基于AMESim恒功率泵的动静态特性仿真分析

    恒功率控制泵是提高液压系统节能效率的关键元件,可以在特定工况下减少原动机功率的浪费,具有良好的节能效果。因此研究恒功率控制泵的控制性能并改善其动静态特性,具有现实意义。

    作者研究对象是一种压力流量功率复合控制泵的功率控制部分。这种压力流量功率复合控制泵,采用压力阀、流量阀、双弹簧功率阀的配合工作实现泵压力、流量、功率的复合控制,而且该泵是通过功率阀三角槽结构溢流的方式实现恒功率控制。因此,在该泵实现功率控制的过程中不仅受到自身功率阀结构参数的影响,而且也会受到其他功能控制阀结构参数的影响。

    作者从上述的两个影响方面出发,针对流量阀弹簧刚度和功率阀三角槽个数进行分析。采用先进的液压仿真软件AMESim搭建完整的压力流量功率复合控制泵仿真模型,并采用MATLAB精确计算功率阀阀芯结构参数并将其导入AMESim中,然后变参分析,最终获得合理的结构参数。

    1　恒功率控制原理

    压力流量功率复合控制泵是通过预先设定,在不同工作压力下,使泵处于不同控制工况。根据压力流量功率复合控制原理图(图1),结合其静态工作曲线(图2)及功率阀结构示意图(图3),说明该泵工作原理。

    OA段泵处于恒流量工作阶段,这一阶段泵在不同工作压力下都保持泵出口流量的恒定,它是通过节流阀两端的压差对流量阀阀芯的作用力与流量阀弹簧预设压缩力的平衡控制流量阀阀芯左右位的移动,从而改变泵排量来保持出口流量的恒定。

    AC段是恒功率控制阶段,通过AB段和BC段两条斜率不同的直线近似模拟恒功率二次曲线。点A是恒功率起调点,在AB段内,此时增大工作压力,工作压力作用于功率阀推开功率阀阀芯,在功率阀功率弹簧Ⅰ压缩力与工作压力平衡后停止运动,此时功率阀三角槽过流面积增大,功率阀溢流量增大,流量阀阀芯右端压力降低,流量阀阀芯右移,流量阀工作于左位,变量柱塞大端作用有高压油,变量柱塞左移,排量减小。与此同时,变量柱塞通过反馈机构作用功率阀活动阀套,使阀套沿阀芯运动方向动作,三角槽过流面积减小,功率阀溢流量减小,流量阀阀芯右端压力增大,流量阀阀芯逐渐左移,变量柱塞运动速度逐渐接近0,流量在该工作压力下稳定。若在AB段内减小工作压力,在功率阀功率弹簧压缩力的作用下,功率阀阀芯左移,三角槽过流面积继续减小,功率阀溢流量也继续减小,流量阀阀芯右端压力继续增大,流量阀阀芯继续左移,流量阀阀芯工作于右位,变量柱塞大端与油箱相通,变量柱塞左移,排量减小。与此同时,变量柱塞通过反馈机构作用于功率阀活动阀套,使阀套沿阀芯运动方向动作,三角槽过流面积增大,功率阀溢流量增大,流量阀阀芯右端压力减小,流量阀阀芯逐渐右移,变量柱塞运动速度逐渐接近0,流量在该工作压力下稳定。由于采用功率弹簧为线性弹簧,并忽略具体机构的一些非线性因素, AB工作段压力流量呈线性关系。BC段,因为功率弹簧Ⅰ和功率弹簧Ⅱ都处于工作状态,弹簧刚度为两弹簧刚度之和, BC段压力流量关系斜率增大,但仍为线性关系,此阶段工作过程与AB阶段相同。