排量控制阻尼孔对轴向柱塞泵动态响应特性的影响分析

　　1 排量控制机构

　　静液转向驱动容积调速回路原理如图1所示。通过改变轴向柱塞变量泵1 (转向泵)的排量来控制轴向柱塞定量马达2 (转向马达)的转速和旋转方向。转向泵手动排量控制机构主要由控制手柄3、变量控制伺服阀4、节流单向阀5、变量控制油缸7和斜盘图2 变量机构结构图组成,其结构图如图2所示。排量控制机构把机械的输入信号(控制手柄的输入转角)通过变量伺服控制阀转变为液压输入信号,驱动控制油缸往复移动,从而使变量斜盘双向旋转,进而实现双向改变转向泵排量。补油泵8通过节流单向阀5为排量控制机构供油,通过改变节流单向阀阻尼孔的大小可以调节变量机构的响应速度。排量控制机构有一套机械反馈联动机构6,其使伺服滑阀与输入信号和斜盘摆角(排量)关联,故机械输入信号、伺服滑阀位移和泵排量成稳态比例关系。同时由于控制油缸活塞与一对弹簧对中机构相接,这种机构设置使得泵排量与控制油缸负载压力也成稳态比例关系。

　　2 排量控制机构数学模型

　　排量控制机构动力学的准确数学描述对于容积调速回路的仿真非常重要。本文建立排量控制机构模型的主要目的是研究斜盘摆角或转向泵排量在控制手柄按不同规律变化时,其输出响应的准确性、快速性;并分析变量控制流量通道的控制阻尼孔的大小对机构动态响应的影响。建模过程中,为突出影响动态响应的主要因素,使模型在具有代表性的基础上得到简化,本文根据实际情况进行以下假设:

　　(1)假设液压油为牛顿流体,并忽略液压油惯量对系统动态特性的影响;

　　(2)转向泵和马达的泄漏为稳态的,忽略流量脉动对系统动态特性的影响;

　　(3)转向泵和马达的壳体压力与油箱工作压力相同;

　　(4)补油系统补油量充足;

　　(5)系统中所有弹簧均为线性弹簧,不考虑其响应滞后;

　　(6)依据文献[1,2]对排量控制机构动态响应的研究成果,忽略调速系统主工作回路压力对斜盘动态响应特性的影响;

　　(7)由于手动控制信号的截止频率远小于排量控制伺服阀的固有频率,伺服阀的传递函数可以简化为比例环节;

　　(8)由于控制油缸组件的高加工精度并采用优质密封装置,故忽略干摩擦力的影响。

　　轴向柱塞变量泵的排量控制机构的简化数学模型[3]:

　　式中:ah)转向手柄输入角度, (o);a--斜盘摆动角位移, (o);KAh--控制手柄到伺服阀的增益,m/(o);Ksv--伺服阀流量增益,m³.s-1.m^-1; A00排量控制油缸的有效作用面积,m²;Kcs--斜盘与排量控制油缸的合成扭转刚度,N.m/rad; KA..机械反馈增益,m/(o); Ctc)排量控制油缸的总泄漏系数,m³.s^-1/MPa。