三油口轴向柱塞泵变排量特性研究

摘要

电液控制技术作为液压传动与控制技术的发展，由阀控和泵控两类技术组成。阀控系统结构简单，操作便捷，响应速度快，输出功率大，在军事、自动化工程机械领域中占有重要地位，主要不足之处是存在较大的节流损失，造成系统发热量大，不但会增大系统故障率，而且也降低了系统能量利用率。泵控技术具有无节流损失，减小了系统装机功率，降低了系统噪声，克服了清理大量废油造成环境污染问题，能量利用率高、系统发热量小的优点。
　　对于泵控双出杆液压缸系统，已取得了令人满意的成就。然而，泵控制单出杆液压缸系统控制效果较差，存在单独使用泵不能补偿流量不对称问题，需附加液压泵、阀、蓄能器等元件实现单出杆液压缸补偿，造成系统控制回路及控制策略复杂、能效低的影响，制约了电液控制技术的绿色发展。为解决此难题，本课题组权龙教授提出了一种基于新配流原理的三油口轴向柱塞泵，并研制了定排量三油口轴向柱塞泵样机。本课题在前期研究的基础上，开展了三油口轴向柱塞泵变排量机构及其特性的研究。
　　本文以电液控制技术的发展概况为背景，主要从控制原理和算法角度，对比分析了泵控液压缸系统回路特点。以三油口轴向柱塞泵为研究对象，根据电液比例排量调节原理，提出了基于斜盘摆角位移反馈的排量控制方案,对系统回路的控制特性及工作特性进行了仿真分析和试验的对比研究，具体的研究内容包括如下几方面：
　　首先，根据电液比例排量调节原理，考虑弹性负载刚度及外负载力干扰的影响，通过MATLAB/Simulink建立了三油口轴向柱塞泵的变排量控制系统模型，研究了控制回路中泵的出口流量动态特性的影响因素。仿真分析了不同活塞直径、负载刚度、斜盘摆角、负载压力对泵的出口流量动态特性的影响，结果表明,减小液压缸活塞直径、增大负载刚度可以加快响应速度；增大负载压力可以提高响应稳定性。进而优化了三油口轴向柱塞泵变排量控制策略，改良了泵控性能。
　　其次，针对斜盘所受变量阻力矩作为负载干扰，影响泵变排量控制特性，通过三维建模软件Proe/E建立三油口轴向柱塞泵模型，利用接口软件，导入ADAMS中，从而建立完整三油口轴向柱塞泵多体动力学模型。分析了不同斜盘倾角、加载压力、电机转速、活塞杆杆径条件下，三油口轴向柱塞泵斜盘变量阻力矩大小及变化趋势。结果表明增大斜盘倾角、泵出口压力、电机转速，斜盘变量阻力矩增大；随着斜盘倾角增大，驱动斜盘转动的双出杆液压缸所需控制压力增大；随着双出杆液压缸活塞杆径增大，斜盘变量阻力矩不变，驱动斜盘转动的控制压力减小。
　　利用多学科仿真软件Simulation X建立整泵液压系统模型。获得柱塞出口流量曲线输入到ADAMS中，完善了整泵的动力学模型，同时也对柱塞的运动和负载力特性、泵出口流量和压力特性在不同斜盘倾角、电机转速和加载压力工况下的运行特性进行仿真分析。仿真结果表明，随着斜盘倾角、电机转速增大，柱塞轴向速度、加速度幅值均增大；随着加载压力减小，柱塞受负载力及腔底压力减小，加载压力过低造成较大的压力冲击；随着斜盘倾角增大，整泵出口压力幅值不变、上升时间减小，泵出口流量和流量脉动幅值也随之变大；随着加载压力增大，排油口流量上升时间增大，脉动幅值也随之变大。
　　最后搭建了基于斜盘摆角位移反馈的三油口轴向柱塞泵试验台，对柱塞泵变排量特性进行了试验验证。试验表明，三油口轴向柱塞泵的变排量工作性能稳定可靠。同时对泵的工作特性，即泵的流量、压力特性进行了试验研究。通过试验验证了仿真结果正确性。
　　研究结果表明：基于斜盘摆角位移反馈的排量控制方案，在外负载力干扰条件下，可以获得良好的控制性能，动态性能指标符合控制系统性能要求，系统响应速度较快，稳定性较高。具有简化系统回路，优化结构参数和控制策略的特点，能够满足三油口柱塞泵在实际工程领域中应用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2电液控制技术研究概况

1.3柱塞泵变量控制系统研究概述

1.4本文的研究内容及方法

第二章 三油口柱塞泵排量控制系统理论、建模及仿真分析

2.1三油口柱塞泵理论分析

2.2控制系统方案设计

2.3控制系统数学建模

2.4控制系统时域特性分析

2.5控制系统频域特性分析

2.6本章小结

第三章 三油口轴向柱塞泵数学建模及ADAMS仿真分析

3.1 介绍ADAMS多体动力学仿真软件

3.2三油口轴向柱塞泵模型设计

3.3斜盘动力学理论计算

3.4斜盘动力学仿真结果

3.5本章小结

第四章 三油口轴向柱塞泵Simulation X仿真分析

4.1 介绍Simulation X多学科仿真软件

4.2配流盘配流面积理论分析

4.3柱塞泵主体模型建立

4.4 单柱塞仿真分析

4.5 柱塞泵仿真分析

4.6本章小结

第五章 三油口轴向柱塞泵的试验研究

5.1试验方案设计

5.2泵变排量控制特性试验

5.3泵出口流量、压力特性试验

5.4本章小结

第六章 总结与工作展望

6.1课题总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文