同轴流量放大液压转向系统动态特性参数化建模与仿真研究

　　利用计算机仿真进行液压系统动态特性的研究,主要应实现两个目标,一是要能仿真出系统输出结果及其内部状态变量的动态特性,从而可获得对系统动态过程的全面的、本质的了解;二是要能进行/系统参数对系统特性影响0的研究,以便进行系统的优化设计。因此,所建立的仿真模型必须具备以下几个特点:

　　1)仿真模型必须建立在基于状态空间变量描述的数学模型基础上。

　　2)构建的仿真模型必须是参数化模型。

　　然而,以往所采用的传递函数建模法是难以实现参数化建模和内部状态变量仿真这两项要求的,因此,必须采用一种新的建模方法。文章所建立的基于状态空间变量的同轴流量放大液压转向系统的数学模型,及在此基础上建立的参数化仿真模型,具备上述两个特点^[1]。

　　同轴流量放大液压转向系统是大排量转向系统的新发展方向之一,它将转向器与放大器做成一体,集中了以小排量转向器作为先导控制的流量放大系统的转向器本身体积小、重量轻之优,大排量转向器系统的简化之长,又集负荷传感转向系统之节能,以及小排量转向系统之可实现人力转向应急功能等多项优点,具有广阔的发展前景^[2]。随着应用范围从低速行走机械向中速行走机械的延伸,其动态性能的研究愈显重要。

　　1 基于状态空间变量的同轴流量放大液压转向系统动态特性数学模型

　　1.1 原理图

　　以同轴流量放大器为主要元件的流量放大液压转向系统,主要包括优先阀、TLF型同轴流量放大器、转向油缸等三部分,其油路原理图如图1所示。

　　1.2 系统动态特性数学模型

　　由优先阀、同轴流量放大器和转向油缸3部数学模型,以及相互间的参数联接关系,构成了整个流量放大液压转向系统的动态特性数学模型。

　　1.2.1 优先阀的动态特性数学模型

　　设优先阀CF口开度为x₁,优先阀CF口压力为p_cf,同轴流量放大器L_S路油压为p_ls,优先分流阀左、右腔压力为p_V1、p_V2。优先阀部分的额定工作点为(x₁₀,p_cf0,p_ls0,p_V10,p_V20)。其状态方程为

　　式(1)中

　　S_f、B_f、k、m_f、x₀分别为优先阀阀芯端面面积、阻尼系数、弹簧刚度、阀芯及弹簧质量和弹簧预压缩量, k_c2、k_c4分别为线性化系数:

　　k_c2=,

　　S₁、S₂分别为优先阀左、右节流口截面积,C_d为流量系数,ρ为油液密度。