基于SimulationX的電液比例變量軸向柱塞泵控制特性研究

陳光靜

摘要：液壓泵可以向液壓系統提供一定流量與壓力的油液動力，是液壓系統中不可缺少的核心元件，合理的設計液壓泵尤為關鍵。基于此，本文以電液比例變量軸向柱塞泵控制特性作為研究對象，分析軸向柱塞泵的發展趨勢與特點，探究液壓系統模型情況，對電液比例變量軸向柱塞泵控制特性進行仿真測試，進而提高系統運行效率，改善工作性能。

關鍵詞：電液比例變量泵;排量控制;軸向柱塞泵

引言：

整個液壓系統當中，變量軸向柱塞泵可以起到較好的調節作用，具有低噪音的先進控制技術，并廣泛應用在注塑機械、加工機械以及建材機械中，在交通運輸領域和軍事領域起到至關重要的作用，本文以雙向型電液比例作為研究對象，探究該比例下變量軸向柱塞泵的有效控制，實現壓力與流量的控制自動化。

1.軸向柱塞泵發展趨勢特點分析

變量軸向柱塞泵的發展趨勢近年來呈現出以下特點：（1）高速化與高壓化矢變量軸向柱塞泵當前的發展方向，變量軸向柱塞泵的功率密度得到提高，可以和發動機相匹配，應用起來更加便利;（2）輕型變量軸向柱塞泵成本比較高，比葉片泵成本高出百分之二十，但是該變量軸向柱塞泵的性能優勢可以與葉片泵相競爭，為未來的輕型變量軸向柱塞泵打開市場;（3）變量軸向柱塞泵將與電子技術結合，實現多種方式的有效控制。

本文探究的雙向電液比例變量軸向柱塞泵屬于基于變量活塞位置反饋的閉環排量控制變量泵，電液比例方向閥、斜盤、雙作用對稱液壓缸以及泵的主體部分構成了變量軸向柱塞泵排量調節機構，電機轉向不變，泵的變量活塞來回運動，泵的進油口和出油口相互轉換，實現斜盤正常調節排量工作，保證變量軸向柱塞泵的雙向變量動態一致性^[1]。

2.雙向電液比例變排量軸向柱塞泵的SimulationX模型

2.1液壓系統模型

電液比例排量控制泵以控制泵的排量為目的，排量與斜盤傾角有關，斜盤傾角根據變量活塞位移決定，變量活塞在斜盤與自身之間的機械運動完成轉動，進而控制斜盤傾角，達到對活塞的有效控制，因此，變量活塞位移和變量軸向柱塞泵的排量也是相互對應的。電液比例排量控制泵利用控制閥對變量液壓缸完成驅動，然后通過檢測，得到變量活塞位移信息，將其與控制信號比較，明確排量調節機構屬于閉環控制系統。

本文在對電液比例排量控制泵研究時使用了SimulationoX軟件，實現了電液比例排量控制泵系統工程研究的建模與仿真工作，完成了電液比例軸向柱塞泵液壓系統與動力學系統之間的仿真研究。變排量控制系統模型中包含了電液比例軸向柱塞泵本體、電機、電液比例方向閥以及各部分信號塊，使用該軟件可以通過動力學庫將電液比例軸向柱塞泵的液壓系統延伸到三維模型，方便進入更加直接的控制性研究。很多企業在進行機械生產工作時會選擇使用A4VSO系列變量柱塞泵，該變量柱塞泵可以很好地實現壓力控制、流量控制、雙曲線功率控制、手動控制、電馬達控制、與位置相關的液壓控制、與流量相關的液壓控制、與壓力有關液壓控制、二次控制的轉速控制以及電子比例等方面的控制，而且斜盤結構軸向柱塞變量泵，用于開式回路的靜液壓傳動，流量與輸入轉速和排量成比例，通過調節斜盤，流量可無級調節，開槽控制的斜盤設計使該變量柱塞泵擁有優秀的吸油性能，噪音較低，使用壽命比較長^[2]。

2.2基于SimulationX的電液比例變排量軸向柱塞泵仿真分析

對電液比例變排量軸向柱塞泵進行仿真分析，假設電液比例變排量軸向柱塞泵的轉速為每分鐘1000r，斜盤的最大傾角為±15°，電液比例變排量軸向柱塞泵最大排量是±250mL/r，節流閥加載方式下電液比例變排量軸向柱塞泵負載壓力為20MPa，在斜盤的作用下完成信號的控制，斜盤轉動，電液比例變排量軸向柱塞泵的排量發生變化。這個時候斜盤傾角控制信號與泵排量變化曲線如圖（1）所示，根據分析得知，雙向電液比例變排量軸向柱塞泵排量根據斜盤傾角控制信號成比例，呈現出迅速變化趨勢，而且具有一致的動態特性，整個液壓系統的響應速度比較快，穩定性也比較高。

隨后，工作人員對電液比例變排量軸向柱塞泵進行不同負載壓力的仿真測試，設定輔助泵壓力為10MPa，選擇可調開口式的節流閥加載方式，讓電液比例變排量軸向柱塞泵的負載壓力變化更加明顯，如圖（2）所示，同時保證斜盤傾角輸入信號的不變，讓電液比例變排量軸向柱塞泵變量活塞位移信號不受干擾，得知雙向電液比例變排量軸向柱塞泵在控制信號沒有改變的背景下，泵的排量不會因為負載的變化而變化，只有當負載壓力突變以后，排量出現小幅度降低的趨勢，這與電液比例變排量軸向柱塞泵泄漏量變大有關，通過這種方式有效保證電液比例變排量軸向柱塞泵的恒定排量。

分析輔助泵控制壓力對排量控制特性的影響，如果節流閥加載讓電液比例變排量軸向柱塞泵最大負載壓力達到20MPa，得知變量活塞如果直徑沒有改變，那么變量缸控制壓力對電液比例變排量軸向柱塞泵的排量會有影響，如果變量缸控制壓力提高，電液比例變排量軸向柱塞泵排量響應時間就會減小，超調量也會增大;相反，變量缸控制壓力降低，電液比例變排量軸向柱塞泵排量響應時間就會增加，超調量會降低。人們通過仿真測試還得知變量活塞直徑大小對電液比例變排量軸向柱塞泵排量的響應速度也會造成影響，如果變量活塞直徑增加，那么泵的排量響應速度就會變慢，如果變量活塞的直徑減小，那么響應速度就會加快，超調量也會隨著響應速度的加快而增大，進一步減小則由于控制壓力有限，達不到變量的最終目的。

總結：

總而言之，本文提出了雙向電液比例排量控制軸向柱塞泵變排量控制方案，對液壓系統進行有效研究，在基于SimulationX的電液比例變排量軸向柱塞泵的研究下，建立液壓系統模型與動力學模型，明確電液比例排量控制泵的排量可以在控制信號下實現變化，在斜盤傾角信號不變下，泵的排量不變，體現了泵的良好動態響應特點與穩態控制特性。

參考文獻

[1]秦彥凱.電液比例變量軸向柱塞泵控制特性研究[J].煤礦機械，2018，39（10）：32-36.

[2]秦彥凱. 電液比例變排量軸向柱塞泵控制特性研究[D].太原理工大學，2012.

（作者單位：四川省宜賓普什驅動有限責任公司）