啟閉機液壓系統特性分析

劉書奇

摘 要：本文研究了一種新的液壓系統同步回路結構，其基于傳遞函數建立液壓系統的關鍵元件A11VO比例變量泵的數學模型、機械結構圖，并完成開環傳遞函數的建模，完成控制策略的設計并改善系統的動態特性，為后續液壓閘門啟閉機的研究工作提供參考。

關鍵字：液壓系統;比例變量泵;動態特性

中圖分類號：TP273 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0046-03

Abstract： In this paper， a new synchronization loop structure of hydraulic system was built. The mathematical model and mechanical structure of the key element A11VO proportional variable pump in the hydraulic system were established based on transfer function. And the open-loop transfer function model was completed. Besides， the design of the control strategy was completed and the dynamic characteristics of system was improved. It can provide reference for the follow-up research of hydraulic gate hoist.

Keywords： hydraulic system; proportional variable pump; dynamic characteristics

1 研究背景

用于開啟與關閉閘門的專用機械設備——閘門啟閉機，已經在諸多領域被廣泛應用，涉及水利工程、航運建設、發電站工程、防洪澇等領域。閘門啟閉機可以劃分為兩種類型，分別為卷揚式和液壓式閘門啟閉機。卷揚式啟閉機的工作原理主要是通過卷揚機吊起閘門，并通過閘門的自身重量關閉閘門。如果閘門的重量不足，閘門在關閉過程中可能出現閘門卡塞問題，造成閘門無法關閉，將會帶來不可預知的風險。因此，卷揚式閘門啟閉機的可靠性有待提升，這也限制了其應用領域，多在一些小型閘門工程中使用[1]。與卷揚式閘門啟閉機相比，液壓式閘門啟閉機是通過液壓缸壓力作用實現閘門的關閉與吊起功能，在工作過程中通過對閘門施加拉力吊起閘門，也可施加推力幫助閘門關閉。液壓閘門啟閉機的工作原理能有效解決卷揚閘門啟閉機的缺點及風險問題，其結構較為簡單，尺寸布局較為緊湊，具有較強的承載能力，能夠承載較大的沖擊力，吊起與關閉閘門的過程中能夠平穩進行，而且能夠實現對閘門開啟和關閉的速度及方向的控制。具有諸多優點的液壓式閘門啟閉機在工程領域逐漸取代了卷揚式啟閉機，應用范圍逐漸擴大[2]。

圖1為某型號的液壓式閘門啟閉機的液壓系統原理圖，其主要工作原理為：液壓系統所需要的高壓油源通過泵組將機械能轉化的液壓能提供;對泵組出口壓力的調節需要通過壓力控制閥組進行控制，通過調節壓力控制閥組內部分布的D20、A08、F15三個球形閥組的通斷對泵組的出口壓力進行控制。

本文研究了一種新的液壓系統同步回路結構，基于傳遞函數建立液壓系統的關鍵元件A11VO比例變量泵的數學模型、機械結構圖，完成其開環傳遞函數的建模，完成控制策略的設計并改善系統的動態特性。

2 A11VO比例變量泵數學建模

2.1 A11VO比例變量泵結構模型

圖2為A11VO比例變量泵內部油路結構，該變量泵帶有壓力切斷功能。

A11VO比例變量泵主要由壓力切斷閥、調壓彈簧、力反饋彈簧、變量比例控制閥、兩個油缸等部分組成。A11VO比例變量泵的控制液壓油液經過阻尼孔后對小變量缸直接起作用，對無桿腔起作用的大變量缸控制液壓油液則需要經過比例變量調節閥。因此，外在負載的變化及G油口的控制壓力決定了小變量缸無桿腔的壓力變化，而比例變量調節閥則對大變量缸無桿腔的壓力起作用。

2.2 比例變量泵數學模型

2.2.1 搭建變量比例控制閥流量方程。變量比例控制閥流量方程式如式（1）。

3 結論與分析

由方程（15）可以得出，電磁鐵電流增益[ki]、比例閥流量增益系數[kq]、比例閥彈簧剛度[kv]以及大變量缸有效作用面積[Ag]等參數是決定系統開環增益[KM]的主要因素。

①當[KM]逐漸變大時，比例變量泵系統的響應速度越來越快，但系統的穩定性將會降低。

②[KM]與[kq]成正比，比例閥的面積梯度取決于[kq]的大小，當[kq]變大時，系統響應速度加快，穩定性會降低。

③為提高系統的穩定性，可以通過減小[ki]和增大[kv]的方式，降低系統開環增益。但是過度降低[ki]的值會使系統能量消耗增大，從而降低系統效率，響應時間會延長。

④為提高系統的穩定性，可以減小[Ag]的值，達到降低系統開環增益的效果。

參考文獻：

[1] 劉文軍，楊永平，謝新鈞.雙缸式液壓啟閉機自動糾偏的實踐與改進[J].消費導刊，2010（6）： 200-201.

[2] 秦雅嵐.雙缸液壓啟閉機閘門糾偏控制的電氣實現[J].人民長江，2009（2）：86-87.