以數(shù)字開(kāi)關(guān)液壓系統(tǒng)中的流體慣性效應(yīng)為研究對(duì)象,基于高速開(kāi)關(guān)閥動(dòng)力學(xué)模型與動(dòng)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(kāi)關(guān)閥匹配慣性管的閥控缸液壓系統(tǒng)分析模型,實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)關(guān)閥輸出特性與慣性管內(nèi)流體動(dòng)態(tài)壓力變化的實(shí)時(shí)耦合,分析了兩者之間的耦合作用,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了流體慣性效應(yīng)的存在.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析模型Ⅱ(包含閥芯動(dòng)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(guò)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(kāi)關(guān)閥的動(dòng)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(kāi)關(guān)慣性液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù). 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

數(shù)字開(kāi)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(kāi)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(bào)(自然科學(xué)版)第48卷高速開(kāi)關(guān)閥由脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制，當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，電磁鐵推動(dòng)頂桿使得球閥打開(kāi)，高壓油液經(jīng)p1口進(jìn)入，從p2口流出；當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，閥芯靠液壓力與彈簧力復(fù)位．2.2球閥動(dòng)力學(xué)方程高速開(kāi)關(guān)閥閥芯運(yùn)動(dòng)受到電磁力、液壓力、彈簧力與穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的制約，球閥受力情況如圖3所示．圖3高速開(kāi)關(guān)閥閥芯受力示意圖球閥閥芯動(dòng)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(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量；Fm為電磁吸力；p1和p2分別為進(jìn)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(dòng)力；Bf為黏性阻力系數(shù)．當(dāng)高速開(kāi)關(guān)閥線(xiàn)圈得電時(shí)，在銜鐵與閥座之間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，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(xiàn)圈電感；i(t)為線(xiàn)圈電流；Nw為線(xiàn)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(kāi)關(guān)閥電磁力大小與線(xiàn)圈上瞬時(shí)電流及電感密切相關(guān)．當(dāng)閥口開(kāi)度一定時(shí)，因流速與流動(dòng)方向變化造成的閥芯上的反作用力即為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)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(guò)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(yùn)動(dòng)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(kāi)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(kāi)展流體慣性效應(yīng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)．4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析在實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)完成不同供油壓力下高速開(kāi)關(guān)閥后(慣性管進(jìn)口)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)定，并與分析模型所得結(jié)果對(duì)比．在工作頻率為5Hz、占空比為0.5的PWM電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)下，2MPa與3MPa供油壓力下的慣性管進(jìn)口處壓力變化曲線(xiàn)如圖8所示．由圖8可知：顯然考慮高速開(kāi)關(guān)閥閥芯動(dòng)力學(xué)特性的模型Ⅱ結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)得慣性管進(jìn)口的動(dòng)態(tài)壓力變化更為符合，且在閥芯開(kāi)啟關(guān)閉瞬間，模型Ⅱ與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均有一定程度的壓力峰值；在閥芯開(kāi)啟/關(guān)閉瞬間，模型Ⅱ壓力響應(yīng)要快于實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓力變化曲線(xiàn)，實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)壓力曲線(xiàn)較為光滑，這是因?yàn)楦咚匍_(kāi)關(guān)閥閥體工作腔較為復(fù)雜，造成初始?jí)毫憫?yīng)滯后嚴(yán)重，且壓力傳感器難以測(cè)得小幅高頻壓力波傳播效應(yīng)．此外，當(dāng)閥芯關(guān)閉時(shí)實(shí)測(cè)壓力始終處于0.1MPa左右，但模型Ⅱ所得卻逼近0MPa，這是因?yàn)閭鞲衅鞴ぷ鲏毫Ψ秶鸀?.1～10.0MPa，其在低于0.1MPa的情況下，測(cè)試結(jié)果仍為0.1MPa，這也再次說(shuō)明模型Ⅱ可以通過(guò)慣性管進(jìn)口動(dòng)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(jìn)口壓力變化曲線(xiàn)5結(jié)論本研究以數(shù)字開(kāi)關(guān)液壓系統(tǒng)中的流體慣性效應(yīng)為研究對(duì)象，基于兩種高速開(kāi)關(guān)閥等效模型與管路動(dòng)態(tài)傳輸模型，得到以下結(jié)論．a(chǎn).階躍信號(hào)下，因模型Ⅰ與模型Ⅱ均考慮流體慣性效應(yīng)，慣性管進(jìn)口處均出現(xiàn)了相似的壓力脈動(dòng)；但考慮閥芯動(dòng)力學(xué)模型的模型Ⅱ所得慣性管進(jìn)口動(dòng)態(tài)壓力響?


本文編號(hào)：2902919