基于AMESim负载敏感变量泵动态性能研究*

王 娟

(山西轻工职业技术学院，山西 太原 030013)

0 引 言

负载敏感变量泵能够根据负载流量需求自动变量以输出相匹配的流量，具有良好的节能效果，得到各设备液压系统的广泛应用[1-3]。为更好的研究和应用负载敏感变量泵，了解其动态性能，建立AMESim仿真模型，对其动态性能进行仿真，对负载敏感变量泵的使用具有一定的参考价值。

1 负载敏感变量泵工作原理

如图1所示，负载敏感变量泵主要由负载敏感阀(下称LS阀)、恒压阀、斜盘控制油缸和变量泵组成。泵的出口与负载之间设置节流阀5模拟多路阀油口开度，控制负载运行速度。节流阀5两端的压力分别作用在LS阀1的两端，其压差作为泵排量控制信号。恒压阀2用来控制泵的最大工作压力。变量油缸3和复位油缸4共同作用在变量泵斜盘的两端，控制斜盘的摆角变化[3-4]。

2 负载敏感变量泵建模与仿真验证

2.1 LS阀

根据LS阀结构特点及参数搭建其AMESim仿真模型如图2所示。pp表示泵出口压力，p表示变量油缸右腔压力，pL表示负载反馈压力。阀口1为LS阀处于右位机能时，变量油缸右腔油液由此口回油，泵排量增大。阀口2为LS阀处于左位机能时，泵出口油液由此进入变量油缸右腔，泵排量减小。弹簧设定压差为16 bar。

图1 LS变量泵工作原理图1.LS阀 2.恒压阀 3.变量油缸 4.复位油缸 5.节流阀

输入如图3所示的三种压力曲线，对LS阀进行仿真，分析LS阀动态性能，得到阀口1和2的流量特性曲线如图4所示。

图2 LS阀AMESim仿真模型

图4中，0～0.5 s，模拟泵停机工况，pp和pL均为0，变量油缸右腔经阀口1接通回油，泵处于最大排量。0.5～1.5 s，模拟节流阀开度变大工况，pp和pL逐渐升高，但pp

pL+16 bar，LS阀处于左位机能，变量油缸油腔通过阀口2与泵出口油液接通，阀口2流量增大，泵排量减小。4.5～6 s，模拟节流阀开度变大工况，pp

图3 三种压力曲线

图4 LS阀阀口流量曲线

2.2 恒压阀

恒压阀与LS阀的物理结构相同，建立AMESim仿真模型如图5所示，切断压力值设定为210 bar。

图5 恒压阀AMESim仿真模型

输入如图6所示的泵出口压力曲线，对恒压阀进行仿真，得到阀口1和2的流量特性曲线如图7所示。0～1.75 s，泵出口压力逐渐升高，低于恒压阀切断压力，变量油缸右腔油液经阀口1回油，泵排量由LS阀控制。1.75～4.25 s，泵出口压力大于恒压阀切断压力，泵出口油液经阀口2流入变量油缸右腔，泵排量迅速减小。4.25～6 s，泵出口压力又低于恒压阀切断压力，恒压阀停止工作。

图6 泵出口压力曲线

图7 恒压阀阀口流量曲线

2.3 负载敏感变量泵

变量油缸和复位油缸分别于变量泵的斜盘两端连接，控制泵的排量。将变量油缸和复位油缸两个油缸分别等同于同一个油缸的敏感腔和弹簧腔，建立变量机构AMESim仿真模型如图8中变量油缸部分所示。利用油缸、阶段性信号及力传感器组合模拟变化的负载，如图3中负载部分所示。将上述所建LS阀、恒压阀、变量油缸、负载模型和一普通变量柱塞泵组合起来形成负载敏感变量泵AMESim仿真模型如图8所示。

图8 负载敏感变量泵仿真模型

设定负载压力分别0 bar、80 bar、100 bar时，对模型进行仿真，得到泵出口压力和负载压力仿真曲线如图9中实线和虚线所示。由图可知无论负载压力如何设定，泵出口压力与负载压力差值总是保持在16 bar，这个压差值由LS阀弹簧设定。

图9 节流阀前后压差曲线

3 结构参数对动态性能的影响

通过设置不同的泵的结构参数，分析结构参数对负载敏感泵对动态性能的影响[5]。

3.1 LS阀弹簧刚度的影响

分别设定模型中LS阀的弹簧刚度分别为10 N/mm、16 N/mm、20 N/mm、32 N/mm，进行仿真得到节流阀流量曲线和泵出口压力曲线如图10和11所示。

图10 不同LS阀弹簧刚度时泵出口压力曲线

图11 不同LS阀弹簧刚度时通过节流阀的流量曲线

由图可知，随着LS阀弹簧刚度在一定范围内的增大，泵出口压力和流量更加趋于平稳，但弹簧刚度过大会增大LS阀两端控制压差的误差。

3.2 有无阻尼孔的影响

在LS阀与恒压阀左右控制油口设置阻尼孔和取消阻尼孔两种情况下，对模型进行仿真，得到泵出口压力曲线和节流阀流量曲线分别如图12和13所示。分析图可知，虽然外加负载恒定，但在没有阻尼孔的的情况下无论是泵出口压力还是节流阀流量均出现了明显的波动，而设有阻尼孔情况下，曲线较为平稳，且设有阻尼孔时，流量响应更加灵敏。

图12 有无阻尼孔时变量泵输出压力曲线

图13 有无阻尼孔时通过节流阀的流量曲线

4 结 语

利用AMESin软件建立了负载敏感泵及其元部件的仿真模型，并通过仿真分析LS阀、恒压阀及泵的

动态性能，与产品样本中描述的工作特性一致，验证了模型的准确性。负载敏感泵出差压力与负载压力的差值与LS弹簧调定保持一致，输出流量与负载流量需求匹配，达到了良好的节能效果。适当增大LS弹簧刚度有利于负载敏感泵的平稳性能，在LS阀与恒压阀左右控制油口设置阻尼孔可以有效提高泵的平稳性和动态响应。

[1] 方桂花,卢进南,陈良武.负载敏感在掘进机升降液压回路中的应用[J].煤炭科学技术,2010(9):94-95+111.

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[3] 徐志刚.负载敏感泵控系统流量控制方法研究[J].液压与气动,2014(12):51-54.

[4] 景俊华.负载敏感系统的原理及其应用[J].流体传动与控制,2010(6):21-24.

[5] 朱建新,朱振新,戴 鹏,等.负载敏感泵的响应特性分析与优化[J].机械科学与技术,2015(6):867-871.