负载敏感变量泵结构建模与性能分析.pdf

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1、第33卷 第3期40 2017年 2月农业工程学报Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering、，0133 NO3Feb2017负载敏感变量泵结构建模与性能分析陈随英，赵建军，毛恩荣，宋正河，朱忠祥，杜岳峰(中国农业大学工学院现代农业装备优化设计北京市重点实验室，北京100083)摘要：作为现代农业装备液压系统关键零部件，负载敏感变量泵为农业绿色生产提供了保障。为深入研究负载敏感变量泵的工作性能，该文重点分析了其内部机械结构和工作机理，充分考虑了各运动部件的有效行程范围，应用现代控制理论状态空间法建立了基于边界条

2、件的负载敏感变量泵非线性数学模型，基于MatlabSimulink软件，采用四阶龙格-库塔算法对其稳态和动态性能进行了仿真分析，并搭建闭心式负载敏感液压系统试验平台，完成其性能试验，通过对比分析负载敏感变量泵动态特性试验与仿真结果，得到负载补偿压力误差约为01 MPa，验证了负载敏感变量泵非线性数学模型的正确性。试验结果表明：负载敏感变量泵输出流量和压力可实时与负载相适应，补偿压力约为15 MPa，可有效提高液压系统效率，减少系统发热，满足现代农业装备作业机组的田间作业需求。关键词：泵；计算机仿真；农业装备；负载敏感；变量泵；非线性建模；边界条件doi：1011975jissn10026819

3、201703006中图分类号：$2323；TH321 文献标志码：A 文章编号：10026819(2017)一03004010陈随英赵建军，毛恩荣，宋正河，朱忠祥，杜岳峰负载敏感变量泵结构建模与性能分析J农业工程学报，2017，33(3)：4049，doi：1011975jissn10026819201703006 http：wwwtcsaeorgChen Suiying，Zhao Jianjun，Mao Enrong，Song Zhenghe，Zhu Zhongxiang，Du YuefengStructural modeling and performanceanalysis of loa

4、dsensing variable pumpJTransactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of theCSAE)，2017，33(3)：4049(in Chinese with English abstract)doi：1011975jissn10026819201703006http：wwwtcsaeorg0 引 言近年来，随着中国农业生产机械化、自动化水平不断提高，农机装备逐步向大型化、复合化、智能化方向发展【1。液压传动系统以其质量功率比大、调速范围广、低速稳定性好、易于布局等优

5、点，在农机产业发展进程中得到了广泛应用451。以大型农机底盘静液压驱动系统【68】和重型拖拉机电液提升器【9为例，前者可有效提高驾驶员操作舒适性，降低劳动强度；后者可显著提高拖拉机悬挂作业机组o-13的田间作业质量和作业效率。国外农机装备整机及作业机组配套液压系统为适应田间作业环境复杂、负载波动大、行驶速度低等特点，广泛采用闭心式负载敏感液压系统回路【141 61，该回路主要由变量泵、液压阀、液压执行机构等组成，可根据实际负载工况进行压力和流量补偿，最大限度降低液压系统的功率损失，减少系统发热，达到节能环保的目的。而国内由于缺乏液压关键零部件自主研发能力，农机装备液压系统多数仍采用开心式定量泵

6、液压系统回路，降低了液压系统工作效率，己难以适应现代化农业生产节收稿日期：20160721 修订日期：20161208基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目(2015QC009)；高等学校博士学科点专项科研基金(20130008110042)作者简介：陈随英，女，湖南岳阳人，博士生，主要从事流体传动及静液压驱动车辆技术研究。北京中国农业大学现代农业装备优化设计北京市重点试验室，100083。Email：chen suiymg126corn通信作者：杜岳峰，男，讲师，博士，主要从事流体传动及农业机械设计研究。北京 中国农业大学现代农业装备优化设计北京市重点试验室，100083。Email：

7、dyfcau，educrl能增效的发展要求。目前，国内学者针对农机装备液压系统核心元件及关键技术的研究尚处于起步阶段，且主要集中在液压阀仿真优化及特性分析方面17-21，而在液压泵建模仿真及性能试验方面研究相对较少22-24】。为此，本文拟以负载敏感变量泵为研究对象，在对比分析国内外现有液压泵建模方法25-30】，结合变量泵内部结构和工作原理，并充分考虑变量泵非线性因素及流量调节机构有效行程范围的基础上，建立基于边界条件的负载敏感变量泵非线性数学模型，并进行仿真分析与试验研究。1 负载敏感变量泵数学建模1。1 负载敏感变量泵结构及工作原理负载敏感变量泵液压系统原理图如图1所示，主要由斜盘式柱塞

8、泵l、有弹簧变量机构柱塞缸2、无弹簧变量机构柱塞缸3、压力控制阀4、流量控制阀5、负载反馈单向阀6、泄压阻尼孔7和减震阻尼孔8组成，额定压力为25 MPa，公称流量为68 Lrain。由图1可知，当系统压力低于压力控制阀调定压力时，压力控制阀右位工作，变量泵通过流量控制阀调整斜盘倾角，为系统提供所需流量，变量泵出口压力始终高出负载压力一定值；当系统压力高于压力控制阀调定压力时，压力控制阀左位工作，切断流量控制阀与无弹簧变量机构柱塞缸之间的油路，变量泵输出的高压油进入无弹簧变量机构柱塞缸的无杆腔，使变量泵斜盘倾角变小，直至接近零排量，满足变量泵在超载工况下输出高压小流量的功能需求，减少了液压系统

9、的功率损失。万方数据篇3期 陈随英等：负载敏感变量泵结构建模与性能分析 411斜盘式柱塞泵2有弹簧变量机构柱塞缸3无弹簧变量机构柱塞缸4压力控制阀5流量控制阀6负载反馈单向阀7泄压阻尼孔8减震阻尼孔1Swash plate piston pump 2Plunger cylinder with spring variable mechanism3Plunger cylinder without spring variable mechanism 4Pressure control valve5，Flow control valve 6Load-sensing check valve 7Press

10、ure relief dampingorifice 8Shock absorbing damping orifice注：PL为负载压力，Pa；PLl为流量控制阀低压控制油腔压力，Pa；Po为回油压力，Pa；P。为变量泵出口压力，Pa：q；为变量泵出口流量，m3s；P。为无弹簧变量机构柱塞缸无杆腔油液压力，Pa。Note：PL is the load pressure，Pa；PLI is the pressure of oil chamber with lowpressure control of the flow control valve，Pa；P0 is the return oil pr

11、essure，Pa；Psis the variable pump outlet pressure，Pa；qs is the variable pump outlet flow,m3s一1；Pc is the rodless chamber oil pressure of the plunger cylinder withoutspring variable mechanism图1 负载敏感变量泵液压原理图Fig1 Hydraulic schematic diagram of load-sensing variable pump12负载敏感变量泵数学模型的建立121流量控制阀数学模型1)主阀口的

12、压力一流量方程流量控制阀为正重叠双边滑阀，即有2个控制节流口，其内部结构简图如图2所示，假定流入无弹簧变量机构柱塞缸的流量为负，则：注：z。为流量控制阀蚓芯位移，111：L。为主蒯芯控制台肩宽度，in；(：c为流量控制阀通往无弹簧变量机构柱塞缸的油孔直径，m；d。为阀芯与阀套的径向配合间隙，m：成为流量控制阀阀芯直径，m；q。为变量泵流量控制阀的流量，m3s；其他符号含义见图1。Note：is the spool displacement of flow control valve，m；Lc is the width ofmain spool land，m；dAc is the oil hol

13、e diameter from flow control valve toplunger cylinder without spring variable mechanism，m；瓯is the radial clearancebetween valve spool and valve sleeve，m；反is the spool diameter offlow controlvalve，m；qc is the flow of variable pump flow control valve，mjs1；themeanings ofother symbols are as shown in Fi

14、g1图2流量控制阀内部结构简图Fig2 Internal structure diagram of flow control valveqc 2Cdc4(一K)p(Pc-Po)，民丁Lc-dAc式中q。为变量泵流量控制阀的流量，m3s；Ck为流量控制阀节流口流量系数；P为油液密度，kgm3：以。为流量控制阀通往无弹簧变量机构柱塞缸的油孔直径，m；L。为主阀芯控制台肩宽度，m；x。为流量控制阀阀芯位移，向左为正方向，原点取重叠区中点，m；x。l、x。2分别为阀芯左、右最大位移量，m；P。为变量泵出口压力，Pa；P。为无弹簧变量机构柱塞缸无杆腔油液压力，Pa；P。为回油压力，Pa；A。)为流量控制

15、阀节流口通流截面积，m2。节流口由阀芯对称布置的2个圆形孔构成，如图3所示，其通流截面积及其对阀芯位移x。的导数按下式计算：图3 弓形节流口示意图Fig3 Schematic diagram of arcuate orifice绯，=吉醢arcc。s(H掣dAc(Xc)出(2，4IXc-(Lc-dAc)2(Xc-(Lc-dAc)222)流量控制阀阀芯的力平衡方程流量控制阀阀芯受力包括：阀芯两端油液压力产生的驱动力、惯性力、黏性阻尼力、弹簧力、稳态液动力(始终指向使流量控制阀阀口趋于关闭的方向)、瞬态液动力(油液流入流量控制阀阀腔时，瞬态液动力起正阻尼作用，流出流量控制阀阀腔时，油液起负阻尼作用

16、)、干摩擦力(由于在阀芯上开有多条均压槽，液压卡紧力很小，干摩擦力可忽略不计)等。型4；(PspLl)=，z。甏+坟茸+c。+Et+心(+Xco)，一Xcml生竽式中侠为阀芯节流口出射角度，(。)；Cc。为节流口流速系数。Et=|-Letcdc掣x2p(Pc-Po)戈c，尘 瓯 Z式中L。为流量控制阀的阻尼长度，m。3)负载反馈单向阀压力流量特性方程负载反馈单向阀内部结构如图4所示。注：花。n为单向阀阀芯最大位移量，m；ds。，为单向阀锥闽式阀座孔直径，m；qLs为负载反馈单向阀流量，m3s；其他符号含义见图1。Note：Xsevm is the maximum displacement of

17、 check valve spool，m；d0 is thecone-type valve seat hole diameter ofcheek valve，m；qLS is the flow ofload-sensingcheek valve，m3s-1；the meanings ofother symbols are as shown in Fig1图4负载反馈单向阀内部结构示意图Fig4 Internal structure of loadsensing check valveqLS 2f厅一l兀Cdscvdscv黾csinoscv1I-兰(pLPLl)，PLPLl1。， 怕 耶砌(7)

18、式中qLs为负载反馈单向阀流量，m3s；Cd。为单向阀节流口流量系数；为单向阀锥阀式阀座孔直径，m；x。为单向阀阀芯最大位移量，m；PL为负载压力，Pa；侠。为负载反馈单向阀阀芯半锥角，rad。4)负载敏感变量泵泄压阻尼孔流量压力方程吼，=华Cd03Ip(PLl2-Po) (8)式中g。3为泄压阻尼孔流量，m3s；Cd03为泄压阻尼孔流量系数；磊3为泄压阻尼孔直径，m。5)负载反馈单向阀至变量泵泄压阻尼孔间油腔流量连续性方程忽略流量控制阀阀芯与阀套配合间隙处的泄漏，流入负载反馈单向阀至负载敏感变量泵泄压阻尼孔间油腔的流量，一部分补偿油腔内油液压缩量，一部分补偿流量控制阀阀芯运动引起的油腔容积变

19、化量，其余部分经泄压阻尼孔流回油箱。V 砑：v 、一：竿一车xcqLSqc3 PLl Xc (9)一2一一产 Ly风 斗式中展为油液体积弹性模量，Pa；圪1为流量控制阀阀芯处于原点时，负载反馈单向阀至泄压阻尼孔间油腔容积，m3。122 负载敏感变量泵变量控制机构数学模型1)变量控制机构油腔流量连续性方程流入无弹簧变量机构柱塞缸控制油腔的流量除推动柱塞运动外，还用来补偿油液压缩量以及通过减震阻尼孔漏入泵腔的流量。吼=孕一,x3dSpi(段一po)23一万Zcbe。，式中圪为无弹簧柱塞缸及油道的总容积，m3；诉。为无弹簧柱塞缸柱塞直径，m；x，。为无弹簧柱塞缸柱塞位移量，m；lpP为减震阻尼孔长度

20、，m；dpP为减震阻尼孔直径，m。2)变量控制机构的力矩平衡方程变量泵结构如图5所示。由图5可知，通过无弹簧和有弹簧变量机构柱塞缸控制变量泵斜盘倾角，其中有弹簧变量机构柱塞缸无杆腔与变量泵出口油路相通，其作用力指向使斜盘倾角增大的方向；无弹簧变量机构柱塞缸无杆腔经压力控制阀右位与流量控制阀的控制节流口相通，其作用力指向使斜盘倾角减小的方向，变量泵斜盘受力分析图如图6所示。注：，为有弹簧、无弹簧变量机构柱塞缸轴线至斜盘转动中心的垂直距离，m；期为变量泵斜盘倾角，rad；却。为有弹簧变量机构柱塞缸柱塞位移，m；x，。为无弹簧变量机构柱塞缸柱塞位移，m：dp。为有弹簧变量机构柱塞缸柱塞直径，m；dp

21、。为无弹簧变量机构柱塞缸柱塞直径，m：Kp。为变量机构压紧弹簧刚度，Nm一；Rr为变量泵斜盘支撑轴颈的半径，m：其他符号含义见图1。Note：Lp is the vertical distance from the piston cylinder axis to the swash platecenter of rotation，m；YP is the swash plate angle of the variable pump，rad；xps isthe plunger displacement in the plunger type cylinder with a spring，m；却c

22、is theplunger displacement in the plunger type cylinder without a spring，m：dps is theplunger diameter in the plunger type cylinder with a spring，m；函c is the plungerdiameter in the plunger type cylinder without a spring，m；Kps is the stiffness ofthe compressed spring in the variable displacement mecha

23、nism，Nm“；RP is theradius of the supporting shaft neck，m；the meanings of other symbols are asshown in Fig1图5变量泵结构原理图Fig5 Schematic diagram of variable pump structure负载敏感变量泵变量机构力矩平衡方程：万方数据第3期 陈随英等：负载敏感变量泵结构建模与性能分析 43岛【孕旷孕p。卜纬峨+st嘶)(Tpfl+tee2)+岛mPs戈Ps+mpc-戈Pc+坐筝生戈Ps+坐簪生一DPs DP。KPs(Xpso+Lp7pm“一却s)，YPmin

24、生手式中q。为变量泵出口流量，m3s；咋为变量泵的排量，m3r；Cb为变量泵的泄漏系数，m3(Pas)；以为变量泵排油腔及连接管道总容积，m3。咋：竺箬zPdPflltan炸 (17)124 负载敏感变量泵状态方程根据前面建立的数学模型，选取状态量：x1：P：万方数据44 农业工程学报(http：wwwtcsaeorg) 2017年X2=Ps；X3=K；X4=长；X5=PLl；X6=肺；X7=弗。建立如下状态方程组：X4X5X6hf丽n3d8v列之岛4一Cd。4(均兀3南12544,o4时愿卜半岛f丽兀3d8p车丝而 2 。4晶一倍卜 Lcd吣物钭簪唧嗨mtan。 一Aps铀-ClP(热嘞)，

25、而一半!VsL 4zrnPdvm tanx6-q。-Ck4(x3)妇，其他一4。岛吻一：且等(娩刊k(XcO+Xcm2)。且譬(娩一砖)&(Xc0-Xcml)，瓤=：且孚(吻一坞)心(XcO+Xcm2)土mc降c，-(半cac物2一茂ml降z刊上5车(恐一砖)聊。I 4一 ”巧ck4(一乜)(啊-po)cosO。，厶一dAc2心cac掣痧卜(x3+Xco)-2ccvcacAc(x3)(x2-X1)COS吼巧：且譬(恐一坞)o； 或X6=炜。ax且岛(Apsx2一AvcX1)+耳eloGPel脚m“O；=师m“且岛(ApsX2-Apcx1)+TPeloGPel脚IIla】【yP。x，贝0 X6=

26、倍、1IllJ3吖、，OpX，L以、血22VG2+、J0k+巧，Lkh、；气笋一：一哇半mIl_1曲一七，c域K一生X一望4丛皖塞皖上以一等却仉r，：L=k或r，、L万方数据第3期 陈随英等：负载敏感变量泵结构建模与性能分析 45YPmax；如果X3=一xcml且确0，则x420：如果=yPm。且X70，或X6=yPmi。且X7d0，则X720。2负载敏感变量泵仿真分析21 负载敏感变量泵稳态特性仿真分析基于MATLABSimulink建立了负载敏感变量泵仿真模型，其主要参数值如表1所示，给定负载反馈压力10 MPa，系统流量30 Lmin，仿真时间为2 S，得到负载敏感变量泵出口压力和斜盘倾

27、角稳态响应特性曲线分别如图7a、7b所示。表1 负载敏感变量泵主要参数Table 1 Main parameters of load-sensing variable pump参数 数值 参数 数值 参数 数值Parameters Value Parameters Value Parameters Value流量控制阀节流口流量 O61 节鎏旦鎏速098 望婪皂鲤套径向001系数cd。 系数cc。 配合间隙dcmm谗婆密璧 900 性模量Pa1。8 流量控制阀阻尼V_t。户(蚝m-) 匹&r。 10L?mm流量控制阀至无弹簧变 无弹簧柱塞量柱塞缸油43 缸柱塞直径0023 懋塞缸柱0025孔直

28、径 dpdm 塞直径apJmaAdmm流量控制阀 主阀芯控制阀芯直径82 台肩宽度45 变量勇辫塞直径0017 apmddmm Lcmm迎鎏跫力黏414x10-2 流量控制阀变量泵斜盘和回弹簧刚度35x104 程雹型!i矍，心62x10-3度PaS转动惯量kJfNm_1)Jp(kgm1流量控制阀 变量机构压阀芯密封长 15 紧弹簧刚度245x 104 謇雾要呼系誓192x10一霞L。fm KpJ(N m1) clP(mSPal)蛊：罨：重奋忙负载压力10 IVIPaLoad pressure泵m口压力Pump outlet pressure甚og 0誊稽雪0 0204 n6n810121A16

29、1820时间Timesb斜盘倾角b Swash plate angle图7 变量泵出口压力和斜盘倾角稳态响应特性Fig7 Steady state response characteristics of outlet pressure andswashplate angle of variable pump由图7a可知，负载敏感变量泵出口压力经小幅振荡后稳定在116 MPa左右，补偿压力约为16 MPa，出口压力的超调量约为172，调整时间约为05 S，该补偿压力可通过流量控制阀调压弹簧设定，出口压力建立时间约为006 S，动态响应性能良好。由图7b可知，负载敏感变量泵斜盘倾角经05 S左右振

30、荡后稳定在016 rad左右，结合变量泵输出流量理论公式可知，变量泵输出流量与给定系统输入流量相符。22负载敏感变量泵动态特性仿真分析给定系统流量为30 Lmin，仿真时间为4 S，得到负载敏感变量泵出口压力和斜盘倾角在负载反馈压力由1015 MPa阶跃变化时的动态响应特性曲线分别如8a、8b所示。芒20羔16善12蛊兰8杂4趟时间Timesa出口压力a Outlet pressure亳萼墨言霎40353025201510。秽5 0 05 10 15 20 25 30 35 40时间Timesb斜盘倾角bSwash plate angle图8 负载阶跃输入变量泵出口压力和斜盘倾角响应特性Fig

31、8 Response characteristics of outlet pressure and swashplateangle of variable pump with load step input由图8a可知，变量泵出口压力建压时间约为04 S，稳定后达到116 MPa左右，当负载反馈压力阶跃变化到15 MPa后，变量泵出口压力随之增加，建压时间约为04 S，超调量约为12，稳定后达到16。6 MPa左右，补偿压力约为16 MPa，负载敏感变量泵的动态压力补偿特性良好。由图8b可知，初始状态下变量泵斜盘倾角经一段时间振荡后，稳定在016 rad左右，调整时间约为05 S，当负载反馈压

32、力阶跃变化时，变量泵斜盘倾角迅速振荡后稳定在016 rad左右，调整时间约为05 S，系统流量不受负载阶跃变化的影响，变量泵具有良好的稳态流量输出特性。给定负载反馈压力10 MPa，仿真时间为4 S，得到负载敏感变量泵出口压力和斜盘倾角在系统流量由3060 Lmin阶跃变化时的动态响应特性曲线分别如图9a、9b所示。16芷14罨1210器8岂6R 4苣2时间Timesa出口压力a Outlet pressure时间Timesb斜盘倾角b Swash plate angle图9流量阶跃输入变量泵出口压力和斜盘倾角响应特性Fig9 Response characteristics of outle

33、t pressure and swashplateangle of variable pump with flow step input由图9a可知，初始状态下变量泵出口压力的建压时间约为05 S，稳定后达到116 lVIPa左右；当系统流量阶跃变化到60 Lmin后，变量泵出口压力迅速减小，随即快速上升，经一段时间振荡后稳定在116 MPa左右，超调量约为172，调整时间约为04 S，补偿压力约为16VIPa，变量泵出口压力不受系统流量阶跃变化的影响，具有良好的稳压特性。由图9b可知，初始状态下变量泵斜盘倾角经一段时皇鼍哥每兰d【岛lBH盯ld当毽妖肇胡臻聪删锹如筋加博m一拦。万方数据46

34、农业工程学报(http：wwwtcsaeorg) 2017年间振荡后稳定在016 rad左右，调整时间约为05 s；当系统流量阶跃变化到60 Lmin后，变量泵斜盘倾角迅速增大，经一段时间振荡后稳定在029 rad左右，调整时间约为05 s，变量泵动态流量输出特性良好。综上仿真分析可知，负载敏感变量泵可根据负载提供其所需的流量和压力，有效降低了系统功率损失。3负载敏感变量泵试验为了验证负载敏感变量泵数学模型和仿真分析的正确性，搭建了闭心式负载敏感液压系统室内试验平台，如图10所示。负载敏感液压系统室内试验平台Indoor test rig ofloadsensing hydraulic sys

35、teml泵站Pump station-L驱动电机过滤器1、=_弓_q c!Drivemotor Filter漂conllD耥l-滋k自翩糯弛矗&百墓露墓电源控制柜圈睦a目圜IDW甘口田E嵋五冒圉翰试验油路Test system曼黧溅瓣瓣黧匦疆薹骊麟麟图10负载敏感液压系统室内试验平台Fig1 0 Indoor test rig of load-sensing hydraulic system油压传感器采用德国米科MIKP300型压力传感器，其技术参数如表2所示，响应时间约为20 ms，而变量泵液压系统压力控制响应时间约为05 s，可满足系统油液压力动态测量需求。智能变送仪用于实时显示油压传感器

36、所采集的油压数值，流量传感器采用TLW-15G型涡轮流量传感器，压力范围025 MPa，量程为0100 Lmin，24 V电源供电，输出信号为420 mA电流信号。压力和流量信号可通过NI采集卡实时传输到PC机中，并通过LabVIEW程序界面实时显示传感器输出信号变化曲线。比例溢流阀选用华德液压生产的DBEM230B315YM型锥阀式先导比例溢流阀，通径为25 1TIITI，允许通过的最大流量为600 Lmin，可提供的最大开启压力为3 15 MPa。可根据VT-2000BS40G型电液比例控制器无级调节比例溢流阀的开启压力。比例阀控制放大器采用932 v电源供电，输入电压范围为255 V，输

37、出比例线圈驱动电流范围为012 A，最大输出电流为2 A。表2油压传感器技术参数Table 2 Technical parameters of pressure sensor参数Parameters 数值Value量程RangeMPa激励电压Excitation VoltageV输出信号Ou口tit signalYmA工作温度Working temperature。C精度等级Accuracy class过载等级Overload level零点漂移Zero drift注：表中Fs表示满量程。Note：FS meanings full scale31 试验方案图11为负载敏感变量泵性能试验方案原理

38、图，节流阀与负载敏感变量泵出口相连，用于调节液压系统流量。在节流阀出口位置并联比例溢流阀可为比例控制阀提供所需的负载压力。同时，负载压力经节流阀出口可反馈至泵流量控制阀进行压力补偿，安全溢流阀用于液压系统过载保护，开启压力为20 MPa。其中，比例溢流阀开启压力和比例控制阀阀芯开度可分别通过电液比例控制器和比例阀控制放大器进行实时控制。IU液比例控制器匣leetrohydraulic proportional controller7匙夕Proporti黜黜蕊忑。_一、_：4 、 厶一一。 w叠，卜蠢T=、 一一一。：一。3一一0孥一ij；l，7Fj巨i，。一生二量：一一? 1：i：烈1仉牧敞，

39、廖变甚泵2汕、他感器3 1T流蒯4两协j通比例换阳闷5安全溢流阀6比例溢流阀7流量传感器1Loadsensing variable pump 2Oil pressure sensor 3Throttle valve 4Twoposition threeway proportional directional valve 5Relief valve 6Proportionalreliefvalve 7Flow sensor图ll 负载敏感变量泵性能试验方案原理图Fig1 1 Schematic diagram ofperformance test ofloadsensing variable p

40、ump32试验结果分析设定比例控制阀输入电压为47 V，保持其阀口开度不变，由电液比例控制器控制比例溢流阀开启压力在10 s时由10、，lPa阶跃变化到15 MPa，得到变量泵出口压力、负载压力以及变量泵出口压力仿真值得动态响应特性曲线如图12所示。图12 负载阶跃时变量泵出口压力响应特性曲线Fig1 2 Pressure curves of variable pump with step change in load由图12可知，负载压力在1015 1VIPa之间阶跃变化时，负载敏感变量泵建压时间约为05 s，变量泵出口压力与负载压力几乎同步变化，由115 MPa阶跃变化到165 MPa，补

41、偿压力约为15 MPa，与变量泵出口压力仿真曲线对比可知，补偿压力的稳态误差约为01 MPa，主要受负载敏感液压系统试验管路油液压缩性及压力损失oo龉2f22了：裟一o4一m加蛾万方数据第3期 陈随英等：负载敏感变量泵结构建模与性能分析 47的影响，负载敏感变量泵动态压力补偿特性良好，验证了负载敏感变量泵非线性数学模型的正确性。设定比例溢流阀开启压力为5 MPa，比例控制阀输入电压在10 S时由43 v阶跃变化到47v，得到变量泵出口压力、负载压力以及系统流量的动态响应特性曲线如图13所示。图13 阀芯阶跃时变量泵出口压力及流量响应特性曲线Fig13 Pressure and flow rat

42、e curves ofvariable pump with stepchange in spool displacement由图13可知，比例控制阀输入电压在4347V之间阶跃变化时，由于受到系统流量变化及液压系统试验管路压力损失的影响，回油管路背压略微升高，由比例溢流阀设定的负载压力会出现小幅阶跃变化，变量泵出口压力也跟随变化，补偿压力平均值约为15 MPa，系统流量由15 Lmin阶跃变化到28 Lmin，由于负载敏感变量泵机构惯性、内部泄漏、液压系统试验管路油液压缩性等因素影响，液压系统整体惯性增加，导致系统流量响应变慢，调整时间约为7 S，变量泵在保持一定补偿压力时可根据比例控制阀阀芯

43、开度变化为其提供相应流量。4结论1)充分考虑负载敏感变量泵内部液压元件的有效行程范围，建立了基于边界条件的负载敏感变量泵非线性数学模型，该模型更为准确地描述了负载敏感变量泵的工作特性。2)搭建了负载敏感变量泵Simulink仿真模型，仿真分析结果表明：变量泵可根据负载所需压力和流量实时调整斜盘倾角大小，进而实现压力流量补偿功能，补偿压力约为16 MPa，负载压力和流量阶跃变化时，变量泵具有良好的动态补偿特性。3)试验研究结果表明：在给定比例控制阀阀口开度不变的情况下，负载压力阶跃变化时，负载敏感变量泵通过流量控制阀调整斜盘倾角为比例控制阀提供所需流量，此外，变量泵出口压力始终高出负载压力15

44、MPa，通过与仿真结果对比可知，补偿压力稳态误差约为01llaa，主要与液压系统试验管路压力损失有关，验证了负载敏感变量泵非线性数学模型的正确性。当比例控制阀阀芯阶跃变化时，负载敏感变量泵输出其所需流量，满足现代农机装备液压系统对负载敏感变量泵压力-流量补偿功能的需求。参考文献1武建设，陈学庚新疆兵团棉花生产机械化发展现状问题及对策叨农业工程学报，2015，3 l(18)：5一lOWu Jianshe，Chen XuegengPresent situation，problems andcountermeasures of cotton production mechanizationdevel

45、opment in Xinjiang Production and ConstructionCorpsJTransactions of the Chinese Society of AgriculturalEngineering(Transactions of the CSAE)，2015，31(18)：51 0(in Chinese with English abstract)22段向敏，代荣精确农业背景下我国农业机械发展趋势【J】J农机化研究，2013(12)：229-232Duan Xiangmin，Dai RongThe tendency of ChinaSagricultural m

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