交流液压同步特性及振动输出传动效率分析

　　0 引言

　　交流液压(PFH--PulsatingFlowHydraulics)是液压技术领域中一个新的分支,它利用液压管道中的液体波动流量或波动压力传递功率或信号,可实现传动同步和振动输出两种功能。系统中的液体不循环,在管道中由于省却了传统液压系统所需的液压泵、阀等元件,使得系统得以简化、结构简单。这一优点使得PFH在流体振动领域中使用时具有有利的优势。上述优点还可以使得将自由活塞放在连接驱动和被驱动机器之间的管道中成为可能。这样,PFH就可以隔离两种不同的液体,可应用在一端温度较高或有辐射、污染的场合。因此,在流体振动和振动机械等领域,PFH大有用武之地[1]。

　　1 PFH同步特性

　　PFH有单相、双相、三相及多相之分。用于实现传动同步的三相PFH系统原理图如图1a所示,三相间互差120^o,系统由驱动部分和被驱动部分组成。驱动部分由变频电动机和3相PFH发生器等组成;被驱动部分由三相PFH接受器(马达)和负载单元组成。PFH发生器和PFH马达通过3根管道连接,可通过油源进行补油。利用该系统可以实现驱动(PFH发生器)与被驱动(PFH马达)机器的同步[2]。

　　PFH发生器和PFH马达的结构是一样的,可以互换,为偏心轮机构。变频电机驱动主动轴转动,通过被压液体驱动从动轴转动。系统中每一相的结构原理图如图1b所示,左侧为驱动单元,右侧为从动单元。

　　2 PFH振动输出传动效率

　　PFH另一个用途是实现振动输出,可作为振动机械的一个分支。目前,高速公路、铁路建设工程中的建筑施工机械如压路机、拖拉机、振捣器等采用了PFH振动技术;在矿山机械方面,采金船跳汰机、选煤跳汰机也采用了PFH系统。文献[3]对采用偏心轮机构的采金船九室圆形跳汰机交流液压系统进行了设计与分析,如图2所示。

　　该系统由1个小流量液压泵站,1个可调速凸轮机构和9个柱塞缸组成的脉冲泵,9个安装在各个跳汰室下的从动缸,高、低压蓄能器以及其他辅件组成。相当于9个单脉冲式液压系统组成的九相脉冲式交流液压系统。每个跳汰室相当于一个独立的跳汰机,其每相原理和结构是相同的,可简化为图3所示的结构[3],则动力学方程:

　　式中p2--输出端工作压力

　　A--活塞有效工作面积

　　m--负载及输出活塞的总质量

　　x2--输出活塞位移

　　f--黏性阻尼系数

　　k--弹簧刚度

　　流量方程:

　　式中q2为输出端流量。

　　负载特性用负载阻抗ZL(s)表示,则有: