载力，(N)。

对式(2)、(3)进行拉式变换，经整理得：K.，( (m S B 5 ) ( F ( (4)2-3先导阀和主阀数学模型的建立电液比例溢流阀工作原理简图如图2所示。

图 2 电液 比例溢流阀工作原理简 图先导油路上容腔q 处流量的连续方程为：I/g ( )g，。( )十 。 ( qo (5)式中，g 为g 点所在容腔的流量，(m /s)；g 为流向容腔 的流量，(m /s)。

由液阻 尺，的节流特性可知：p ( -p )R q ( (6)P 。( -p。(s)R q ( (7)式中，g ( 为控制腔 的流量，(m /s)；控制腔 处流量的连续方程：g sp ( ) 。SX ： (8)主阀进口腔 ：处流量的连续方程：g ( )-q ( )q ：( )g 。( ) m2SX ( -V p ( C P。( (9)由主阀芯上力平衡可知：A P。 )-A ：P ( -F (m 5 B K ：) ( (10)主阀口的压力-流量方程：g ： ：X ( - ：P ( ) (11)其中，g )q (12)式中， 为控制容积，(m )；。为 P。的侧压面积，(m )；P )为先导液桥输出压力，(N)；Xv2 )为主阀芯位移，(m)；( 为主阀芯绕动力，(N)；为主阀芯上的弹簧刚度，(N/m)；P。( )为溢流阀第-级输出压力，(N)；g。( )为定量泵输出流量，(m /s)；，为主阀芯阻尼比；qL2( )为流人负载流量，(m /s)；m：为主阀芯质量(kg)；为泵出口压力区的密封容积，(m。)；qy2( )为主阀口流量，(m /s)；为主阀口的流量放大系数，(mE/s)；K 为主阀口流量-压力系数，(m/cm·S3)。

3 DS1二次元件建模DS1二次元件的扭矩：： -1.59Z-，Ap (13)100 q。

式中， 为DSI每转几何排量，(em /r)；△p为DS1出口压力，(MPa)；叼 为机械-液压效率。

令叠 测有： )式中， 为DS1输出压力与扭矩系数，(N.m/MPa)；125 mL/r。

叩 取为90%，可得DS1在最大排量下的 为 ：K～d 100 r/ 2 。 - -mh· 。

4 电液比例溢流阀加载系统整体建模1)扭矩传感器建模扭矩传感器传递函数可写为：)2013年5月 高翔，等：泵控马达电液比例加载系统的研究 第 25页式中， 为扭矩传感器的放大系数，(V/N·n1)。

2)系统数学模型的确定根据加载系统各部分的数学模型和原理图，绘制电液比例溢流阀加载系统方框图，如图3所示。

图3 电液比例溢流阀加载系统方框图根据系统方框图3，得到输人比例溢流阀上的电信号与DS1轴上的扭矩间的传递函数为：器 z × 1 × 1 )通过对各个参数的分析和选取，得出电液比例溢流阀加载系统的开环传递函数为：- ! r 1 7、( 2.6×10。s 3.4×10～s 3.8×10-s0.1 、5 加载系统特性分析电液比例溢流阀加载系统的仿真模型如图4所示。

图4 加载系统仿真模型比例溢流阀是电液 比例溢流阀加载系统的核心元件，能够将输入的电信号转换成阀口的压力信号，然后再通过二次元件，最终转换成扭矩信号输出。电信号输人端分别加人阶跃信号、斜坡信号、正弦信号，扭矩输出响应如图5、6、7所示。从图中可以看出加载系统在单位阶跃信号响应时，扭矩无超调，调整时间在2 S左右。从加载系统斜坡信号、正弦信号响应看，扭矩跟随性很好，系统整体动态特性较理想。

7ff0 2 4 6 8 10图5 加载系统阶跃响应图6 加载系统斜坡响应图7 加载系统正弦响应6 结 语电液比例加载系统是在实验室利用试验模拟系统负载，检查液压工作装置在不同负载下的工作情况，对液压工作装置的作业性能进行评价。本文以泵控马达系统为加载对象，提出两种加载方法；针对电液比例溢流阀加载系统 ，运用建模的方法 ，分别建立了电液比例溢流阀、DSl二次元件等子系统的数学模型；在此基础上，建立了电液比例溢流阀加载系统整体数学模型。通过对电液比例溢流阀加载系统进行仿真，验证了加载系统良好的动态性能。