机载智能液压泵的建模与仿真

　　1　智能液压泵的结构及工作原理

　　如图1所示,液压泵变量机构由伺服阀、带外伸位移杆的变量活塞、斜盘组件和平衡弹簧等组成。斜盘转轴的支撑为滚动轴承,自然状态时斜盘处于最大倾角位置,即液压泵处于最大排量状态。

　　图2为智能液压泵变量机构的液压原理图。

　　工作中伺服阀主阀芯朝某一方向移动时输出的压力油通向变量活塞的有杆腔一端,克服平衡弹簧的反作用力,推动斜盘朝倾角减小的方向转动,减小液压泵的排量。反之,伺服阀主阀芯朝另一方向移动,则斜盘朝倾角增大的方向转动,增大液压泵的排量。液压泵中通高压油的柱塞对斜盘有液压力矩,其作用使斜盘的倾角减小。

　　斜盘变量机构是阀控缸系统,属于双边单腔控制。这种变量机构的特点是自然状态下斜盘处于最大倾角位置,所以优点是如果伺服阀的油源或控制信号通路发生故障,液压泵能够工作在最大排量状态,保证机载液压系统维持一定的压力。

　　2　数学模型的建立

　　智能液压泵控制系统是电液位置伺服系统,被控对象是斜盘变量机构,属于阀控缸动力机构。系统的输入信号是斜盘的位置信号,输出是斜盘的倾角位置。飞机飞行中,智能液压泵控制器根据飞行要求和作动器的相应工作需要,确定液压泵压力或流量输出的目标值,并计算出智能液压泵控制系统的输入指令。智能液压泵控制系统根据输入指令自动调节斜盘的倾角位置,达到控制排量的目的。参照有关分析[1],结合原理样机的具体结构,建立以下系统动力机构的数学模型。

　　2.1　伺服阀的流量方程

　　忽略伺服阀的泄漏流量和油液的可压缩性,并设回油压力为零。伺服阀的负载流量为

　　式中,QL为负载流量,m³/s;xV为阀芯位移,m;pL为负载压力,Pa;Cd为阀的流量系数;X-为阀的面积梯度,m;p为液压油的质量密度,kg/m³。

　　2.2　变量缸的流量连续性方程

　　式中,x为变量活塞的位移,m;V0为油缸控制腔的初始油腔体积,m³;Be为液压油的体积弹性模量,Pa;CL为油缸的泄漏系数,m³/(Paõs)。

　　2.3　变量活塞及斜盘组件的动力学方程

　　2.3.1　变量活塞的动力学方程

　　忽略库仑摩擦力的影响,变量活塞的动力学方程为

　　式中,F为斜盘对活塞的反作用力,N;$为活塞与变量缸内壁之间的间隙,m;dp为活塞的直径,m;lp为活塞与变量缸内壁间的接触长度,计算时按活塞位移最大值的1/2取值,m;mp为活塞的质量,kg;Bp为活塞运动的粘性阻尼系数,Nõs/m。