刍议蓄能器参数对液压系统动态特性影响

摘 要：针对蓄能器的应用，通过分析液压系统动态特性，阐明利用蓄能器设计液压系统吸收压力脉动时应遵循的理论依据。

关键词：蓄能器 液压系统 动态特性

一、引言

蓄能器在液压系统中是一种液压能储存装置，其主要用途之一是蓄积压力能，以备需要时投入系统中使用；之二是作为吸收压力冲击或减轻油路中的压力脉动使用。由于蓄能器参数选择不当，有些液压系统中蓄能器吸收压力波动的效果不理想。本文以实例来阐述利用蓄能器吸收压力脉动液压回路设计时，蓄能器参数对液压系统的动态特性影响。

二、工程实例

如图1所示，一台油压机，为了吸收压力波动或减轻压力波动对系统的影响，在回路中加装了一个皮囊式蓄能器2，与阀式配流定量斜轴式柱塞泵1相连。



图1 蓄能器系统简图

调试发现蓄能器吸收压力波动的作用不大，设备振动状况与没装蓄能器以前没有明显改善。

三、动态特性分析[1]

经检查，蓄能器本身没有问题，装在系统中后没有明显效果，经分析认为是回路配置有问题。对回路作动态特性分析如下：

1．分析条件

（1）蓄能器中气体状态变化规律按绝热来考虑

即：PAVK=G=常数

式中 PA-—蓄能器中的气体压力

VK—蓄能器容积

K—指数（绝热状态K=1.4）

（2）液压泵出口的平均流量Q等于通过不可调节流阀3的平均流量QR

即：Q=QR

稳态时通向蓄能器的平均流量QA=0。

（3）蓄能器到泵出口处的管中油液的流动按层流计算

（4）采用在给定平衡点附近取小增量线性化方法来确定非线性问题

（5）泵出口处单向阀不计压力降和流量损失

2．动态特性分析

基于以上分析条件，将该回路流量连续性方程写作如下：



对其进行拉氏变换：

　　　　　　　　　　　　 （1）

而节流阀流量特性方程的拉氏变换为：

　　　　　　　　　　　　 （2）

式中 P0—泵出口压力稳态值

Q0—泵输出流量稳态值

P1—节流阀出口压力

∆P—泵出口压力拉氏变换

蓄能器中气体状态变化方程拉氏变换为：

　　　　　　　　　　　　 （3）

式中 V0—蓄能器中气体容积稳态值

∆PA—蓄能器入口处压力拉氏变换

油液力平衡方程拉氏变换为：

　　　　　　　　（4）

式中 mA—蓄能器管路中油液质量 m1和蓄能器内油液质量m2的等效质量，

，其中a为管路通流面积

A—蓄能器中浦液的截面积

Rf—管路液阻，，其中μ—油液动力粘度

L—管路长度

d—管道内径

将(1)(2)(3)(4)四式联立，整理后解得：

　　　　 （5）

将(5)式写成无量纲传递函数为[2]：

　　　　　　 （6）

式中

—振荡环节的固有频率

—微分环节的阻尼比


——振荡环节的阻尼比



由式（6）看出，该回路是由一个放大环节，一个振荡环节和一个二阶微分环节组成，将式中的S以代替，则得出回路的频率特性为：

　　　　　　　　 （7）

由此可得对数幅频特性曲线如图2所示。



图2 蓄能器波特图

图2中曲线1为放大环节的曲线，为一根水平直线，曲线2为振荡环节的曲线，其斜率为-4 dB／dec，曲线3为二阶微分环节曲线，其斜率为+4dB／dec，曲线4为前三条曲线叠加后形成的曲线。从图中可以看出，曲线2和3的转角频率相同，均为，由于， 因此，在频率时，叠加曲线出现了最小值，这就意味着此时回路吸收脉动的效果最好。

由得

　　　　（8）

当时，，将，

，代入（8）式中得：



四、蓄能器参数选择

综上所述，蓄能器前管路的液阻Rf越小，则压力脉动的幅值就越小，蓄能器回路吸收压力脉动的效果就越好。因此，在泵的脉动频率ω已知情况下，就应该合理选择V0，将mA和A代入中，使，且使尽可能小，才能使回路得到吸收脉动最好的效果。

重新选择蓄能器结构参数Vo和A，井尽可能地减小管长L，使蓄能器尽可能地靠近液压泵出口（也可以将管径d增大，但往往受条件限制，管径也不可能做得太大）。实践证明，系统的压力脉动明显降低。

此例说明，在设计吸收压力脉动的蓄能器回路时，需针对具体的回路进行静态和动态特性分析，为回路设计找出理论依据，从而合理地进行结构设计，这样才能使回路获得比较好的吸收脉动的效果。



参考文献

[1] 明仁雄．液压与气压传动[M]．北京：国防工业出版社．2003．

[2] 左健民．机电控制工程基础[M]．北京：机械工业出版社．2002．

[3] 王琳．蓄能器基本参数确定及其特性对液压系统的影响. [J]．咸阳：陶瓷．2005,5.40_43