键合图法在液压系统动态特性分析和参数调整中的应用

　　0引言

　　键合图理论依据了能量守恒的基本原则，是系统动态性能的直观图表示，其主要优点在于可以获得有关系统性能的信息， 动力方程建立规则化，便于计算机自动生成， 对系统参数的调整比较方便。MATLAB 是当今最为优秀的数字计算软件，具有强大的计算功能，丰富、方便的图形功能，编程效率高。 本文将以跨座式单轨车辆换轮库液压系统为研究对象，把键合图理论与 MATLAB 相结合以解决液压系统建模与仿真问题。

　　1换轮库回转机构组成及液压系统介绍

　　(1)换轮库回转机构组成

　　跨座式单轨车辆在运行过程中橡胶轮胎易磨损，为了保证单轨车辆的正常运行，需要对车轮进行定期的维修与更换。 为了达到这个目的，在设计中采用液压系统来控制换轮库。 回转机构是换轮库中的关键部件之一，其结构如图1 所示，主要由回转油缸和回转铰链组成。 需要换轮的车厢通过PC梁6 进入换轮位置使车架与车体分离后下降一定高度后，回转机构通过回转油缸推动整个沉降梁和PC 梁转动±45°，然后进行换轮工作，当换轮工作完毕后又推动沉降梁和PC 梁转回到原来的位置。

　　(2)换轮库回转机构液压系统介绍

　　回转机构液压系统原理图如图2 所示，通过比例阀8 控制液压缸11 推动负载12 转动，并将转动位置通过位移传感器13 传递给工控机10， 工控机根据实际转动位置调整比例阀控制信号达到闭环控制的目的。

　　2系统键合图

　　键合图表示系统在动态过程中功率的流向、汇集、分配和能量转换等。 主要由键合图元、通口和键等组成，液压系统中的键合图元主要有液阻、液容和液感，一个键合图元与另一个键合图元进行能量传递的地方称为通口，键合图元的通口相互连接便形成键。

　　为了便于建立模型，进行如下假设：(1)忽略液压泵的摩擦、泄漏和惯性;(2)忽略液压缸的泄漏，仅考虑容积效应和活塞的惯性;(3)不考虑单向阀的泄漏和压力损失;(4) 不考虑温度对液压油性能的影响;(5)不考虑回油箱的压力。考虑管道的液阻效应，且假定液压缸活塞从左向右移动，则绘制键合图如图3 所示。

　　3系统状态方程的建立

　　选取感性元件I、容性元件CA和CB自变量作为系统的状态变量。 共能量变量为每一个感性元件上的流变量和每一个容性元件上的势变量。 可以得到系统的状态变量如式(1)所示。根据键合图推导状态方程的步骤，并且阀口A、B 的流量由RCA、RCB决定，液压缸无杆腔和有杆腔的压力由CA和CB决定，列出有关节点的关系式如式(2)~式(25)所示。