泵阀联合电动静液作动器高效率设计分析

　　0 引言

　　与传统液压作动系统相比,电动静液作动器(electrical hydraulic actuator,EHA)具有体积小、重量轻、效率高等优点,是当前研究的热点^[1-3],其容积控制方式不存在节流损失,但响应取决于电机或泵的响应,在短期内无法满足高响应的要求;其阀泵联合控制方式是将伺服阀控制系统与泵控制系统结合起来,根据不同飞行状态负载特性的不同,调节泵、阀的工作过程,使作动系统可以兼顾效率和响应^[4]。常规伺服阀控制系统主要以满足伺服阀最优效率来设计负载压力,以获得较高的效率和动态性能,泵阀联合EHA由于集成度高,散热能力有限,除了要满足动态性能的要求,还要尽可能的提高系统效率。本文针对阀控系统工作的特点,在满足负载要求的前提下,从使泵阀联合EHA系统获得最优效率角度出发,对负载压力的设计进行了综合分析,并给出泵阀联合EHA效率和性能的变化趋势,为提高作动系统效率提供理论依据。

　　1 泵阀联合EHA效率分析

　　泵阀联合EHA方案原理如图1所示。此方案采用调速电机带动定量泵,由伺服阀换向,回避了电机换向或泵换向的非灵敏区及大惯量,提高了系统的响应;用电机调速改变流量的方式与斜盘调节方式相比,降低了结构复杂性,斜盘调节机构转化成功率调节器既降低了结构质量又减小了斜盘调节机构自身的功率损耗。工作过程中,根据负载特性的不同,调节泵的流量和阀前压力以及泵、阀的工作过程,使作动系统可以兼顾效率和响应^[5]。

　　1.1 恒负载功率下阀控环节分析^[6]阀控制系统效率公式为

　　式中,p_s为油源压力;p_f为负载压力;Q_s为油源输出流量;Q_f为负载流量;η为液压系统效率。

　　当采用流量可调节油源时,系统效率主要取决于油源压力和负载压力的比值。因此,若能提高负载压力则可进一步提高系统的效率。在保持负载不变的前提下,设满足常规设计p_f=2p_s/3时,所选用伺服阀负载流量为

　　式中,C_V为流量系数;W为滑阀的面积梯度;x_V为阀芯位移;Q为液压油密度;下标1表示所属参数为常规设计时的参数。

　　设提高负载压力设计值后p_f2=(1-K)ps(0<K<1/3),此时所选用伺服阀负载流量为

　　式中,下标2表示所属参数为提高负载压力设计的参数。

　　在相同负载下,常规设计和提高负载压力设计所选用的伺服阀关系为

　　则