基于AMESim的A4VG變量泵動態(tài)特性分析.doc

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1、基于AMESim的A4VG變量泵動態(tài)特性分析2011-11-1515:54:54??作者：孫東坡王建明張戈魏海洲??來源：·　　本文介紹了對在大噸位履帶起重機液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的A4VG主泵工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行深入分析，建立A4VG主泵詳細(xì)的AMESim仿真模型，分析動態(tài)變化過程中伺服閥芯及排量調(diào)節(jié)缸的動作過程，實驗結(jié)果驗證了仿真模型的正確性。　　0引言　　采用先進的數(shù)字化樣機技術(shù)進行產(chǎn)品開發(fā)，可以提高產(chǎn)品開發(fā)效率、節(jié)約成本。重要部件的仿真模型是整機數(shù)字化樣機的重要組成部分，它的準(zhǔn)確與否直接影響整機數(shù)字化樣機的質(zhì)量。　　A4VG系列泵是德國力士樂公司生產(chǎn)

2、的變量泵，在大噸位履帶起重機中得到廣泛的應(yīng)用。本文通過對A4VG250EP4變量泵調(diào)節(jié)機構(gòu)的深入分析，結(jié)合泵調(diào)節(jié)機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立其AMESim仿真模型，對其動態(tài)性能進行仿真分析及實驗研究，保證主泵模型的準(zhǔn)確?！　?A4VG變量泵原理及結(jié)構(gòu)　　1.1A4VG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)機構(gòu)決定了主泵的動態(tài)響應(yīng)?！　　　D1A4VG250EP4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的方

3、向及開口度，通過控制伺服閥開口可以改變變量活塞的位移，進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，且便于遠(yuǎn)程控制。　　1.2A4VG泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程　　伺服變量機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，該變量機構(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?！　　　D2伺服變量機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程圖　　其工作過程如圖2所示。當(dāng)右邊電磁鐵得電時電磁力推動伺服閥芯向左運動打開伺服閥閥口，同時推動撥叉向左張開，此時撥叉上彈簧力與電磁力平衡(如圖2(a)示);伺服閥芯的運動使得排量調(diào)節(jié)彈簧缸右腔與伺服

4、壓力相連，在伺服壓力的作用下排量調(diào)節(jié)缸活塞桿向左伸出實現(xiàn)變量，同時在杠桿的作用下推動撥叉進一步向右張開，此時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，同時推動伺服閥芯復(fù)位(如圖2(c)示)，此時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，在彈簧力的作用下?lián)懿娴淖蟀脒呁苿铀欧y芯向右運動，彈簧恢復(fù)至初始長度，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)缸彈簧力的推動下活塞桿回到初始位置(即泵

5、的排量為0)，同時在杠桿的作用下推動撥叉張開(如圖2(e)示)，此時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，同時推動伺服閥芯復(fù)位(如圖2(f)示)?！　∮闪κ繕妨悴考D冊可以得出調(diào)節(jié)機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及尺寸。伺服閥結(jié)構(gòu)及尺寸、撥叉各力作用點距離、杠桿各力作用點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?！　　　D3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　　2A4VG變量泵數(shù)字樣機模型　　根據(jù)前文對伺服變量機構(gòu)工作過程及其結(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)機構(gòu)的仿真模型?！　懿鏅C構(gòu)可以

6、用兩個杠桿機構(gòu)模擬，但是在撥叉的任一側(cè)桿上都有三個不同的力作用點(彈簧力作用點、杠桿力作用點和伺服閥力作用點)，且撥叉工作時杠桿力和伺服力分別作用于撥叉兩側(cè)。為了利用AMESim機械庫已有模型簡化系統(tǒng)建模，杠桿與撥叉機構(gòu)需做等效處理，把杠桿與撥叉左右兩邊的接觸點等效到撥叉與伺服閥芯接觸點處(等效前后結(jié)構(gòu)如圖5示)。這樣撥叉的兩側(cè)就可以用有兩個力作用點的杠桿模擬?！　　　D5杠桿力作用點等效處理前后對比　　基于以上分析，利用AMESimHCD庫、信號庫及機械庫元件搭建調(diào)節(jié)機構(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

7、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)尺寸均由力士樂零部件圖給出?！　　　D6伺服變量機構(gòu)仿真模型　　將伺服變量機構(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?！　　　D7A4VG變量泵詳細(xì)液壓仿真模型　　3仿真分析與實驗驗證　　按照圖2動作過程，0s時在b端加600MA階躍電流待調(diào)節(jié)機構(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?！　　　D8伺服閥芯位移變化過程　　　　圖9排量調(diào)節(jié)油缸位移變化過程　　由圖8可知，在b端電流激勵下閥芯先向左運動，并在杠

8、桿撥叉機構(gòu)的反饋調(diào)節(jié)作用下回到初始位置，電流消失時，在撥叉彈簧力作