回转缓冲阀在大惯性负载系统中的应用研究

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Application Research on Rotation Buffer Valve in High Inertia Load SystemXIA0 Qing(China Ship Development and Design Center，Wuhan Hubei 430064，China)Abstract：To reduce the oscilation of the high inertia system during sudden braking，a rotation bufer valve was setled in paral-lel of the hydraulic motor.The model of the system adopting rotation bufer valve was built. The simulation results show the amountand duration of the oscilation al"e reduced greatly when adopting rotation bufer valve.The system WaS optimized and tested accordingto this program. The experimental results aye basicaly the same with the simulation results and show the notable efect of the improvedprogram using rotation buf er valve。

Keywords：Rotation buffer valve；Hi gh inertia load system；Application液压马达由于具有功率密度高、驱动负载大、响应速度快等优点，常用于大惯性负载驱动系统中 。某个采用液压马达驱动的系统，在正常操作下，系统能较好地完成指令，但当突然制动时，由于负载惯性较大，制动腔压力突然急剧升高，虽然有安全阀的保护，仍会出现持续振荡现象，影响操作的精确性和元器件的寿命。

回转缓冲阀是-种用于驱动旋转负载液压系统中的阀件，通常并联在液压马达的两腔，当系统突然制动时，该阀可通过检测液压马达两腔的压力，自动开启阀的油口，迅速平衡液压马达两腔的压力，从而减弱制动时产生的振荡，降低系统和元器件受到的冲。

作者首先结合试验对该液压马达驱动系统使用中出现的制动振荡进行了分析，提出了采取并联回转缓冲阀的改进措施，对改进的系统方案进行了仿真，根据仿真结果对系统加以改进，并开展了试验验证。

1 大惯性负载系统文中研究的采用液压马达驱动大惯性负载的液压系统如图 1所示。 系统包括控制阀、安全阀组和液压马达等，其他不影响文中研究的附属阀件未在图中表述。

图 1 系统原理图实际工作中发现，该系统在突然制动时，容易产。[h ：1- A30 现在负载持续抖动，.J厂、 2-B腔压力影响操作。为了研究要20/ I l 址。

针对性的改进措施， -II f 测试 了某 次 出现振荡 o-百； - -的压力 ，如图2所示。 两腔实测压力收稿 日期：2012-07-25作者简介：肖清 (1979-)，男，博士，高级工程师，研究方向为船舶装置。E～mail：xqzju98###163.con。

第 15期 肖清 ：回转缓冲阀在大惯性负载系统中的应用研究 ·69·马达 A、B腔的压力，制动发生在 t0.1 S时。根据测试数据分析，当制动发生时，由于负载惯性大，液压马达继续转动并逐渐减速，B腔压力在安全阀组的保护下上升至安全压力，而 A腔压力由于控制阀的关闭而回落；当液压马达转速降为零时，由于 B腔压力高于A腔，液压马达开始反转 (图中约 t1 S时)，A腔压力开始升高，B腔压力回落，如此往复，多次振荡直到两腔压差不足以驱动负载转动时，振荡结束。

2 采用回转缓冲阀的仿真研究2.1 改进方案及仿真建模根据制动时的实测数据分析，突然制动时所产生的振荡是不可避免的，但可采取措施降低振荡次数和持续时间，从而减弱振荡造成的影响。

为此，设计了在液压马达两腔并联回转缓冲阀的改进方案，并使用AMESim仿真平台进行了建模仿真。

AMESim是 IMAGINE公司于 1995年推出的高级工程系统仿真环境软件平台，为流体动力、机械和控制系统等提供了完善、优越的仿真环境 ，可广泛用于液压系统的仿真 。根据该系统的改进方案，在AMESim环境下建立了其仿真模型，如图3(a)所示。

(a)仿真模型A B(b)封装前模型图3 采用回转缓冲阀的仿真模型图3(a)所示仿真模型中，控制阀、安全阀、负载分别选择了仿真库中对应的元件，并按实际值设置参数；液压马达的模型中考虑了其内、外泄漏；回转缓冲阀采用了模型封装的形式，其封装前的模型如图3(b)所示，根据其结构原理构建。

2.2 仿真参数上述仿真模型中，主要元件的参数分别如表 1所示。

表 1 仿真参数负载惯量/(kg·m )安全阀组设定压力/MPa控制阀排it/(mL-r )液压马达 内泄漏系数外泄漏系数1003420015l8O0.0l0.015此外，仿真时采用变步长仿真，误差 1×10-，仿真时间为3 S。

2.3 仿真结果在上述仿真条件下，为便于对比，以试验时的控制信号为输入，对上述模型进行了仿真，制动时间仍控制发生在t0.1 S。

仿真结果中，制动时液压马达两腔的压力如图4所示，对应的回转缓冲阀的开启情况如图5所示。

O.8目 0.6吕莲.z0.5 1 1.5 2 2.5 3时间，s图4 制动时液压马 图5 回转缓冲阀开达两腔压力 启面积曲线由图4可见：制动后，与没有采用回转缓冲阀的系统试验-样，由于负载惯性大，液压马达继续转动并逐渐减速，B腔压力在安全阀组的保护下上升至安全压力，而 A腔压力由于控制阀的关闭而回落。当液压马达转速降为零时，由于 B腔压力高于 A腔，液压马达开始反转后 (图中约 t1.1 S时)，由于回转缓冲阀的开启 (图5所示的第-次开启)，两腔压力趋于平衡，与图 2相 比，反转后两腔的压差大幅减校在回转缓冲阀第二次开启 (约 t1.6 S时)进行能量平衡后，两腔压力基本-致，液压马达不再反转，振荡结束。

与图2所示的试验结果相比，采用回转缓冲阀后的仿真结果表明：突然制动时所产生的振荡次数及振荡持续时间都大为降低，从而减弱了振荡造成的影· 70· 机床与液压 第41卷响，可见回转缓冲阀在抑制制动振荡时效果显著。

3 采用回转缓冲阀的试验研究改进后的系统原理与图 3(a)-致，仅在液压马达两腔并联了回转缓冲阀。为验证系统改进后的实际效果，在与原系统相同的试验工况下，进行了试验研究。

图6所示为系统改进后突然制动时液压马达两腔的实测压力，与图2所示的原系统试验结果相比：振荡次数和持续时间都显著降低，执行机构无明显的抖动，表明采用回转缓冲阀的改进措施效果良好。

此外，对比图4和图6所示的仿真、试验结果，可见仿真时的振荡和振荡持续时间与试验结果基本-致，表明仿真结果较为准确，但在液压马达反转后，A、B两腔的压力幅值与试验结果有-定的差异，试验模型的精度还应进-步提高。

图6 改进后制动时液压马达两腔实测压力4 结论(1)为抑制液压马达驱动的大惯性负载系统突然制动时产生的振荡，提出了采用回转缓冲阀的改进方案。

(2)利用 AMESim对改进后的方案进行了建模仿真，仿真结果表明回转缓冲阀的效果显著，系统改进后制动时的振荡次数及持续时间都大为降低。

(3)根据仿真结果对系统进行了改进并开展了试验研究，试验结果与仿真结果基本-致，实测数据表明了回转缓冲阀抑制大惯性负载制动振荡的良好效果。