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时间:2018-07-14
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1、蓄能器参数对液压系统动态特性影响摘要:针对蓄能器的应用,通过分析液压系统动态特性,阐明利用蓄能器设计液压系统吸收压力脉动时应遵循的理论依据。关键词:蓄能器液压系统动态特性一、引言蓄能器在液压系统中是一种液压能储存装置,其主要用途之一是蓄积压力能,以备需要时投入系统中使用;之二是作为吸收压力冲击或减轻油路中的压力脉动使用。由于蓄能器参数选择不当,有些液压系统中蓄能器吸收压力波动的效果不理想。本文以实例来阐述利用蓄能器吸收压力脉动液压回路设计时,蓄能器参数对液压系统的动态特性影响。二、工程实例如图1所示,一台油压机,为了吸收压力波动或减轻压力波动对
2、系统的影响,在回路中加装了一个皮囊式蓄能器2,与阀式配流定量斜轴式柱塞泵1相连。图1蓄能器系统简图调试发现蓄能器吸收压力波动的作用不大,设备振动状况与没装蓄能器以前没有明显改善。三、动态特性分析[1]经检查,蓄能器本身没有问题,装在系统中后没有明显效果,经分析认为是回路配置有问题。对回路作动态特性分析如下:1.分析条件(1)蓄能器中气体状态变化规律按绝热来考虑即:PAVK=G=常数式中PA-—蓄能器中的气体压力VK—蓄能器容积K—指数(绝热状态K=1.4)4(2)液压泵出口的平均流量Q等于通过不可调节流阀3的平均流量QR即:Q=QR稳态时通向蓄
3、能器的平均流量QA=0。(3)蓄能器到泵出口处的管中油液的流动按层流计算(4)采用在给定平衡点附近取小增量线性化方法来确定非线性问题(5)泵出口处单向阀不计压力降和流量损失2.动态特性分析基于以上分析条件,将该回路流量连续性方程写作如下:对其进行拉氏变换: (1)而节流阀流量特性方程的拉氏变换为: (2)式中P0—泵出口压力稳态值Q0—泵输出流量稳态值P1—节流阀出口压力∆P—泵出口压力拉氏变换蓄能器中气体状态变化方程拉氏变换为: (3)式中V0—蓄能器中气体容积稳态
4、值∆PA—蓄能器入口处压力拉氏变换油液力平衡方程拉氏变换为:4 (4)式中mA—蓄能器管路中油液质量m1和蓄能器内油液质量m2的等效质量,,其中a为管路通流面积A—蓄能器中浦液的截面积Rf—管路液阻,,其中μ—油液动力粘度L—管路长度d—管道内径将(1)(2)(3)(4)四式联立,整理后解得: (5)将(5)式写成无量纲传递函数为[2]: (6)式中—振荡环节的固有频率—微分环节的阻尼比——振荡环节的阻尼比由式(6)看出,该回路是由一个放大环节,一个振荡环节和一个二阶微分环节组成,将式中的S以代替,则得
5、出回路的频率特性为: (7)由此可得对数幅频特性曲线如图2所示。图2蓄能器波特图4图2中曲线1为放大环节的曲线,为一根水平直线,曲线2为振荡环节的曲线,其斜率为-4dB/dec,曲线3为二阶微分环节曲线,其斜率为+4dB/dec,曲线4为前三条曲线叠加后形成的曲线。从图中可以看出,曲线2和3的转角频率相同,均为,由于,因此,在频率时,叠加曲线出现了最小值,这就意味着此时回路吸收脉动的效果最好。由得 (8)当时,,将,,代入(8)式中得:四、蓄能器参数选择综上所述,蓄能器前管路的液阻Rf越小,则压力脉动的幅值就越小,蓄能器回路
6、吸收压力脉动的效果就越好。因此,在泵的脉动频率ω已知情况下,就应该合理选择V0,将mA和A代入中,使,且使尽可能小,才能使回路得到吸收脉动最好的效果。重新选择蓄能器结构参数Vo和A,井尽可能地减小管长L,使蓄能器尽可能地靠近液压泵出口(也可以将管径d增大,但往往受条件限制,管径也不可能做得太大)。实践证明,系统的压力脉动明显降低。此例说明,在设计吸收压力脉动的蓄能器回路时,需针对具体的回路进行静态和动态特性分析,为回路设计找出理论依据,从而合理地进行结构设计,这样才能使回路获得比较好的吸收脉动的效果。参考文献[1]明仁雄.液压与气压传动[M].
7、北京:国防工业出版社.2003.[2]左健民.机电控制工程基础[M].北京:机械工业出版社.2002.[3]王琳.蓄能器基本参数确定及其特性对液压系统的影响.[J].咸阳:陶瓷.2005,5.40_434
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