二次调节加载系统中液压蓄能器的研究

　　0　引言

　　二次调节技术是指一个或一组压力耦连的执行元件工作于恒压网络中,并可实现能量回收与再利用的静液驱动技术。二次调节扭矩伺服加载系统是利用二次调节原理设计而成的,该系统主要由两部分组成:油源(包括恒压变量泵、液压蓄能器等元件)、转矩控制系统。源向系统提供恒定的工作压力油源,转矩控制系统可以向被加载对象提供各种波形的设定转矩。二次调节加载系统中,恒压网络的效果和加载精度与液压蓄能器吸收压力脉动的程度有关。建立蓄能器系统的动态数学模型有利于进一步研究二次调节系统动态特性在液压蓄能器足备或不足备的情况下的不同反映。由以上分析可知,系统压力恒定对二次元件通道上的变量泵马达和控制变量泵马达的阀控缸的稳定性都有影响。

　　蓄能器在二次调节系统中的主要作用如下:

　　(1)在能源不足时提供瞬时补充流量。当负载超过恒压变量泵额定功率时,额外的能量就由蓄能器提供。

　　(2)在系统稳定运行时吸收压力脉动。

　　在二次调节系统模型的建立过程中可以发现多数是在忽略油源压力波动的前提下进行的[2]。选配时蓄能器的动态响应速度应高于恒压变量泵的压力波动速度,这样才能很好地吸收压力脉动,保持恒压网络的稳定输出,从而提高二次调节系统的控制精度。气囊型液压蓄能器具有气腔与油腔之间密封可靠,二者之间无泄漏;胶囊惯性小,响应速度快;结构紧凑;容易维护等优点,在二次调节系统中得到广泛应用。

　　1　建立系统传递函数

　　1.1　气囊式液压蓄能器数学模型

　　式中:ωa=Kb/ma为蓄能器固有频率; Kb=npa0A2a/Va0为蓄能器气体弹簧刚度;ξa=Ba/2Kbma为阻尼器系数,无量纲; Ga为蓄能器等效阻抗。

　　1.2　伺服阀动态方程

　　假定滑阀的4个节流窗口是匹配且对称的,在工作点附近的动态方程为[1]

　　式中: Kq=qL/Xv, Kc=qL/pL, Kcs=qs/pL, Kqs=qs/Xv, Ks=Kc, Ko=-Kcs, Kss=Kc, Kos=-Kc, qvi=qvo。

　　1.3　控制油缸流量连续性方程

　　式中: qL为负载流量; A为控制油缸有效作用面积;Y为控制油缸活塞位移; Ctc为控制油缸总泄漏系数;Vt为控制油缸两腔的总容积; Ey为工作液体的体积弹性模量; pL为控制油缸两腔的压降。

　　1.4　控制油缸的力平衡方程

　　式中: mt为控制油缸活塞的质量; Bp为控制油缸活塞及负载的粘性阻尼系数; K为负载的弹簧刚度; FL为变量机构调节力。

　　设输入、输出管道等效阻抗分别为Gi, Go,即

　　将式(6)联立式(2)~(5)可得到电液伺服阀的阀芯位移对变量油缸活塞位移的传递函数为: