摘 要：开关电源掌控式表达式柱塞泵在组织工作操作过程中，当阻力达至参数值时，液压泵将组织工作在开关电源状况下。一般来说情况下，其开关电源组织工作灵活性由泵出口产品阻力、阀控制车轮、阀口遮住量和表达式喷嘴等数个组件模块下定决心，因此各模块间互相关连、互相负面影响。该书透过AMESim模拟和前述测试并重的形式，科学研究表达式喷嘴间歇对液压泵开关电源掌控灵活性的负面影响。结果显示，相同的表达式喷嘴的轴向间歇会负面影响液压泵开关电源组织工作灵活性。

关键字：柱塞泵；模拟；掌控灵活性；预测

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引言

开关电源式表达式泵常用做液压伺服系统的开关电源源，对整个系统的控制品质和灵活性有很大关系，往往要求控制机构有良好的灵活性和响应性。

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概述

1.1 开关电源掌控原理

表达式机构是根据泵出口产品阻力与表达式机构阻力参数值的差值控制输出流量，保持泵出口产品阻力为一恒定值。液压泵结构如图1所示，表达式原理图如图2所示。

1.高压车轮2.斜盘回位车轮3.回位喷嘴

4.斜盘5.表达式喷嘴6.开关电源掌控阀

图1液压泵结构图

图 2 液压泵表达式原理图

如图1、图2所示，开关电源掌控主要机构包括开关电源阀、随动喷嘴和回位喷嘴，其组织工作原理为：初始时，阻力掌控阀组织工作在左位，液压泵在回位喷嘴车轮的作用下回到最大排量。此时，表达式喷嘴腔的油液透过掌控阀流向泵壳体内腔。

随着负载阻力的升高，到达零流量阻力，此时，掌控阀阀芯打开，阻力掌控阀组织工作在右位，出口产品阻力油进入表达式喷嘴腔，使得表达式喷嘴推动斜盘，让泵组织工作在零排量( 小排量) ，从而实现了液压泵的开关电源掌控。

1.2 外场故障现象

产品在随主机调试操作过程中，当液压泵出口产品阻力接近泵设定的开关电源表达式点时，泵输出 1L/min 左右的流量，用以维持泵本身和系统的泄漏需求。在这种工况下，接在泵出口产品指针式阻力表出现了周期性的低频振荡现象，摆动幅值约为 0.5MPa左右。

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内厂故障复现

2.1 出口产品阻力曲线

为模拟产品外场故障现象，在内厂故障复现时，在液压泵出口产品设置阻力传感器，采集泵出口产品阻力脉动情况，如图3所示。

图3 泵出口产品设置阻力传感器

当泵出口产品阻力达至开关电源参数值时，得到液压泵出口产品阻力曲线，如图4所示。

图4 液压泵出口产品阻力曲线

由图4可见，泵出口产品阻力稳定，没有出现低频振荡现象，外场故障没有复现。

2.2 表达式喷嘴腔阻力曲线

考虑到泵掌控灵活性直接与泵的掌控机构相关，而掌控机构中，表达式喷嘴一端受到阻力油的作用，另一端推动斜盘表达式，所以，在出口产品阻力曲线中没有复现故障的情况下，采集表达式喷嘴腔的阻力，如图5所示。

图5 采集表达式喷嘴腔的阻力

同样的，当泵出口产品阻力达至开关电源参数值时，得到液压泵表达式喷嘴腔阻力曲线，如图6所示。

图6 表达式喷嘴腔阻力曲线

如图6所示，故障产品表达式喷嘴腔阻力出现低频振荡，故障复现。其振荡幅值为 1.5MPa左右，振荡频率为20Hz左右。同时，表达式喷嘴腔阻力曲线上还存在振幅很小、振荡频率为1500Hz的高频曲线，该频率为液压泵基准频率，由其自身的结构特性导致的。

采集了所有故障产品的表达式喷嘴腔阻力曲线，其振荡幅值和振荡频率均和图 6一致，说明，由于泵表达式机构的不稳定，引起了斜盘的振荡，从而导致了外厂出口产品阻力低频振荡故障。

为了解决该低频振荡现象，运用 AMESim 对液压泵掌控系统进行模拟预测，找出导致低频振荡故障的相关设计模块，并提出改进措施。透过测试，验证改进措施的正确性，从而从根本上解决低频振荡问题。

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AMESim模拟预测

3.1 模型搭建

根据液压泵开关电源掌控机构与原理，运用 AMESim液压组件设计库 HCD 及平面机构库 PLM 建立模拟模型，如图7所示。

图7 液压泵开关电源掌控机构模拟模型

如图7所示，开关电源阀采用HCD液压组件库搭建，而斜盘、表达式喷嘴和回位喷嘴采用PLM平面机构库搭建，从而使得模拟模型更加准确地模拟液压泵掌控机构的前述运动和受力情况。

液压泵掌控模型主要模块参考泵相关零件设计图纸和故障产品相关零件的尺寸计量结果设置，保证了模拟模型与故障产品的一致性。

3.2 模拟预测

根据上述模拟模型，可以得到液压泵表达式喷嘴腔阻力变化曲线，如图 8 所示。

图8 表达式喷嘴腔阻力曲线

将图8局部放大后，得到图9所示的阻力曲线。

图9 表达式喷嘴腔阻力曲线( 局部)

由图9可见，表达式喷嘴腔阻力出现低频振荡现象，其振荡频率为28Hz，与测试结果基本一致，振荡幅值为1.5MPa，与测试结果完全吻合，故模拟模型得到的阻力曲线与前述故障产品采集的阻力曲线基本一致，能比较准确地反应产品的前述情况。

3.3 负面影响不利因素预测

预测相同模块对表达式喷嘴腔阻力低频振荡的负面影响，发现改变表达式喷嘴间歇时，表达式喷嘴腔阻力曲线发生了变化。

( 1）将表达式喷嘴间歇设定为 0.025mm，较故障产品增加0.01mm 时，表达式喷嘴腔阻力曲线如图10所示。

图10 表达式喷嘴腔阻力曲线( 间歇=0.025)

由图可见，间歇增大后，表达式喷嘴腔阻力低频振荡现象消失，说明增加表达式喷嘴间歇有利于消除表达式喷嘴腔的低频振荡。

( 2）继续增大表达式喷嘴间歇为0.08mm，表达式喷嘴腔阻力曲线如图11所示。

图11 表达式喷嘴腔阻力曲线( 间歇 =0.08)

由图可见，间歇增大到0.08mm时，表达式喷嘴腔阻力振荡现象复现，且存在一定的拍振现象，说明表达式喷嘴间歇并非越大越好，而是存在着最优区间。根据上述模拟模型得到该型液压泵表达式喷嘴的最优间歇范围为 0.025～0.07mm。

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测试验证

图12 表达式喷嘴腔阻力曲线( 间歇=0.03)

与图6对比可知，将故障产品的表达式喷嘴间歇增大到 0.0 mm 后，表达式喷嘴腔阻力低频振荡故障消失，阻力曲线的频率为1500Hz。将该产品送至主机进行调试时，接在泵出口产品指针式阻力表未出现摆动现象，出口产品阻力曲线也未出现出口产品阻力低频振荡现象，曲线频率为1500Hz，该频率值为液压泵本身基准频率，其阻力曲线如图13所示。

图13 表达式喷嘴腔阻力曲线

由此说明，经过AMESim模拟计算和预测后，提出的改进措施是有效的，可以解决该型液压泵出口产品阻力低频振荡故障。

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结论

( 1）模拟及测试结果显示，表达式喷嘴间歇是负面影响液压泵表达式掌控灵活性的不利因素之一。

( 2）表达式喷嘴间歇不是越大越好，而是存在最优区间。在最优范围内 0.025～0.07mm 时，液压泵掌控稳定，不会出现出口产品阻力低频振荡现象。当表达式喷嘴间歇超过 0.08mm 时，液压泵出口产品阻力出现低频振荡现象。

( 3）透过 AMESim 中的 HCD 液压组件设计库和PLM 平面机构库可以真实、准确地模拟液压泵前述组织工作状况和各零部件间受力和运动情况。

参考文献

[1] 梁全，苏齐莹.  液压系统 AMESim 计算机模拟指南[M]. 北 京: 机械工业出版社，2014．

[2]李玉琳． 液压组件与系统设计[M].北京: 北京航空航天大学出版社，1991．

[3]冯淑华，等．机械掌控工程基础[M].北京: 北京理工大学出版社，1991．

[4]王春行． 液压掌控系统[M].北京: 机械工业出版社，1999．

[5]孔珑，流体力学[M].北京: 高等教育出版社，2003．

[6]李壮云． 液压组件与系统[M.北京: 机械工业出版社，2005．

[7]付永领，祁晓野.AMESim 系统建模和模拟[M].北京: 北京航空航天大学出版社，2006．

该书刊登于我刊2020年第9期

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