空气含量对液压系统动态特性影响的研究(无全文)

作者:彭万万;闫宏伟;宋志强 刊名:电子世界 上传者:

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【摘要】运用AMESim的液压库和机械库建立简单的液压系统及电液伺服系统,仿真结果直观的给出了系统中各处流量及液流的方向。通过改变油液的饱和压力,研究油液中不同空气含量对液压泵工作压力的影响。结果表明,油液中混入的空气会改变液压系统的动态特性,使泵的供油压力产生零漂,从而影响伺服系统的稳定性及精度。因此,必须严格选择液压系统的工作介质。

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1.简单液压系统的建立及仿真调用AMESim机械库和液压库[1]中的元件,建立图1所示的液压仿真模型。该系统由电机、液压泵、溢流阀、液压马达以及一部分管路所组成。1.电机2.液压泵3.溢流阀4.马达5.负载图1液压系统其工作原理为:电机以一定的转速驱动液压泵,把具有一定压力的油液输送到系统中,此时电机的机械能转化为油液的压力能,然后压力油通过管路输送到液压马达,驱动负载运转,此时油液的压力能转化为机械能。溢流阀在此系统中做安全阀用,即在系统正常工作时处于关闭状态,只是系统压力大于或等于溢流阀调定压力时才开启溢流,对系统起过载保护作用[2]。当不考虑油液的压缩性、管道阻力及泄漏、粘性摩擦等因素时,设置相应参数,经过简单仿真后,得到管道中油液的流量和方向及液压泵工作压力随时间变化的情况。图2系统中油液的流量及方向图3泵工作压力随时间变化曲线从图3中可知,随着时间的推移,经过一定的波动后,液压泵的工作压力逐渐降低并趋于稳定,泵在该压力下稳定工作。2.电液伺服系统的分析在图1所示系统中加入指令信号和电液伺服阀后,就构成最简单的四通阀控制液压马达电液伺服系统。电液伺服阀既是电液转换元件,又是功率放大元件。它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出,将系统的电气部分与液压部分连接起来,实现电、液信号的转换与放大以及对液压执行元件的控制[3]。对系统进行仿真后,得到图5所示曲线。1.指令信号2.电液伺服阀图4电液伺服系统图5指令信号和马达转速曲线从图中可知,液压马达的转速和指令信号的大小成比例,马达的转动方向能够随着指令信号的变化而变化,即所谓的液压随动系统[4]。但在实际应用中,液压马达的转速要受诸多因素的限制,油液中的空气含量是不可忽略的问题,特别当有气蚀现象发生时,会使泵的动态特性发生改变,使泵的工作压力出现波动,从而使马达的转速不能跟随指令信号的变化。3.气蚀的产生及分类3.1气蚀产生的条件工作介质是液压系统的生命线,它将系统中各类元件沟通起来成为一个有机的整体。液压系统能否可靠、有效、安全而又经济地运行,与所选用工作介质的性能密切相关,液压系统80%的故障是由于油液污染造成的[5]。例如,在液压泵入口,当压力降低或温度升高时,将导致油液中空气泡(当压力低于油液的空气分离压时)或蒸汽泡(当压力小于油液的蒸气压时)的萌生和长大。当这些空泡进入液压泵的压油区以后,由于压力升高,气泡受到挤压,瞬间破灭,产生强烈的液压冲击[6],导致局部出现高温高压。结果将使零件表面受到严重侵蚀,振动及噪声加剧,容积效率下降,油液的理化性能加速劣化。3.2气蚀的分类空气在液压油中的存在方式有两种:一种是以气泡的形式存在,这些气泡会改变液体的可压缩性,从而改变液体的弹性模量;另一种是溶解在液压油中,成为液压油的一部分。气蚀现象是在液体中产生的一种物理变化过程,它包括在液体中空泡的萌生、长大及溃灭的全过程。气蚀分两种类型:主要由于先前溶解在油液中的气体析出而产生的气蚀,一般称为气体气蚀;主要由于油液压力达到饱和蒸发压力而产生的气蚀,一般称为蒸汽气蚀。4.不同空气含量对泵工作压力的影响对于图1液压系统,设置油液的饱和压力为400bar,油液中空气含量从0%增加到10%,分析系统在不同空气含量下,液压泵工作压力的变化情况如图6所示。图6不同空气含量下泵工作压力变化曲线从图6可知,系统的动态特性改变了,泵的工作压力在不同空气含量下出现不同程度的波动,这不但影响液压泵的使用寿命,还会降低系统的效率。正常情况下液压油中的空气含量应在1%以下,但在一些特殊应用中,如齿

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