工程机械的节流调速液压回路仿真分析

　　0　引言

　　节流调速回路在工程机械的液压系统中得到广泛采用。它的动、静态特性受元件参数的设定等多种因素的影响,当参数调整不当时,调速回路的作用无法发挥,严重时会影响到整个液压系统的稳定性。因此,在液压回路设计和分析中,有必要用计算机仿真的方法对节流调速回路的动态特性进行分析和判断。传统的仿真分析方法,如传递函数分析法、键合图分析法等需要设计者利用液压系统的数学模型构成一个动态系统,求解繁琐的系统方程,然后在这个系统上进行仿真。这些方法要求设计者具有相当的经验和技巧,模型的建立需要花费大量的人力和时间,而且进行参数调节比较困难。

　　AMESim作为一种图形化建模软件,为用户提供图形作为建模的接口,能更直观地反映液压元件,在参数调整方面也比较方便,便于对系统的动态特性进行分析。作者以进口节流调速回路为例,利用AMESim建立了采用比例方向阀的进口节流调速回路的模型,对其动态特性进行了计算机仿真分析。

　　1　液压回路的结构模型

　　图1所示为采用比例方向阀的进口节流调速液压回路。溢流阀3调定系统的压力值,压力油经二通压力补偿器4进入比例方向阀5,经过节流控制后流入液压缸,通过梭阀6将液压缸两腔中较高压的液压油引入二通压力补偿器4的弹簧腔,对比例方向阀的前后压力差起补偿作用,当供油压力或负载压力发生变化时,使得比例方向阀5前后的压差保持稳定,使流量的调节不受压力变化的干扰。

　　2　基于AMESim的液压系统模型

　　AMESim所含液压系统的模型库中集成了大多数标准液压元件的仿真子模型,最大程度地避免了仿真者自行设计数学模型。同时,对于系统中的特定元件模型,可根据其物理结构,使用液压元件设计库里面的最小模型单元搭建完成。

　　对图1所示的液压回路系统来说,大多数关键元件的模型均可在液压库中选择,但是系统中的4号元件———二通压力补偿器作为特定元件,需用HCD基本模型设计仿真子模型。

　　二通压力补偿器的工作原理图如图2所示,它本质上是定差减压阀。图中,阀芯的左端作用着比例方向阀的进口压力p1,右端(弹簧腔)作用着梭阀传递的液压缸两腔中较高的压力p2,减压阀芯上的受力平衡方程为

　　式中:A为减压阀芯左端的面积, k为弹簧的刚度,Fs为阀芯上的液动力, x0、x分别为弹簧的预压缩量和阀芯位移。

　　压力补偿器的工作原理如下所述:假设负载的压力变大,那么p2变大,压力补偿器的阀芯由于p2的变大而向左移动,使得节流口变大, p1增大,则比例方向节流阀的前后压差p1-p2的值保持不变。基于以上分析,利用AMESim中的HCD元件库构建出二通压力补偿器的模型如图3所示。