基于AMESim負(fù)載敏感變量泵動(dòng)態(tài)性能研究*

王 娟

(山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030013)

0 引 言

負(fù)載敏感變量泵能夠根據(jù)負(fù)載流量需求自動(dòng)變量以輸出相匹配的流量，具有良好的節(jié)能效果，得到各設(shè)備液壓系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用[1-3]。為更好的研究和應(yīng)用負(fù)載敏感變量泵，了解其動(dòng)態(tài)性能，建立AMESim仿真模型，對其動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真，對負(fù)載敏感變量泵的使用具有一定的參考價(jià)值。

1 負(fù)載敏感變量泵工作原理

如圖1所示，負(fù)載敏感變量泵主要由負(fù)載敏感閥(下稱LS閥)、恒壓閥、斜盤控制油缸和變量泵組成。泵的出口與負(fù)載之間設(shè)置節(jié)流閥5模擬多路閥油口開度，控制負(fù)載運(yùn)行速度。節(jié)流閥5兩端的壓力分別作用在LS閥1的兩端，其壓差作為泵排量控制信號。恒壓閥2用來控制泵的最大工作壓力。變量油缸3和復(fù)位油缸4共同作用在變量泵斜盤的兩端，控制斜盤的擺角變化[3-4]。

2 負(fù)載敏感變量泵建模與仿真驗(yàn)證

2.1 LS閥

根據(jù)LS閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及參數(shù)搭建其AMESim仿真模型如圖2所示。pp表示泵出口壓力，p表示變量油缸右腔壓力，pL表示負(fù)載反饋壓力。閥口1為LS閥處于右位機(jī)能時(shí)，變量油缸右腔油液由此口回油，泵排量增大。閥口2為LS閥處于左位機(jī)能時(shí)，泵出口油液由此進(jìn)入變量油缸右腔，泵排量減小。彈簧設(shè)定壓差為16 bar。

圖1 LS變量泵工作原理圖1.LS閥 2.恒壓閥 3.變量油缸 4.復(fù)位油缸 5.節(jié)流閥

輸入如圖3所示的三種壓力曲線，對LS閥進(jìn)行仿真，分析LS閥動(dòng)態(tài)性能，得到閥口1和2的流量特性曲線如圖4所示。

圖2 LS閥AMESim仿真模型

圖4中，0～0.5 s，模擬泵停機(jī)工況，pp和pL均為0，變量油缸右腔經(jīng)閥口1接通回油，泵處于最大排量。0.5～1.5 s，模擬節(jié)流閥開度變大工況，pp和pL逐漸升高，但pppL+16 bar，LS閥處于左位機(jī)能，變量油缸油腔通過閥口2與泵出口油液接通，閥口2流量增大，泵排量減小。4.5～6 s，模擬節(jié)流閥開度變大工況，pp

圖3 三種壓力曲線

圖4 LS閥閥口流量曲線

2.2 恒壓閥

恒壓閥與LS閥的物理結(jié)構(gòu)相同，建立AMESim仿真模型如圖5所示，切斷壓力值設(shè)定為210 bar。

圖5 恒壓閥AMESim仿真模型

輸入如圖6所示的泵出口壓力曲線，對恒壓閥進(jìn)行仿真，得到閥口1和2的流量特性曲線如圖7所示。0～1.75 s，泵出口壓力逐漸升高，低于恒壓閥切斷壓力，變量油缸右腔油液經(jīng)閥口1回油，泵排量由LS閥控制。1.75～4.25 s，泵出口壓力大于恒壓閥切斷壓力，泵出口油液經(jīng)閥口2流入變量油缸右腔，泵排量迅速減小。4.25～6 s，泵出口壓力又低于恒壓閥切斷壓力，恒壓閥停止工作。

圖6 泵出口壓力曲線

圖7 恒壓閥閥口流量曲線

2.3 負(fù)載敏感變量泵

變量油缸和復(fù)位油缸分別于變量泵的斜盤兩端連接，控制泵的排量。將變量油缸和復(fù)位油缸兩個(gè)油缸分別等同于同一個(gè)油缸的敏感腔和彈簧腔，建立變量機(jī)構(gòu)AMESim仿真模型如圖8中變量油缸部分所示。利用油缸、階段性信號及力傳感器組合模擬變化的負(fù)載，如圖3中負(fù)載部分所示。將上述所建LS閥、恒壓閥、變量油缸、負(fù)載模型和一普通變量柱塞泵組合起來形成負(fù)載敏感變量泵AMESim仿真模型如圖8所示。

圖8 負(fù)載敏感變量泵仿真模型

設(shè)定負(fù)載壓力分別0 bar、80 bar、100 bar時(shí)，對模型進(jìn)行仿真，得到泵出口壓力和負(fù)載壓力仿真曲線如圖9中實(shí)線和虛線所示。由圖可知無論負(fù)載壓力如何設(shè)定，泵出口壓力與負(fù)載壓力差值總是保持在16 bar，這個(gè)壓差值由LS閥彈簧設(shè)定。

圖9 節(jié)流閥前后壓差曲線

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對動(dòng)態(tài)性能的影響

通過設(shè)置不同的泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對負(fù)載敏感泵對動(dòng)態(tài)性能的影響[5]。

3.1 LS閥彈簧剛度的影響

分別設(shè)定模型中LS閥的彈簧剛度分別為10 N/mm、16 N/mm、20 N/mm、32 N/mm，進(jìn)行仿真得到節(jié)流閥流量曲線和泵出口壓力曲線如圖10和11所示。

圖10 不同LS閥彈簧剛度時(shí)泵出口壓力曲線

圖11 不同LS閥彈簧剛度時(shí)通過節(jié)流閥的流量曲線

由圖可知，隨著LS閥彈簧剛度在一定范圍內(nèi)的增大，泵出口壓力和流量更加趨于平穩(wěn)，但彈簧剛度過大會增大LS閥兩端控制壓差的誤差。

3.2 有無阻尼孔的影響

在LS閥與恒壓閥左右控制油口設(shè)置阻尼孔和取消阻尼孔兩種情況下，對模型進(jìn)行仿真，得到泵出口壓力曲線和節(jié)流閥流量曲線分別如圖12和13所示。分析圖可知，雖然外加負(fù)載恒定，但在沒有阻尼孔的的情況下無論是泵出口壓力還是節(jié)流閥流量均出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)，而設(shè)有阻尼孔情況下，曲線較為平穩(wěn)，且設(shè)有阻尼孔時(shí)，流量響應(yīng)更加靈敏。

圖12 有無阻尼孔時(shí)變量泵輸出壓力曲線

圖13 有無阻尼孔時(shí)通過節(jié)流閥的流量曲線

4 結(jié) 語

利用AMESin軟件建立了負(fù)載敏感泵及其元部件的仿真模型，并通過仿真分析LS閥、恒壓閥及泵的

動(dòng)態(tài)性能，與產(chǎn)品樣本中描述的工作特性一致，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。負(fù)載敏感泵出差壓力與負(fù)載壓力的差值與LS彈簧調(diào)定保持一致，輸出流量與負(fù)載流量需求匹配，達(dá)到了良好的節(jié)能效果。適當(dāng)增大LS彈簧剛度有利于負(fù)載敏感泵的平穩(wěn)性能，在LS閥與恒壓閥左右控制油口設(shè)置阻尼孔可以有效提高泵的平穩(wěn)性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

[1] 方桂花,盧進(jìn)南,陳良武.負(fù)載敏感在掘進(jìn)機(jī)升降液壓回路中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010(9):94-95+111.

[2] 尹 杰,張建敏,張遠(yuǎn)深,等.基于AMESim的負(fù)載敏感軸向柱塞泵的動(dòng)態(tài)特性分析[J].液壓與氣動(dòng),2014(7):107-110.

[3] 徐志剛.負(fù)載敏感泵控系統(tǒng)流量控制方法研究[J].液壓與氣動(dòng),2014(12):51-54.

[4] 景俊華.負(fù)載敏感系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用[J].流體傳動(dòng)與控制,2010(6):21-24.

[5] 朱建新,朱振新,戴 鵬,等.負(fù)載敏感泵的響應(yīng)特性分析與優(yōu)化[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2015(6):867-871.