啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)特性分析

劉書奇

摘 要：本文研究了一種新的液壓系統(tǒng)同步回路結(jié)構(gòu)，其基于傳遞函數(shù)建立液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵元件A11VO比例變量泵的數(shù)學(xué)模型、機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，并完成開環(huán)傳遞函數(shù)的建模，完成控制策略的設(shè)計并改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，為后續(xù)液壓閘門啟閉機(jī)的研究工作提供參考。

關(guān)鍵字：液壓系統(tǒng);比例變量泵;動態(tài)特性

中圖分類號：TP273 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0046-03

Abstract： In this paper， a new synchronization loop structure of hydraulic system was built. The mathematical model and mechanical structure of the key element A11VO proportional variable pump in the hydraulic system were established based on transfer function. And the open-loop transfer function model was completed. Besides， the design of the control strategy was completed and the dynamic characteristics of system was improved. It can provide reference for the follow-up research of hydraulic gate hoist.

Keywords： hydraulic system; proportional variable pump; dynamic characteristics

1 研究背景

用于開啟與關(guān)閉閘門的專用機(jī)械設(shè)備——閘門啟閉機(jī)，已經(jīng)在諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，涉及水利工程、航運(yùn)建設(shè)、發(fā)電站工程、防洪澇等領(lǐng)域。閘門啟閉機(jī)可以劃分為兩種類型，分別為卷揚(yáng)式和液壓式閘門啟閉機(jī)。卷揚(yáng)式啟閉機(jī)的工作原理主要是通過卷揚(yáng)機(jī)吊起閘門，并通過閘門的自身重量關(guān)閉閘門。如果閘門的重量不足，閘門在關(guān)閉過程中可能出現(xiàn)閘門卡塞問題，造成閘門無法關(guān)閉，將會帶來不可預(yù)知的風(fēng)險。因此，卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)的可靠性有待提升，這也限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，多在一些小型閘門工程中使用[1]。與卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)相比，液壓式閘門啟閉機(jī)是通過液壓缸壓力作用實現(xiàn)閘門的關(guān)閉與吊起功能，在工作過程中通過對閘門施加拉力吊起閘門，也可施加推力幫助閘門關(guān)閉。液壓閘門啟閉機(jī)的工作原理能有效解決卷揚(yáng)閘門啟閉機(jī)的缺點及風(fēng)險問題，其結(jié)構(gòu)較為簡單，尺寸布局較為緊湊，具有較強(qiáng)的承載能力，能夠承載較大的沖擊力，吊起與關(guān)閉閘門的過程中能夠平穩(wěn)進(jìn)行，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對閘門開啟和關(guān)閉的速度及方向的控制。具有諸多優(yōu)點的液壓式閘門啟閉機(jī)在工程領(lǐng)域逐漸取代了卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大[2]。

圖1為某型號的液壓式閘門啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖，其主要工作原理為：液壓系統(tǒng)所需要的高壓油源通過泵組將機(jī)械能轉(zhuǎn)化的液壓能提供;對泵組出口壓力的調(diào)節(jié)需要通過壓力控制閥組進(jìn)行控制，通過調(diào)節(jié)壓力控制閥組內(nèi)部分布的D20、A08、F15三個球形閥組的通斷對泵組的出口壓力進(jìn)行控制。

本文研究了一種新的液壓系統(tǒng)同步回路結(jié)構(gòu)，基于傳遞函數(shù)建立液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵元件A11VO比例變量泵的數(shù)學(xué)模型、機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，完成其開環(huán)傳遞函數(shù)的建模，完成控制策略的設(shè)計并改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。

2 A11VO比例變量泵數(shù)學(xué)建模

2.1 A11VO比例變量泵結(jié)構(gòu)模型

圖2為A11VO比例變量泵內(nèi)部油路結(jié)構(gòu)，該變量泵帶有壓力切斷功能。

A11VO比例變量泵主要由壓力切斷閥、調(diào)壓彈簧、力反饋彈簧、變量比例控制閥、兩個油缸等部分組成。A11VO比例變量泵的控制液壓油液經(jīng)過阻尼孔后對小變量缸直接起作用，對無桿腔起作用的大變量缸控制液壓油液則需要經(jīng)過比例變量調(diào)節(jié)閥。因此，外在負(fù)載的變化及G油口的控制壓力決定了小變量缸無桿腔的壓力變化，而比例變量調(diào)節(jié)閥則對大變量缸無桿腔的壓力起作用。

2.2 比例變量泵數(shù)學(xué)模型

2.2.1 搭建變量比例控制閥流量方程。變量比例控制閥流量方程式如式（1）。

3 結(jié)論與分析

由方程（15）可以得出，電磁鐵電流增益[ki]、比例閥流量增益系數(shù)[kq]、比例閥彈簧剛度[kv]以及大變量缸有效作用面積[Ag]等參數(shù)是決定系統(tǒng)開環(huán)增益[KM]的主要因素。

①當(dāng)[KM]逐漸變大時，比例變量泵系統(tǒng)的響應(yīng)速度越來越快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性將會降低。

②[KM]與[kq]成正比，比例閥的面積梯度取決于[kq]的大小，當(dāng)[kq]變大時，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，穩(wěn)定性會降低。

③為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以通過減小[ki]和增大[kv]的方式，降低系統(tǒng)開環(huán)增益。但是過度降低[ki]的值會使系統(tǒng)能量消耗增大，從而降低系統(tǒng)效率，響應(yīng)時間會延長。

④為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以減小[Ag]的值，達(dá)到降低系統(tǒng)開環(huán)增益的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉文軍，楊永平，謝新鈞.雙缸式液壓啟閉機(jī)自動糾偏的實踐與改進(jìn)[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2010（6）： 200-201.

[2] 秦雅嵐.雙缸液壓啟閉機(jī)閘門糾偏控制的電氣實現(xiàn)[J].人民長江，2009（2）：86-87.