蓄能器在AGC液压系统中吸收液压冲击的研究

　　引言

　　在液压系统中,由于某些原因(如快速换向或突然关闭各种阀,冲击性负载等),会引起油液速度或方向的急剧变化,从而产生瞬时高压形成液压冲击,液压系统的瞬时压力峰值比正常工作压力高好几倍。在AGC液压系统中,我们可以将液压冲击分为两类。第1类是由于液压控制元件动作引起的液压冲击,如阀换向或关闭时产生的液压冲击;第2类是因外负载的速度变化而造成的液压冲击,如运动部件在快速运动中突然被制动停止产生压力冲击。对于任何系统来说第一类型的液压冲击是不可避免的。AGC系统在轧机咬钢过程中由于外负荷突变,会使系统压力异常剧烈波动。它的液压冲击产生的主要原因应该属于第2类,是因外负载的速度变化而造成的液压冲击。避免液压冲击的根本措施是避免油液速度的急剧变化,需用适当的蓄能器来吸收液压冲击。

　　1　建立系统的流量线性化方程

　　图1为AGC液压系统因矫直钢板而造成液压冲击时的系统简化原理图。在建立其数学模型过程中,为了分析和解决问题的方便,本文对实际系统中一些难以全面考虑而对分析结果影响不大的因素作出如下假设:

　　(1)在工作过程中油液温度处处一致;

　　(2)油液的黏度不受压力的影响;

　　(3)蓄能器隔膜变形时无任何抗力且质量为零;

　　(4)蓄能器的气体状态变化为绝热过程;

　　(5)忽略连接管道的长度效应;

　　(6)油液质量必要时作为集中参数处理。

　　下面分别以液压缸活塞、蓄能器及吸收冲击过程为不同的研究对象建立系统的流量方程。

　　式中　qa———流入蓄能器的流量

　　x———活塞的位移

　　A———活塞的有效面积

　　ps———工作时,系统受到的冲击压力

　　Ctp———液压缸总泄漏系数

　　Vc———折算到蓄能器油液腔的体积

　　βe———有效体积弹性模量

　　式(1)是液压元件的流量连续性方程的常用形式。式中,等式右边的第一项是液压缸活塞运动推动的油液的流量,第二项是总泄漏流量,第三项是油液压缩和腔体变形所需的总压缩流量。在近似计算中,第2项和第3项可忽略。上式可简化为:

　　对蓄能器的建模中做如下假设:蓄能器在吸收冲击时,气体压力和体积的变化近似为等温过程。与气体相比,油液的压缩可以忽略不计,油液在蓄能器中的流动可以视为层流。

　　常规蓄能器在与系统连接时,其入口处总有一定长度的连接管路,连接管路对蓄能器本体的特性影响很大。因此,建模时,连接管路视为蓄能器的一部分。