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數(shù)字開關(guān)液壓系統(tǒng)中流體慣性效應(yīng)分析與實驗

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)中流體慣性效應(yīng)分析與實驗


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.

示意圖,閥芯,球閥,平衡方程


·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

變化曲線,慣性,油壓,壓力


」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

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