陳小蘭，陳曉波，童金蓮

(黃岡師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃岡 438000)

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)速回路占有重要地位，其中節(jié)流調(diào)速回路應(yīng)用最廣泛，諸多理論和文獻(xiàn)對(duì)其工作原理、速度-負(fù)載特性等方面進(jìn)行研究和分析，表明節(jié)流調(diào)速回路宜用在低負(fù)載、低速、小功率的場(chǎng)合[1-4]。然而筆者以進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路為例，通過分析得出負(fù)載并非越小越好，在其允許變化范圍內(nèi)存在一個(gè)使回路效率最高的最佳負(fù)載值。本文通過分析建立進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路效率的數(shù)學(xué)模型，利用Fluidsim軟件進(jìn)行仿真，并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上驗(yàn)證回路最佳負(fù)載時(shí)的回路最佳效率。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

1.1 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路負(fù)載特性分析

在圖1所示無背壓的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，可列出如下4個(gè)方程[1,5]：

液壓缸活塞平衡方程：

p1A1=p2A2+FL

(1)

(2)

流經(jīng)節(jié)流閥的流量：

(3)

qp=q1+Δp

(4)

式中：qp，q1—泵的輸出流量以及流經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量；

Δq，Δp——溢流閥的溢流量以及節(jié)流閥兩端的壓差；

p1，p2和ps——液壓缸兩腔的壓力以及泵的出口壓力即溢流閥調(diào)定壓力；

A1，A2和AT——液壓缸兩腔的有效作用面積以及節(jié)流閥的通流面積；

KL，F(xiàn)L——節(jié)流閥閥口的液阻系數(shù)以及負(fù)載力。

由上述4個(gè)方程得出液壓缸運(yùn)動(dòng)速度v[1,5]：

(5)

即式(5)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性方程。

圖1 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路原理圖

1.2 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路效率數(shù)學(xué)模型

在進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路中，液壓泵輸出功率Pp=psqp=常量，而液壓缸的有效功率P1=FLv，故可得回路效率η

(6)

聯(lián)立(5)、(6)式可得進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路效率的數(shù)學(xué)模型：

(7)

調(diào)速回路在正常工作條件下節(jié)流閥的開口為某一定值，故由式(7)可知回路效率與負(fù)載FL變化有關(guān)。對(duì)式(7)求導(dǎo)數(shù)得：

(8)

(9)

2 回路效率分析

2.1 仿真結(jié)果分析

利用Fluidsim軟件設(shè)計(jì)進(jìn)油節(jié)流調(diào)速仿真回路[6-8]，設(shè)置py=6 MPa，qy=5×10-4m3·s-1，ps=7 MPa，qp=5×10-4m3·s-1，A1=8.02×10-2m2，A2=3.14×10-2m2，液壓缸有效行程L=0.15 m，節(jié)流閥開口約為80%，如圖2所示。

圖2 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路仿真圖

參數(shù)數(shù)值1數(shù)值2數(shù)值3數(shù)值4數(shù)值5數(shù)值6負(fù)載/N10001 5002 5003 70040004 500缸速/m·s-10.050.040.030.0240.020.01有效功率/w506075907040輸出功率/w1 0301 0361 0481 0541 0621 072回路效率/%4.95.87.28.56.63.7

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

考慮負(fù)載不好控制，負(fù)載的變化由背壓閥的壓力來實(shí)現(xiàn)[9-11]，設(shè)計(jì)和實(shí)施的實(shí)驗(yàn)如圖3所示。

圖3 節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)回路

參數(shù)數(shù)值1數(shù)值2數(shù)值3數(shù)值4數(shù)值5數(shù)值6溢流閥壓力/MPa469111215無桿腔壓力/MPa1.051.822.983.704.145.28缸速/m·s-10.050.040.030.030.020.007有效功率/w425872896630輸出功率/w1 0281 0361 0461 0541 0581 072回路效率/%4.15.66.98.46.22.8

2.3 仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

由于實(shí)際回路中存在摩擦阻力、發(fā)熱、泄漏等現(xiàn)象，故實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值均比仿真結(jié)果略小(圖4)?？梢娺M(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的效率在負(fù)載變化過程中存在一個(gè)極大值即最佳效率點(diǎn)，此時(shí)的負(fù)載即為最佳負(fù)載值，進(jìn)一步說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果、理論分析基本相符。

圖4 回路效率的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)論

通過Fluidsim軟件仿真分析和CQYZ-M/B1液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)可以得到以下結(jié)論：

(1)進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的效率較低，功率損耗較大，與諸多文獻(xiàn)分析研究結(jié)果一致；

(2)在負(fù)載允許變化范圍內(nèi)，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的效率存在極大值，即負(fù)載并非越小越好，而是臨近最佳效率值時(shí)的負(fù)載最佳；

(3)通過理論分析、仿真及實(shí)驗(yàn)研究得出節(jié)流調(diào)速最佳負(fù)載時(shí)回路有最高效率，為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速回路的設(shè)計(jì)提供一定的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)；

(4)實(shí)驗(yàn)中利用背壓閥來替代負(fù)載的變化，對(duì)回路效率有一定的影響和不足，若能以實(shí)際加載的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則結(jié)果將會(huì)更接近理論的分析。

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