液压变量伺服机构的结构参数优化

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1、学兔兔www.xuetutu.com液压变量伺服机构的结构参数优化术口汪浒江口唐守生口冀海口许睿1．中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京1000722．天津工程机械研究院天津300409摘要：为改善液压变量伺服机构的动态特性，推导了液压变量伺服机构的动力学方程组并建立了仿真模型，分析了阀口梯度、活塞面积、反馈拔叉长度对系统稳定性及响应快速性的影响规律，指出了三者的合理匹配对改善系统的动态特性尤为重要。基于某案例．利用遗传算法实现了结构参数的自动寻优。优化结果表明，系统在保持足够稳定裕量的前提下，响应更快。关

2、键词：变量伺服机构结构参数快速性稳定性优化中图分类号：TH137．51文献标识码：A文章编号：1000—4998(2014)12—0009—041概述液压变量伺服机构应用于履带车辆静液转向系统时，其工作的稳定性和响应的快速性非常重要。很多学者在液压变量伺服机构方面做了大量研究．尤其是在系统动态特性分析和优化两个方面。文献[1]、[2]分别就A4VG型、CY型柱塞泵变量伺服机构建立了相应的数学模型，对其动态特性进行了研究。文献[3]、[4]重点就基于功率匹配原则对变量伺服机构的主要结构参数进行了优化设计，但没有关

3、注系统的动态特性。本文针对履带车辆对伺服机构动态特性的特殊要求．着重分析了阀口梯度、活塞面积、反馈拨叉长度3个关键结构参数对响应快速性以及系统稳定性的影响。利用遗传算法实现了结构参数的优化匹配，达到了改善系统动态特性的目的。gL=Cdw、／(p)(1)2工作原理式中：q为负载流量；W为阀口梯度；0为转阀开口角液压变量伺服机构是履带车辆静液转向的控制机度；p为油液密度；ps为供油压力；p为负载压力；Cd为构，图1为其结构示意图，其中，P为转阀的进油口，T流量系数。液压缸的流量连续性方程为：为转阀的回油口．A、B为

4、转阀工作油口。驾驶员的转向操纵信号通过操纵连杆机构传递到转阀阀芯，从而接g+告(2)通液压油路，活塞的移动改变了柱塞泵的排量，进而实式中：A为活塞面积；为活塞位移；为液压缸总泄现履带车辆转向半径的无级控制。反馈拨叉结构将活漏系数；为油液总压缩体积；为油液体积弹性模塞的位置反馈给转阀阀套，从而实现活塞位置的闭环量。控制。液压缸和负载的力平衡方程为：3动力学方程组AppL----m誓+F(3)根据工程流体力学。理想零开口转阀的压力一流式中：m为活塞及负载等效质量；B。为活塞及负载黏量特性方程为：性阻尼系数；F为活塞

5、受到的任意外负载力。反馈通道的传递函数为：国防科工局基础产品创新科研项目(编号：VTDP一3303)收稿日期：2014年8月=arctan(y)(4)机械制造52卷第604期2O14／12学兔兔www.xuetutu.com式中：为活塞通过反馈拨叉反馈到转阀阀套的角度；时活塞的单位阶跃响应。对比曲线1、2、3可知，阀口梯为反馈拨叉长度。度越大，系统响应速度越快。曲线4响应出现明显超转阀阀口的实际开口角度为：调，表明阀口梯度过大会导致系统的相对稳定性变差。=0i—of(5)图4中，曲线1、2、3分别对应活塞面积为

6、4x10-4式中：i为转阀输入角度。in、2x10-3m、3x10m时活塞的单位阶跃响应。对比式(1)到式(5)描述了系统的输入0i、输出Y、干扰曲线变化趋势可知，活塞面积越小，系统响应速度越F之间的动态关系，即液压变量伺服机构的动态特性。快。但活塞继续减小到某一值时．响应出现明显超调，表明活塞面积过小会导致系统的相对稳定性变差。4关键结构参数对动态特性的影响图5中，曲线1、2、3、4分别对应反馈拨叉长度为为了探究关键结构参数变化对系统动态特性的影20lqt3．m、30mIlfl、40mm、0．2mm时．活塞的

7、单位阶跃响响规律．依据动力学方程组建立如图2所示的应。对比曲线1、2、3可知，反馈拨叉长度改变，活塞单MATLAB仿真模型。从式(1)到式(4)可以看出，阀口梯位阶跃响应的稳态值也随之变化，表明反馈拨叉的长度W、活塞面积A。、反馈拨叉长度0是其主要结构参度决定了稳态时输出与输入之间的比例关系。曲线4数，其余为与油液、负载等相关的参数，因此要重点研响应出现明显的超调，表明反馈拨叉太短，系统的稳定究这3个参数对动态特性的影响。以某一工程为例．实性会变差。际结构参数及工况参数见表1，依次改变其中某一结对比观察仿真结果

8、，可总结出结论：①从有利于快构参数，其它参数不变，观察液压变量伺服机构活塞的速性的角度出发，希望增大阀口梯度、减小活塞面积；响应。从有利于稳定性的角度出发，希望减小阀口梯度，增大图3中．曲线1、2、3、4分别对应于阀口梯度为4x活塞面积，增大反馈拨叉长度。②阀口梯度、活塞面积、10-5m2／rad、7x10-5mZ／rad、1X10nl2，rad、2．5x10一m2／rad反馈拨叉长度