锥形缸体轴向变量柱塞泵建模及动态特性仿真

柱塞泵是液压系统的重要部件之一,具有结构紧凑、工作压力高、效率高等特点,在工业领域有广泛应用.但是,由于我国液压技术的发展起步较晚,当前高端柱塞泵严重依赖进口,因而对柱塞泵进行研究、推动其自主生产具有重要价值.本文对柱塞泵进行了AMEsim仿真研究,试图为自主设计制造柱塞泵时关键参数的设置与结构优化提供一些指导.根据PD11V高压变量柱塞泵的结构特点和工作原理,本文分析计算了其锥形缸体结构柱塞泵柱塞的空间运动方程,对其中的关键零部件配流盘进行了过流面积计算,利用AMEsim仿真软件建立了九柱塞锥形缸体柱塞泵的仿真模型,然后仿真研究了不同斜盘倾角及电机转速对柱塞泵出口流量压力特性的影响.结果表明,适当减小斜盘倾角并选择合适的电机转速可以减小泵运行过程中的噪声.最后,本文根据变量机构伺服控制回路原理进行了AMEsim建模与仿真,将电气正流量恒功率压力切断控制模型各部分的仿真结果与实测参数进行了对比,结果表明输出控制特性曲线符合变量机构的设计和功能要求,验证了仿真模型的准确性.

球形泵变转速下空化特性及性能分析

球形泵是机电产品中的一种新型结构泵,空化现象仍然是影响水泵性能的重要因素。针对球形泵在工作时因转速所导致的空化问题,对变转速下的球形泵的空化特性及性能进行了研究。首先,采用计算流体动力学方法,并运用动网格技术,模拟了球形水泵的内部流场;然后,根据模拟仿真结果分析了转速对工作腔内空化过程的影响,获得了水泵容积效率的变化规律;最后,根据模拟结果对球形泵吸液口进行了改进。研究结果表明:球形泵工作时产生的空化现象主要发生在吸液阶段;在吸液初期与末期,较小的吸液口面积会造成工作腔内的液体压力迅速下降,吸液孔口附近和工作腔中部区域发生较明显空化;高转速时,较大的工作腔容积变化率导致空化加剧,容积效率先增大后减小;当转速为500 r/min~3000 r/min时,吸液末期腔内空化体积分数为1.01%~8.08%,球形泵容积效率为91.16%~85.51%;改善吸液口可以增大进液通道的有效工作面积,容积效率由85.51%提高至90.15%。该研究可为新型球形泵的优化设计提供参考。

变转速变排量双动力源泵阀协同电液系统特性分析

针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统。首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态响应较慢,因此小流量时采用双变量模式控制系统,通过阀芯位置自适应调节和动力源的压力闭环控制,实现了流量精准匹配的目的;其次,在单动作快速运动模式下,双动力源合流驱动单执行元件,通过控制电液动力源相关参数,补偿了因负载变化引起的泵泄漏量,以实时控制执行元件速度;在复合快速运动模式下,双动力源分流单独驱动多执行元件,通过调节单个动力源的相关参数来实时控制各执行元件速度,以及实现系统流量比例分流的目的;然后,建立了系统AMESim-Simulink的联合仿真模型与试验平台;最后,对该系统在同一设定压差下的不同设定流量的控制特性进行了仿真和试验分析。研究结果表明:该系统能实现负载变化时对流量的补偿目的,并且该系统与定转速变排量泵阀协同液压系统相比,在单动作微动模式下的流量控制精度优化了约14.76%,动态响应时间减少了约0.12 s;在单动作快速运动模式下,流量变化减小了约6.21%,系统能耗降低约了13.94 kJ;在复合快速运动模式下,系统能耗降低了约50.31 kJ;同时,该系统比传统抗流量饱和负载敏感系统具有更好的流量稳定性。

静液压驱动系统性能仿真与分析

根据拖拉机静液压驱动系统泵控马达闭式回路的结构特点,提出了静液压驱动系统速度控制方案,完成了变量泵的电液比例排量调节机构的设计和选型,并运用AMESim软件仿真验证了阀-变量泵联合伺服速度控制系统方案的可行性和控制效果。

引流发动机高压煤油的泵控式伺服机构设计与试验

针对航天大推力液体发动机推力矢量控制的需求,提出了引流发动机高压煤油的泵控式伺服机构方案,高压煤油驱动液动机恒速转动,由小功率机电伺服机构控制变量泵的调节机构,实现变量泵输出流量大小和方向控制,完成泵控式伺服机构精确位置输出。研制了高集成一体化泵控式伺服机构样机,建立了系统数学模型,进行了仿真分析和试验测试,-3 dB幅频带宽可达53.5 rad/s,-45°相频带宽可达28.5 rad/s。表明,泵控式伺服机构具有良好的频率特性,满足发动机推力矢量控制的需要。

斜盘式轴向柱塞泵伺服变量特性

伺服变量是斜盘式轴向柱塞泵常用的变量方式,将直接影响到泵的整体性能。伺服变量技术原理复杂,目前仍是阻碍我国斜盘式轴向柱塞泵发展的关键技术。针对高压轴向柱塞泵研发试验过程中遇到的变量压力冲击较大、无法完全制动等,深入研究探索不同因素对变量特性的影响。将动态过程分为启动过程、回位过程、制动过程和制动恢复过程,利用系统建模仿真AMEsim软件建立变量机构数值模型,并通过压力曲线试验和仿真结果对比证实模型的有效性。在不同进口阻尼、回油阻尼、回位弹簧刚度条件下,对伺服变量系统进行了数值模拟。研究结果表明:进口和回油阻尼对变量动态过程均产生影响,弹簧刚度主要对制动过程有影响。

基于RBF网络自适应滑模的非对称泵抗扰控制

针对非对称泵样机变排量试验中柱塞对斜盘冲击引起明显的斜盘角度波动现象,以及理论推导的控制系统模型存在误差问题,提出采用鲁棒性较强的RBF网络自适应滑模算法进行变排量抗干扰控制。非对称泵配流盘具有3个不同的串联配流窗口,柱塞经过配流窗口产生不对称的冲击力作用于斜盘,其可视作干扰信号。通过Simulation X和Simulink联合仿真,对比在40 Hz下的变量阻力矩作用下常规PID控制、普通滑模控制和RBF网络自适应鲁棒滑模控制的斜盘摆角响应特性。仿真结果表明:采用RBF网络自适应鲁棒滑模控制,其柱塞腔压力峰值和斜盘摆角的脉动相对于PID控制分别降低了5%和39%,相较于普通滑模控制分别降低了2.51%和4%,其流量的波动与斜盘摆角一致。抗干扰控制算法提高了系统的动态响应特性,削弱了系统的抖动。

新型液压机械双流传动模式切换分析与控制研究

以自主开发的新型液压机械双流传动(HMT)系统为研究对象,分析了HMT系统的结构与工作特性。在此基础上,建立了HMT模式切换过程的数学模型与AMESim模型,并进行传动模式切换过程分析,获得HMT传动模式切换特性的影响因素。针对HMT模式切换过程存在的功率循环问题,提出了考虑功率循环的HMT模式切换策略。针对HMT模式切换过程中的速度波动问题,提出了基于马达输出转矩补偿的模式切换控制方法。仿真与试验结果表明:考虑功率循环的HMT传动模式切换策略可有效减小循环功率;基于马达输出转矩补偿的模式切换控制可有效减小速度的大范围波动。

伺服电机双泵驱动动臂能耗特性实验研究

传统的伺服电机驱动单变排量泵系统的稳定性较差,同时因其节流损失大,会引起系统的能耗过高,针对这些问题,对37 t液压挖掘机动臂差动缸系统的动臂能耗特性进行了研究。首先,根据双泵驱动动臂控制的工作原理,给出了“伺服电机和双定排量液压泵相结合,共同驱动动臂差动缸系统”的方案,推导出了差动缸的数学模型,利用UG软件建立了液压挖掘机的三维机械模型;然后,进一步在仿真软件SimulationX中,建立了37 t液压挖掘机动臂系统的仿真模型;最后,对变转速伺服定量泵直控差动缸系统的位置、速度控制特性以及能耗特性进行了仿真研究;为了验证上述仿真模型的有效性,搭建试验样机进行了实验,并将所得的实验结果与模型仿真结果进行对比分析。实验结果表明:在空载工况和带载工况下,动臂差动缸输出能耗分别降低了约40%和44%;与空载工况相比较而言,带载工况下的提升阶段,动臂运行时间缩短了1 s,下放阶段延长了0.5 s,整个工作周期时间减少了0.5 s。研究结果表明:系统的能耗与运行特性符合预期结果。

阀芯配合间隙对液压泵变量特性影响研究

以大排量液控式轴向柱塞泵变量为研究对象,分析了柱塞泵变量机构工作原理和阀芯配合间隙对变量机构的关系,采用AMESIM模型分析了机液伺服阀配合间隙对变量机构动态特性的影响,试验测试了不同机液伺服阀配合间隙时,液压泵变量机构响应时间,并优化了机液伺服阀双侧配合间隙值。该研究对大流量液压元件配合间隙的设计具有显著的指导意义,指导间隙的给定平衡了产品性能和零件加工的成本重要性。

某1.5 L增压发动机润滑系统节油研究

基于某1.5 L增压发动机润滑系统,利用CAE手段进行润滑系统仿真建模,对搭载可变排量机油泵与传统定排量机油泵方案进行流量、压力对比分析,评估可变排量机油泵的节油可行性,并进行发动机台架试验验证。结果表明,在满足零部件润滑需求的情况下,润滑系统搭载可变排量机油泵,发动机摩擦功最大降低0.45 kW,关键部分负荷工况下最小平均节油率达到1.8%,最大平均节油率达到3.96%。

液压型风力发电机组主传动系统稳速控制研究

以液压型风力发电机组定量泵-变量马达主传动系统为研究对象,建立液压主传动系统数学模型和传递函数,针对励磁同步发电机并网运行对变量马达稳速输出控制要求及系统模型中存在的相乘非线性,利用小信号线性化方法建立一种在稳定转速附近的抗干扰控制方式。分析变量马达斜盘基准折算值、马达斜盘调整机构阀控缸响应速度、不同定量泵转速阶跃对转速控制系统的影响规律,以仿真和实验验证稳速控制方法的鲁棒性。

变转速变排量双控轴向柱塞泵脉动特性及噪声研究

基于对斜盘式轴向柱塞泵的理论分析,利用AMESim软件建立变排量柱塞泵模型。在同负载条件下,通过变转速和变排量调节对泵的压力脉动特性进行仿真测试及试验验证,得到仿真和试验曲线基本吻合,验证模型的准确性。并在此基础上根据试验及仿真数据,在相同负载和不同负载下,对采用转速、排量调节相组合情况下泵的压力脉动特性进行比较分析,结果表明随泵转速或排量变大,泵的压力脉动幅值均增大,在独立控制、同流量输出情况下,排量调节比转速调节脉动幅值大;在双控方式下,采用高转速、低排量方式压力脉动幅值最小,功率最大。进一步地,从噪声角度对泵特性进行分析,结果表明在转速、排量独立调节情况下,系统噪声的变化趋势与压力脉动一致;在同负载同流量、变转速和变排量相组合的液压系统中,系统噪声变化与压力脉动变化趋势恰好相反。在同负载同流量下对试验和仿真数据进行对比分析,仿真模型中高转速与低排量组合的压力脉动小,试验曲线中低转速与大排量组合电动机输入功率小,系统噪声低。通过以上分析研究,为变转速和变排量双控理论研究和工程应用提供了技术支撑。

叶片式可变排量机油泵的研发与试验研究

结合发动机全工况对润滑油的实际需求,以一维模型计算所得的结构参数为基础,建立了可变排量叶片泵三维模型,并采用PumpLinx软件对其进行CFD计算分析。根据CFD计算和试验结果,提出结构改进方案并进行了试验研究。研究结果表明:根据CFD计算结果对叶片泵结构进行优化设计具有可行性,设计的机油泵样机能够满足与之配套的发动机全工况要求,在6 000r/min时该样机能够减少27.2%的润滑油流量,降低21.6%的驱动扭矩消耗。

闭式泵控马达液压系统效率研究

闭式泵控马达液压调速系统具有效率高、结构紧凑、油液不易被污染等特点,现已被广泛地应用于大功率的工业场合。为了分析闭式泵控马达液压系统效率,文章以设计的闭式变转速、变排量大功率泵控马达液压调速系统为研究对象,建立了泵控马达调速系统的效率计算模型和2种调速系统的AMESim软件仿真模型。仿真与实验研究结果表明,在相同的负载工况条件下,闭式变转速泵控马达液压系统效率始终要比变排量的高,在高速、重载工况下两者效率接近,在低速、轻载工况下变转速泵控马达调速方式节能效果更明显。

轴向柱塞泵/马达变量阀配流机构

为了提高轴向变量柱塞泵/马达小排量时的综合效率,基于柱塞式液压泵阀配流原理,引入变有效排量(VVD)理论,提出采用液控单向阀控制柱塞单元有效输出/输入实现轴向柱塞泵/马达配流及变量的配流机构,介绍变量阀配流机构的基本原理.基于AMEsim建立物理模型进行仿真研究,将变量阀配流机构应用于弯轴式轴向柱塞马达进行初步的原理样机实验研究.仿真和原理样机试验结果表明,采用该配流机构能够实现设计的配流、变量功能,具有提高高压泵/马达容积效率以及简化液压系统的潜在优点.

变转速输入变量泵恒流量控制器设计

对HPV02-105变量泵建立了流量控制模型,通过补偿的方式来消除泵的转速扰动,利用Matlab的Simulink模块对系统在转速不断变化的情况下的泵的恒流量响应进行了仿真,仿真结果表明变量泵的斜盘倾角在转速大幅度波动的情况下能够迅速反应,流量能维持在比较理想的状态。以AT89S52单片机为核心,利用流量传感器和DAC0832对泵的流量控制系统硬件电路进行了设计,并对软件控制部分进行了设计,通过实验验证了该方法的可行性。为变转速输入下泵的恒流量控制提供了理论依据和切实可行的方法。

液压型风力发电机组主传动系统压力控制特性研究

液压型风力发电机组主传动系统为定量泵-变量马达闭式系统,风机并网后依靠变量马达变排量机构对系统进行控制。研究了系统压力控制特性,建立了并网后主传动系统数学模型,得出了系统压力对马达斜盘摆角的传递函数。利用MATLAB辨识工具箱,根据实验数据,对系统压力控制模型进行数据辨识,并与理论模型进行对比,验证了理论模型的准确性,为液压型风力发电机组通过压力控制实现最佳功率追踪控制奠定理论与实验基础。

基于高速开关阀的数字式变量泵研究

提出一种由定量泵、高速开关阀、插装阀、蓄能器等元件组成,实现变量功能的数字式变量泵,研究不同参数对数字式变量泵性能的影响。通过优化闭环控制,使数字式变量泵具有较小的压力波动范围和较短的响应时间,最终实现数字式变量泵最佳的控制性能。

变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达系统恒转速控制方法研究

以变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统为研究对象,提出变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法。建立恒流状态下系统恒转速控制的数学模型,分析系统的相乘非线性特征与变量马达斜盘摆角基准值的计算方法,采用稳态控制量叠加基于小信号线性化补偿控制量的控制方法。通过定量泵-变量马达系统的开环辨识,得到系统参数。对系统进行仿真与试验研究,得到在恒流状态下变量马达斜盘阀控缸的响应速度、马达斜盘摆角和定量泵转速对系统控制特性的影响规律,验证变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法的有效性。为拓展定量泵-变量马达容积调速系统应用领域奠定了理论基础。