發(fā)布時間：2020-12-07 08:02

　　以數(shù)字開關(guān)液壓系統(tǒng)中的流體慣性效應(yīng)為研究對象,基于高速開關(guān)閥動力學(xué)模型與動態(tài)管路傳輸模型,結(jié)合管路中壓力波傳播特性,構(gòu)建兩位兩通高速開關(guān)閥匹配慣性管的閥控缸液壓系統(tǒng)分析模型,實現(xiàn)高速開關(guān)閥輸出特性與慣性管內(nèi)流體動態(tài)壓力變化的實時耦合,分析了兩者之間的耦合作用,并通過實驗驗證了流體慣性效應(yīng)的存在.實驗結(jié)果與分析模型Ⅱ(包含閥芯動力學(xué)模型與流體慣性效應(yīng))結(jié)果一致性較好,表明分析模型Ⅱ下的壓力波傳播過程可以表征慣性管內(nèi)的流體慣性效應(yīng)與寄生液感效應(yīng),高速開關(guān)閥的動態(tài)特性直接影響慣性管內(nèi)壓力波傳播特性,可為數(shù)字開關(guān)慣性液壓系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù). 

【文章來源】：華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020年06期 第70-76頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

數(shù)字開關(guān)液壓系統(tǒng)工作回路2液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型1—液壓泵；2—溢流閥；3—高速開關(guān)閥；4—慣性管；5—電磁換向閥；6—液壓缸．

·72·華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第48卷高速開關(guān)閥由脈寬調(diào)制(PWM)信號控制，當(dāng)信號為高電平時，電磁鐵推動頂桿使得球閥打開，高壓油液經(jīng)p1口進入，從p2口流出；當(dāng)信號為低電平時，閥芯靠液壓力與彈簧力復(fù)位．2.2球閥動力學(xué)方程高速開關(guān)閥閥芯運動受到電磁力、液壓力、彈簧力與穩(wěn)態(tài)液動力的制約，球閥受力情況如圖3所示．圖3高速開關(guān)閥閥芯受力示意圖球閥閥芯動力學(xué)平衡方程如下2vvm12amdx/dtF(pp)Av0vsfvk(xx)FBdx/dt，(1)式中：mv為閥芯及運動部件質(zhì)量；Fm為電磁吸力；p1和p2分別為進出口壓力；Aa為油液在閥芯上的作用面積；kv為彈簧剛度；x0為彈簧預(yù)壓縮量；xv為閥芯位移；Fs為穩(wěn)態(tài)液動力；Bf為黏性阻力系數(shù)．當(dāng)高速開關(guān)閥線圈得電時，在銜鐵與閥座之間產(chǎn)生電磁場，形成電磁吸力Fm，由下式表示[12]222mw0FL(t)i(t)/(2NSμ)，(2)式中：L(t)為線圈電感；i(t)為線圈電流；Nw為線圈匝數(shù)；S為極化面積；μ0空氣磁導(dǎo)率．由式(2)可知高速開關(guān)閥電磁力大小與線圈上瞬時電流及電感密切相關(guān)．當(dāng)閥口開度一定時，因流速與流動方向變化造成的閥芯上的反作用力即為穩(wěn)態(tài)液動力Fs，其可由下式求得[13]sdjF2CApcosθ，(3)式中：Δp為閥口壓差；Aj為閥口過流面積；θ為閥口射流角度；Cd為閥口流量系數(shù)，ddmaxcritCCtanh(2λ/λ)，(4)其中，Cdmax為閥口最大流量系數(shù)，λcrit為臨界雷諾數(shù)，雷諾數(shù)λ可由下式求得sλ(d/ν)2p/ρ，(5)ds為節(jié)流孔直徑；ν為油液運動黏度；ρ為

」苷?Ｒ貉瓜低徹ぷ餮沽?細(xì)?(10MPa以上)，但本研究從高速開關(guān)閥閥后壓力響應(yīng)的角度反映流體慣性效應(yīng)，在避免因壓力波傳播引起的逆壓力梯度而導(dǎo)致的流體慣性效應(yīng)減弱的前提下，應(yīng)選用較低供油壓力(2MPa左右)開展流體慣性效應(yīng)的驗證性實驗．4.2實驗結(jié)果分析在實驗測試系統(tǒng)平臺完成不同供油壓力下高速開關(guān)閥后(慣性管進口)動態(tài)壓力測定，并與分析模型所得結(jié)果對比．在工作頻率為5Hz、占空比為0.5的PWM電壓驅(qū)動信號下，2MPa與3MPa供油壓力下的慣性管進口處壓力變化曲線如圖8所示．由圖8可知：顯然考慮高速開關(guān)閥閥芯動力學(xué)特性的模型Ⅱ結(jié)果與實驗測得慣性管進口的動態(tài)壓力變化更為符合，且在閥芯開啟關(guān)閉瞬間，模型Ⅱ與實驗結(jié)果均有一定程度的壓力峰值；在閥芯開啟/關(guān)閉瞬間，模型Ⅱ壓力響應(yīng)要快于實驗測得壓力變化曲線，實測動態(tài)壓力曲線較為光滑，這是因為高速開關(guān)閥閥體工作腔較為復(fù)雜，造成初始壓力響應(yīng)滯后嚴(yán)重，且壓力傳感器難以測得小幅高頻壓力波傳播效應(yīng)．此外，當(dāng)閥芯關(guān)閉時實測壓力始終處于0.1MPa左右，但模型Ⅱ所得卻逼近0MPa，這是因為傳感器工作壓力范圍為0.1～10.0MPa，其在低于0.1MPa的情況下，測試結(jié)果仍為0.1MPa，這也再次說明模型Ⅱ可以通過慣性管進口動態(tài)壓力變化反映慣性管內(nèi)的流體慣性效應(yīng)．圖8不同供油壓力下的慣性管進口壓力變化曲線5結(jié)論本研究以數(shù)字開關(guān)液壓系統(tǒng)中的流體慣性效應(yīng)為研究對象，基于兩種高速開關(guān)閥等效模型與管路動態(tài)傳輸模型，得到以下結(jié)論．a(chǎn).階躍信號下，因模型Ⅰ與模型Ⅱ均考慮流體慣性效應(yīng)，慣性管進口處均出現(xiàn)了相似的壓力脈動；但考慮閥芯動力學(xué)模型的模型Ⅱ所得慣性管進口動態(tài)壓力響?


本文編號：2902919