基于AMESim的A4VG變量泵動(dòng)態(tài)特性分析

1、基于AMESim勺A4V唾量泵動(dòng)態(tài)特性分析基于AMESim 的A4VG變量泵動(dòng)態(tài)特性分析2011-11-15 15:54:54作者：孫東坡 王建明 張戈 魏海洲 來(lái)源：本文介紹了對(duì)在大噸位履帶起重機(jī)液 壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的A4VG主泵工作原理及內(nèi) 部結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，建立 A4VG主泵詳細(xì)的 AMESim仿真模型，分析動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中伺服 閥芯及排量調(diào)節(jié)缸的動(dòng)作過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證 了仿真模型的正確性。0引言采用先進(jìn)的數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)， 可以提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率、節(jié)約成本。重要部件的 仿真模型是整機(jī)數(shù)字化樣機(jī)的重要組成部分，它 的準(zhǔn)確與否直接影響整機(jī)數(shù)字化樣機(jī)的質(zhì)量。A4VG系列泵是德國(guó)力士樂(lè)

2、公司生產(chǎn)的變 量泵，在大噸位履帶起重機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。 本文通過(guò)對(duì)A4VG250EP4變量泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的深 入分析，結(jié)合泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立其 AME Sim仿真模型，對(duì)其動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真分析及實(shí) 驗(yàn)研究，保證主泵模型的準(zhǔn)確。1 A4VG變量泵原理及結(jié)構(gòu)1.1 A4VG泵工作原理A4VG250EP4變量泵液壓原理如圖1所示 其由伺服閥、變量調(diào)節(jié)缸、柱塞、斜盤、單向溢 流閥及壓力切斷閥等組成。其中由伺服閥和變量 調(diào)節(jié)缸等組成的變量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)決定了主泵的動(dòng) 態(tài)響應(yīng)。MH ? MA A圖1 A4VG250EP4變量泵液壓原理圖由圖1可知，a、b兩端比例電磁鐵電流的 大小決定了伺服閥打開(kāi)的方向及開(kāi)口度

3、，通過(guò)控 制伺服閥開(kāi)口可以改變變量活塞的位移， 進(jìn)而改 變泵斜盤的傾角，達(dá)到變量的目的。該系統(tǒng)是力 反饋式閉環(huán)控制回路，具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)快速 等優(yōu)點(diǎn)，且便于遠(yuǎn)程控制。1.2 A4VG泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程伺服變量機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，該變 量機(jī)構(gòu)主要由兩端比例電磁鐵、伺服閥芯、杠桿、 撥叉及排量調(diào)節(jié)彈簧缸等組成。而圖2伺服變量機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程圖其工作過(guò)程如圖2所示。當(dāng)右邊電磁鐵得電 時(shí)電磁力推動(dòng)伺服閥芯向左運(yùn)動(dòng)打開(kāi)伺服閥閥 口，同時(shí)推動(dòng)撥叉向左張開(kāi)，此時(shí)撥叉上彈簧力 與電磁力平衡（如圖2（a）示）;伺服閥芯的運(yùn)動(dòng)使 得排量調(diào)節(jié)彈簧缸右腔與伺服壓力相連，在伺服 壓力的作用下排量調(diào)節(jié)缸活

4、塞桿向左伸出實(shí)現(xiàn) 變量，同時(shí)在杠桿的作用下推動(dòng)撥叉進(jìn)一步向右 張開(kāi)，此時(shí)撥叉上彈簧力大于電磁力（如圖2（b） 示）;在彈簧力的作用下?lián)懿孀蟀脒呄蛑虚]合，同 時(shí)推動(dòng)伺服閥芯復(fù)位（如圖2（c）示），此時(shí)撥叉上 的彈簧力與電磁推力平衡，排量調(diào)節(jié)缸的液壓力 與彈簧力平衡，排量調(diào)節(jié)缸的活塞桿穩(wěn)定在特定 伸出位置（即泵穩(wěn)定工作在某一排量下）直到電 流產(chǎn)生變化；當(dāng)右邊電磁鐵失電時(shí)，在彈簧力的 作用下?lián)懿娴淖蟀脒呁苿?dòng)伺服閥芯向右運(yùn)動(dòng)，彈簧恢復(fù)至初始長(zhǎng)度，使得排量調(diào)節(jié)缸右腔與T口相連（如圖2（d）示）;在排量調(diào)節(jié)缸彈簧力的推 動(dòng)下活塞桿回到初始位置（即泵的排量為0）,同 時(shí)在杠桿的作用下推動(dòng)撥叉張開(kāi)（如圖2（e

5、）示）， 此時(shí)撥叉上彈簧力大于電磁閥推力；撥叉在彈簧 力的作用下復(fù)位，同時(shí)推動(dòng)伺服閥芯復(fù)位（如圖2 （f）示）。由力士樂(lè)零部件圖冊(cè)可以得出調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及尺寸。伺服閥結(jié)構(gòu)及尺寸、撥叉各力作 用點(diǎn)距離、杠桿各力作用點(diǎn)距離等信息可以由圖3得到；排量調(diào)節(jié)彈簧缸結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 4所示圖3伺服閥、撥叉及杠桿結(jié)構(gòu)尺寸圖4排量調(diào)節(jié)彈簧缸結(jié)構(gòu)及尺寸2 A4VG變量泵數(shù)字樣機(jī)模型根據(jù)前文對(duì)伺服變量機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及其結(jié) 構(gòu)尺寸的分析，下面在液壓仿真軟件 AMESim 中搭建調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的仿真模型。撥叉機(jī)構(gòu)可以用兩個(gè)杠桿機(jī)構(gòu)模擬，但是在 撥叉的任一側(cè)桿上都有三個(gè)不同的力作用點(diǎn) （彈 簧力作用點(diǎn)、杠桿力作用點(diǎn)和伺服閥力作

6、用點(diǎn)）, 且撥叉工作時(shí)杠桿力和伺服力分別作用于撥叉 兩側(cè)。為了利用AMESim機(jī)械庫(kù)已有模型簡(jiǎn)化 系統(tǒng)建模，杠桿與撥叉機(jī)構(gòu)需做等效處理，把杠 桿與撥叉左右兩邊的接觸點(diǎn)等效到撥叉與伺服 閥芯接觸點(diǎn)處（等效前后結(jié)構(gòu)如圖5示）。這樣撥 叉的兩側(cè)就可以用有兩個(gè)力作用點(diǎn)的杠桿模擬。圖5杠桿力作用點(diǎn)等效處理前后對(duì)比基于以上分析，利用AMESim HCD庫(kù)、 信號(hào)庫(kù)及機(jī)械庫(kù)元件搭建調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)仿真模 型如圖6示。端口 1為排量調(diào)節(jié)缸伸出位移量， 用于調(diào)節(jié)柱塞泵斜盤傾角，端口 2為伺服壓力輸 入口，端口 3、4為比例電磁鐵電流輸入口。模 型中伺服閥、變量缸、杠桿及撥叉等部分結(jié)構(gòu)尺 寸均由力士樂(lè)零部件圖給出。圖

7、6伺服變量機(jī)構(gòu)仿真模型將伺服變量機(jī)構(gòu)仿真模型作為子模型，搭建A4VG變量泵詳細(xì)液壓仿真模型如圖 7示圖7 A4VG變量泵詳細(xì)液壓仿真模型3仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證按照?qǐng)D2動(dòng)作過(guò)程，0s時(shí)在b端加600MA 階躍電流待調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定后 b端電流變?yōu)?,圖 8、圖9分別為伺服閥芯及排量調(diào)節(jié)油缸位移量 變化曲線。向喂閥芯位制:打所1I T11 " I J T I "'TT"" I H "I I I J T r T T- I- T T T T IQ304050 HOP &QTS圖8伺服閥芯位移變化過(guò)程圖9排量調(diào)節(jié)油缸位移變化過(guò)程由圖8可知，在b

8、端電流激勵(lì)下閥芯先向左 運(yùn)動(dòng)，并在杠桿撥叉機(jī)構(gòu)的反饋調(diào)節(jié)作用下回到 初始位置，電流消失時(shí)，在撥叉彈簧力作用下向 先右運(yùn)動(dòng)，杠桿撥叉機(jī)構(gòu)的反饋調(diào)節(jié)作用下回到 初始位置。由圖9可知，閥芯向左運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)油 缸伸出，閥芯復(fù)位時(shí)保持其伸出狀態(tài)，直到 b 端電磁鐵失電，油缸右腔與 T 口相連時(shí)調(diào)節(jié)缸 活塞在彈簧力作用下復(fù)位。伺服閥芯與排量調(diào)節(jié) 油缸位移變化的仿真結(jié)果與前文分析一致。為驗(yàn)證A4VG250EP4主泵仿真模型的正確 性，在液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行泵的動(dòng)靜態(tài)性能測(cè) 試（如圖10所示），其中泵的效率等測(cè)試量作為仿真模型的輸入?yún)?shù)，其流量等動(dòng)態(tài)性能作為模 型校驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖11為500MA電流下泵流量動(dòng) 態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線及仿真曲線對(duì)比。仿真及實(shí)驗(yàn) 曲線的對(duì)比表明仿真模型是正確的。 主泵系統(tǒng)響 應(yīng)有一定的延時(shí)，但穩(wěn)定，無(wú)震蕩。圖10 A4VG250EP4泵測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)-/肉II線仿fdli線圖11 500