负载敏感系统中反馈管路的动态特性

　　0 前言

　　负载敏感系统由于其出色的节能和调节特性被广泛应用于工程机械中[1,2]。此类系统通过一条反馈油路自动地将负载压力信号传递至液压源的敏感腔,进而控制供油单元的运行状态,使其几乎仅向系统提供负载所需要的液压功率,从而最大限度地减少功率损失,提高了原动机的能量利用率[3]。由于系统内部存在着反馈控制回路,系统的稳定性、快速性成为设计难点。文献[4]的试验研究结果表明,反馈油路的压力传递特性对其有着重要的影响。文献[5]首次提出了电液负载敏感系统的概念,其中负载信号由压力传感器测得,并以电信号的形式实现快速选择和传递,系统的动态特性得到了明显的提高。然而,采用液压管道传递负载信号的方式由于具有结构简单、成本低、高可靠性和抗干扰能力强等优点,在工程实践中获得了更加广泛的应用。因而,合理地设计反馈油路,使其能够稳定而快速地传递负载信号,对于提高负载敏感系统的整体性能有着重要的意义。

　　1 反馈油路的构成

　　由多路阀与负载敏感变量泵所组成的机液负载敏感系统中,反馈油路的构成如图1所示。其中pLn(n=1,,,N)表示与各执行器对应的负载压力信号。由此图可以看到,与第i联滑阀所控制的执行器相对应的负载信号pLi首先必须通过i个层次梭阀的比较后,再通过一个阻尼器到达反馈管道的起始端。再经反馈管道将压力传递到负载敏感变量泵的负载敏感口,此压力为pOUT。可见,负载压力由执行器传递至变量泵的过程可分为两个阶段,第一是比较阶段,由级联的梭阀网络完成。梭阀网络会造成负载信号取压滞后,由于梭阀网络通常集成在多路阀内部,不属于系统设计的范畴。第二是传输阶段,由一个阻尼器和反馈管道完成。阻尼器主要起两个作用:一是限流,用于限制反馈油路的最大流量;二是调节反馈油路的阻尼系数。当反馈管道较长时,合理地选择阻尼器和反馈管道的内径参数能够极大地提高反馈油路的压力传递性能。本文将着重研究反馈管道参数对负载压力传输特性的影响。

　　2 数学模型

　　根据流体传输管道的基本方程,反馈管道两端的压力和流量满足如下关系[6]:

　　式中:pIN--反馈管道入口压力;

　　QIN--反馈管道入口流量;

　　pOUT--反馈管道出口压力;

　　QOUT--反馈管道出口流量;

　　Zc--反馈管道的特征阻抗;

--反馈管道的传播算子。

　　由于反馈管道出口流量很小,可以近似认为等于零。由方程(1)可得反馈管道的压力传递特性为

　　3 管道参数的优化