交流液压实验台设计与仿真

　　引言

　　交流液压系统是利用液压管道中的流体波动流量或波动压力传递功率或传递信号的系统，分为有油液流动的脉动液压系统和没有油液流动的驻波液压系统。[1]单 相交流液压系统主要是利用交流液压的振动特性实现机械振动，用于液压锤等机械上；多相交流液压系统主要应用于实现比较大的功率的机械振动，比如跳汰机等机 械，或用于分隔液流，以在有特殊要求的场合应用液压伺服系统。比如高温、放射性等恶劣环境。交流液压系统还可以利用液压变压器来改变系统压力。[2]

　　一、三相交流液压系统

　　一种三相交流液压系统的工作原理如图 1 所示。

　　利用凸轮或电液伺服机构生成相位角 120°的按照正弦规律变化的交变液流，液流通过液压变压器改变压力，通过整流器后整流成直流液流推动负载工作，补偿单元推动液压变压器活塞回程，并补偿系统中的泄漏。[3]

　　二、三相交流液压系统的理论分析

　　交流液压试验台液压系统如图 2 所示。该系统由三组相同电液伺服阀元件构成三相交流液压发生装置。通过数据采集卡模拟输出端口，由软件控制生成电压波形激励信号，该信号与隔离器的位置反 馈信号构成闭环控制系统，这两个信号经比较、校正后送入伺服放大器，控制电液伺服阀使液压变压器的活塞产生预期的运动轨迹。从液压变压器中输出的流量即为 交变的液流。经过由 6 个单向阀组成的整流单元，进入负载的流量即为整流后的直流液流。[4]

　　此系统的工作过程可以看成两个工作阶段。第一个阶段中，两个液压变压器输出液流，液流经整合后通过负载，进入第三相变压器。第二阶段中，一个液压变压器输出液流，两个液压变压器回油。这两个阶段不断重复，因此通过负载的始终为直流液压，如图 3 所示：

　　运用功率键合图法（Power Bond Graph)简称键合图对液压系统的建模。两阶段的键合图模型如图 4、图 5所示：

　　其中：3 10 7 18 22C , C , C , C ,C 为容性储能元件，物理意义分别为第 1 相液压变压器输出油腔的液容、第二相液压变压器输出油腔中的液容、负载高压腔液容、负载低压腔液容和第三相液压变压器输出油腔中的液容。对于液压系统，有 /eC =V β。

　　系统中的惯性储能元件为5 12 m 20I , I , I ,I ，物理意义分别为：第一相管道中的液感、第二相管道中的液感、惯性负载和第三相管道中的液感。液压管道中液感为，惯性负载 I =m。