比例阀控蓄能器吸收压力冲击的仿真研究

　　0 前言

　　蓄能器是液压系统中的重要辅助元件,随着液压系统和液压元件研究的发展,现有的蓄能器和蓄能器参数选择公式都无法满足需要,给设计、计算和工程实际带来了很多不便。本文作者在现有的机理研究进油口阻尼改变的基础上,进一步研究比例阀控蓄能器对蓄能器及系统的影响,为研制开发自适应型蓄能器作理论指导,以提高蓄能器对系统参数变化的适应能力,使系统性能达到最优,提高能源利用率,减少系统震动和冲击,提高设备的工作能力和寿命。

　　所谓“自适应型蓄能器”,即要求蓄能器能够动态地改变本身重要参数,使其在消除系统复杂工况下的震动,吸收系统在复杂工况下的冲击方面能够发挥更显著的作用。研究发现对于皮囊式蓄能器来说,其可以改变的参数包括:进油口尺寸、充气压力和充气容积,其中,进油口尺寸和充气容积是蓄能器的结构参数,而充气压力属于工作参数。但是,就目前看来,在工作过程中要改变充气压力和充气容积,就要对蓄能器的结构作较大改动,而改变进油口尺寸似乎更容易一些。

　　所以采用在蓄能器入口处串联一个比例阀的方式,通过改变比例阀的开口度来改变蓄能器的进油口尺寸,实现蓄能器参数的动态改变。原理图如图1所示。

　　1 比例阀控蓄能器数学模型的研究

　　把比例阀控蓄能器系统分为五个部分,包括比例阀、连接管道、进油阀、蓄能器油腔及气腔。通过分别建立它们的模型,再通过流量连续性方程把他们联系起来,得到比例阀控蓄能器的模型^[1]:

　　1.1 比例阀的流量连续性方程

　　式中: C_d1为比例阀的流量系数;

　　d₁为比例阀通径,mm;

　　ρ为油液密度,kg/m³;

　　X_v为比例阀的阀口开度,mm;

　　p_s为比例阀阀前压力,Pa;

　　p₁为比例阀阀后压力,Pa。

　　1.2 进油阀的压力-流量方程

　　由于进油阀和蓄能器油腔相连,进油阀中均布有不同数量的圆孔,且蓄能器油腔的直径远于进油阀的直径,如图2所示,蓄能器排油时油液由油腔进入进油阀,这时进油阀短管道也可以看作是阻尼孔。在本节中分析和建立的进油阀模型即为短管道作为阻尼孔的模型^[2-3]。

　　得到进油阀的压力-流量方程为

　　式中: C_d3为进油阀的流量系数;

　　d₃为进油阀的等效通径,mm;

　　p₂为进油阀阀前压力,Pa;

　　p_b为蓄能器中油腔压力,Pa。