新型内齿轮流量计的稳定性研究

　　0　引言

　　容积式流量计是测量液压系统流量的一种直观有效的直接测量工具。但是由于目前普通容积式流量计自身的流量脉动大,一般不能用于系统高压侧的动态流量测量。因此,研究和设计能够应用于系统高压侧动态流量测量的新型流量计很有必要和现实价值。

　　1　内齿轮流量计工作原理

　　内齿轮流量计的工作原理同内齿轮液压马达的工作原理相类似,不同之处在于内齿轮流量计不用输出扭矩(见图1)。

　　内齿轮流量计主要由内齿轮、小齿轮、保持架、前后侧板、前后端盖等组成。其中内齿轮与3个小齿轮形成3个内啮合关系。保持架将流量计的进油腔和排油腔隔开,同时又起到辅助配流的作用。内齿轮流量计采用端面配流结构,前后两侧板即配流板。作为流量计,高压油液经侧板上的进油孔进入到内啮合腔,内齿轮、3个小齿轮在不平衡液压力的作用下形成了一定的力矩,这种不平衡力矩将使得小齿轮旋转,随着齿轮的旋转,油液便被带到低压腔经侧板上的排油孔排出。由于不输出扭矩,所以虽然内齿轮设计时是参考齿轮马达的设计,但是可以不用设计输出轴。如果是为了二次信号测量处理的需要,可以另外设计输出轴。

　　2　稳定性分析

　　(1)系统传递函数的推导

　　内齿轮流量计的动态特性分析同液压马达的动态特性分析相类似。液压马达的动态特性是指其速度因负载或负载流量瞬态变化而发生变化关系。这种变化关系是用扭矩平衡方程和流量连续方程描述的(见图2)。

　　TL———负载扭矩。

　　由于内齿轮流量计是在多齿轮马达基础上的延伸,不同的是内齿轮流量计输出的扭矩为零或者说不输出扭矩,即式(1)中TL=0,因此液压马达的动态分析完全可以应用于内齿轮流量计的动态分析之中。则内齿轮流量计的扭矩平衡方程为

　　假设内齿轮流量计的进油和出油腔是对称的,并且设传感器的连接管道是对称的,传感器每个腔中各处的压力始终是相同的,并且不会出现饱和及空穴现象,液体在腔内的速度是很小的,因此次要损失(即液体流经弯头、管接头以及突然变化的截面所引起的能量损失)可以忽略,没有管道现象,温度和密度均为常数。则传感器的进回液腔流量连续方程为

　　(2)系统稳定性的判定

　　内齿轮流量计为一线性开环系统,其特征方程由传递函数得到

　　3　结语

　　针对液压系统高压侧动态流量测量困难的问题,设计了一种用于液压系统高压侧流量的双向测量的动态内齿轮式流量传感器,是容积式流量传感器结构上的创新,并从推导出的传递函数出发,利用劳斯判据得出当其应用于系统时是稳定的结论。