基于AMESim的液压变压器输出压力特性仿真研究.pdf

Oc t ．2 01 2 机床与液压 Hy d rome c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g Vo 1 ． 40 No ． 1 9 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 9 ． 0 2 0 S i mu l a tio n S t u dy o n Ou t pu t Pr e s s ur e Cha r a c t e r i s tic s o f Hy d r a uli c Tr a n s f o r me r Ba s e d o n AM ES i m L I U Yi o u ， HUA NG Ya n o n g， YU J u n， L I S h e n Wu h an S e c o n d S h i p De s i gn I n s t i t u t e，Wu h a n 4 3 0 0 6 4，Ch i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r a n a z e s t h e p r i n c i p le o f h y d r a u l i c t r a n s f o r me r H T ．T h e mo d e l i n g， s imu ‘ Ia t io n a n d a n a l y s i s o f H T ar e e s t a b l i s h e d a n d a c c o mp l i s h e d i n AMESIm．Th e ou t p u t p r e s s u r e c u r v e s o f HT u n d e r diff e r e n t c o n t r o l a n g l e s a r e o b t a i n e d．Simu la t i o n r e s u It s s h o w t h a t t h e r e a l t r a n s f o r ma t io n r a t io i s n o t i n a c c o r d a n c e wIt h t h e t h e o r e t i c a l c u rve a n d a ma x i mu m v a l u e e x is t s if t h e v i s c O u s f r i cti o n a n d le a k a g e a r e t a k e n i n t o a c c o u n t ，a n d t h e s t e a d y o u t p u t p r e s s u r e p u l s a t io n a n d d y n a mi c o u t p u t p r e s s u r e i mp a c t c o u l d b e c o n t r o l l e d i n a r e a s o n a b l e z o n e ． K e y wo r d sh y d r a u l ic t r a n s f or me r ，ou t pu t p r e s s u r e c h a r a cte r i s t i c s，AMESim mo d e l i n g，s imu l a 。 t i o n，t r a n s f o r ma t io n r a t io I n 1 9 9 7，a n e w c o n c e p t o f HT c a l l e d t h e I n n a s h y d r a u l i c t r a n s f o r m e r I H T w a s d e v e l o p e d b y I n n as BV ，Ne t h e r l a nd ． e n e w t y p e HT，wh i c h i n t e g r a t e d t h e p u mp a n d mo t o r t o g e t h e r ，h a s ma n y a d v a n t a g e s s uc h a s s i mp l e r s t r u c t u r e，s ma l l e r s i z e a n d h i g h e r e f - fi c i e nc y ． Ba s e d o n AMES i m ，mo d e l i n g。 s i mu l a t i o n a nd a n aly s i s o f o u t p u t p r e s s ur e c ha r a c t e ris t i c s o f HT a r e c a r r i e d o u t i n t h i s p a pe r ． T he t h e o r e t i c al b a s i s h a s b e e n p r o v i d e d f o r t h e c o n s t ru c t i o n d e s i g n a n d r e ． s e arc h o f HT． 1．S t r uc t ur e a n d wo r k i n g pr i n c i p l e o f hy - d r a ul i c t r a n s f o r me r Th e HT i s a h y d r a u l i c c o mp o n e n t ，wh i c h c a ll a c h i e v e p r e s s u r e t r a n s f o r ma t i o n i n t h e h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n．T he n e w t y pe HT wa s g a i n e d b a s e d o n fi x e d a x i a l pi s t o n p u mp o r a x i al p i s t o n mo t o r ，b y c h a n g i n g i t s t wo ki d ne y s i n s wa s h p l a t e i n t o t h r e e ． Th r o u g h c h a n g i n g t h e c o n t r o l a n g l e o f v a l v e p l a t e，t h e fl o w i n a n d o u t o f H T c a n b e a d j u s t e d t o r e a c h t h e p u r p o s e o f t he o u t p u t p r e s s u r e c o n t r o 1 ． Re c e i v e d201 2 0 82 3 LI U Yi o u． E- ma i l l i u y o u． h us t 1 63． c o m 1 ． 1 ． St r u c t ur e o f hy d r a u l i c t r a n s f or m e r As s h o wn i n Fi g ．1， t he s t ruc t u r e o f I n n a s h y d r a u l i c t r a ns f o r me r wa s i mp r o v e d b y us i n g pi s t o n mo t o r ．Th e A，B a n d T k i d n e y p o r t s c o n n e c t t h e h i g h p r e s s u r e s o u r c e，l o a d p r e s s u r e po r t a n d l o w p r e s s u r e Sn l 】 me ． S w F i g ． 1 S t r u c t u r e o f t h e h y d r a u l i c t r a n s f o r me r 1 ． 2． W o r k i n g pr i nc i pl e o f HT T he wo r k i n g r e l a t i o n s h i p b e t we e n t he pi s t o n a n d t h e v a l v e p l a t e i s g i v e n i n Fi g． 2．0 i s t h e a n g l e po s i t i o n o f t h e k i d n e y A r e l a t i v e t o BDC o f t h e p l u n g e r mo v e me n t o r t h e c o n t r o l a n g l e o f t he h y d r a u l i c t r a n s f o r me r ，whi l e o ／ A， o L 口a n d a r e t h e n o rm a l a r c l e n g t h o f e a c h k i d n e y，r e s p e c t i v e l y． L I U Yi o u， e t a l S i mu l a t i o n S t u d y o n Ou t p u t P r e s s u r e C h a r a c t e ri s t i c s o f Hy d r a u l i c T r a n s f o r me r B a s e d o n AMES i m 1 0 5 TDC BDC Fi g ． 2 The p o s i t i on r e l a t i o n s h i p o f p i s t o n a n d v a l v e p l a t e W he n 00．t he l e ft a n d fig h t a r e a o f k i d n e y A a r e e q u a l ， t h e n d ri v e n t o r q u e an d b r a k e t o r q u e w h i c h c a r r i e d o n t h e c y l i n d e r b yP fi r e als o e q u al ，the c y l i n d e r d o e s n o t mo v e ．Wh e n 00．t h e c y l i n d e r g e t s r o t a t e d wi t h a c e r t a i n s p e e d ． W i th t h e t u rn i n g o f t h e c y l i n d e r ，t a k e n o a c c o u n t o f the f ric t i o n t o r q u e，the t o t a l t o r qu e g e ne r a t e d b y t h e t h r e e k i d n e y p 0 r t s ar e a s f o l l o ws △ 十 ． ， 1 T ki d n e y p o r t c o n n e c t s wi t h t a n k，P 0，T 0．W h e n 0，the HT i s s pe e d e d u p，wh e n 0，t h e HT r u n s a t a c e r t a i n s p e e d． As s ho wn i n F i g ． 3，wh e n 06 0。，p i s t o ns s u c k o i l f r o m A a n d T l ，d i s c h a r g e s o i l f r o m B a n d ， s i n c e t h e a mo u n t o f s u c k e d a n d q u al ，the p r e s s u r eA e q ua l s t o p r e s s u r e B．Th e r e s u l t i s i n a c c o r d a n c e wi t h t h e o r e t i c al t r a n s f o r ma t i o n r a t i o a s s h o wn i n Fi g ． 4． F i g ． 3 T h e i n l e t a n d o u t l e t c h a mb e r v o l u me s o f t h e p i s t o n s ，w h e n 06 0 。 F r o m E q ． 1 ，t h e p r e s s u r e r a t i o o f P B t o P A c o u l d b e o b t a i n e d a s f o l l o w s [ 1 ] A PA s i n i n s in 2 一 ． s in 2 ， 2 W he r e， A 口 1 2 0。 ， t h e f un c t i o n C H I Ne o f t h e t r a n s f o rm a t i o n r a t i o A a n d c o n t r o l a n g l e 0 i s a s f o l l O WS 1 0 2 0 30 40 5 0 6O 7O 8 O 901 0 0 l 1 01 2 0 C o n t r o l a n g l e 0 ／ 。 F i g ． 4 P l o t o f t r a n s f o r ma t i o n r a ti o w i t h c o n t r o l a n g l e 2． A Ⅲ S i m mo de l o f HT 2． 1． Pi s t on mov e m e nt mo de l o fHT W i t h t h e c y l i n d e r t u r n i n g，t h e p i s t o n o f HT i s un d e r the c o n t r o l o f s wa s h p l a t e t o b a c k a n d f o rth mo v i n g ．Whe n t h e s wash p l a t e a n g l e i s fi x e d，t h e r e l a t i v e v e l o c i t y o f t h e p i s t o n a s c o mp a r e d t o t he c y l - i n d e r i s舀 V e n b y [ 2 ] w R t a n fl s i n 3 Wh e r e ，R i s d i s t r i b u t i o n r a d i u s o f p i s t o n ， 卢 i s the i n c l i n a t i o n a n g l e o f s wa s h p l a t e， o 9 i s a n g u l ar v e l o c i t y o f c y l i n d e r ， i s r o t a t i o na l c o o r d i n a t e ． Th e p i s t o n mo v e me n t mo d e l b a s e d o n AMESi m i s s h o wn i n F i g ．5．Ve l o c i t y s wi t c h e r c a n c h a n g e t h e i n p ut s i g na l t o l i n e a r v e l o c i t y a c c o r d i ng t o t he f un c t i o n． Fi g． 5 AMES i m mo de l o f a p i s t o n mo v e me n t F r o m E q ． 3 ，t h e v e l o c i t y f u n c t i o n o f p i s t o n c a n b e g i v e n a s ， t a n - r r ／ 1 8 0 x s i n r ／ 1 8 0 y 4 2． 2 ． AM ES i m mo d e l o f a p i s t o n i n l e t a n d o u t l e t Co n s i d e ri n g t h e v i s c o u s f ri c t i o n a n d i n n e r l e a k 6 5 4 3 2 l O 0_ 时． I I 1 0_【 爵吕 ． I oH∞ I I 时． I Hy d r o me c h a t r o ni c s En g i n e e r i n g a g e，i n l e t a n d o u t l e t mo d e l o f t h e p i s t o n a r e a s f o l - l o ws As s h o wn i n F i g ．6，t he flo w a r e a o f t h e p i s t o n c h a mb e r i S r e l a t e d w i t h t h e c y l i n d e r a n g l e a n d v a l v e p l a t e c o n t r o l a n g l e，t h e v a l v e p l a t e c o n t r o l a ng l e i s de f i n e d b y a g l o b al p a r a me t e r ． Th e flo w a r e a i s e x p r e s s e d a s the o pe n a r e a o f t h e v a r i a b l e t h r o t t l e v alv e ．An d t h r e e k i d n e y p o r t s i n v alv e p l a t e a r e c o n- ne c t e d wi t h A ，B a n d T p o r t s u n d e r t h e c o n t r o l o f the s i g n al s w i t c h e r a n d f u n c t i o n c u r v e ． F i g ． 6 AME S i m mo d e l o f a p i s t o n i n l e t a n d o u t l e t T a b． 1 S i mu l a t i o n p a r a me t e r s 3．Out p ut pr e s s ur e c ha r a c t e r i s t i c s a na l y s i s O f HT I n o r d e r t o a n a l y z e t e r i s t i c s o f HT，t he p l o t s a r e s h o wn i n Fi g ． 7 wh e n s p e c t i v l e y ． 30 25 20 l 5 l 0 5 0 O t h e o u t p ut p r e s s u r e c h a r a c - o f o u t p u t p r e s s u r e wi t h t i me 02 0。，6 0。 a n d 1 0 0。，r e 一 0 0 ． 5 1 ． O 1 ． 5 2 ． O 2． 5 3． 0 t ／ s F i g ． 7 T h e o u t p u t p r e s s u r e c u r v e s o f h y d r a u l i c t r a n s f o r me r F r o m F i g ．8。 i t c o u l d b e c o n c l u d e d t h a t t h e s mall e r the c o n t r o l an g l e，the s h o rte r the s t e a d y r e ． s p o n s e t i me ．At t h e s a me t i me，the i mpa c t o f s t a r t u p p r e s s u r e g e t s d e c r e a s e d ． As s h o wn i n Fi g． 9，wh e n 01 0 0。，ma i n f r e q u e nc y o f the s t e a d y o u t pu t pr e s s u r e i S 41 2． 5 Hz．t h e a v e r - a g e r o t a t i o n s p e e d i s 2 7 5 2 r ／mi n ． Un d e r the s a me p a r a me t e r s，P b e c a l c u l a t e d ul s a t i n g f r e q u e n c y o f p i s t o n pu mp c o u l d a s f o l l o ws ／ n z4 1 2 ． 8 n z 6 0 ～ 、 1 ． 2O 1 ． 25 1 ． 30 1 ． 3 5 1 ． 4 0 1 ． 45 1 ． 5 0 1 ． 5 5 1 ． 60 t i S 0 ． 1 O O ． 0 8 O ． 0 6 0 ． 0 4 0 ． 0 2 0 ． 0 0 _ ● I I 1 ．I I ． I ． ． ． ． ． ． ． O． O 1 ． O 2． 0 3． 0 4． 0 5． 0 6． 0 f／ Hz F i g ． 8 F F r o f t h e h y dra u l i c tran s f o r me r s t e a d y o u t p u t p r e s s u r e， w h e r e 01 0 0。 x 1 0 I t i n d i c a t e s t h a t s t e a d y o u t p u t pr e s s u r e p u l s a t i o n o f HT i s ma i n l y d e p e n d o n t he i nh e r e nc e p u l s a t i o n o f p i s t o n p u mp． F r o m F i g ．1 0 we c a n fin d t ha t whe n 01 4。．t h e HT g e t s s t o pp e d s i nc e t h e d r i v e n t o r q ue i s l e s s t h a n the f r i c t i o n t o r q u e．W i t h t he i n c r e a s e o f 0．t h e r o t a t i o n s p e e d o f HT g e t s i mp r o v e d ．Wh e n 01 0 5 ． 9 。 ． t h e the o r e t i c a l o u t p u t fl o w an d p o we r r e a c h t h e ma x i mu m ，t he t r a ns f o r ma t i o n r a t i o r e a c h e s the ma x i mu m v a l u e a s we l l ； Th e n， t h e r o t a t i o n s pe e d g e t s i n ∞∞ B d ／ 。 鲁∞ ∞ I d 售拿l1 0 ≈ ．I n s ∞ 。 l d l n e 0 砖 苫 ．I I 1 ∞ 呐 ．I 口 ej0 1 08 Hy d mme c h a t r o ni c s En g i n e e r i n g 4 G r e a t e r mo me n t o f i n e r t i a a n d s m a l l e r s w a s h p l a t e a n g l e a r e p r o p i t i o u s t o r e s t r a i n t h e p r e s s u r e i m p a c t i n r e g u l a t i n g p r o c e s s o f HT． Re f e r e n c e s [ 2 ] [ 3 ] OU YAN G X i a o p i n g ． R e s e a r c h o n t h e h y d r a u l i c t r a n s f o r m- e r [ D] ． H a n g z h o u Me c h a n i c a l a n d e n e r g y E n g i n e e r i n g Co l l e g e， 2 0 05． Z HAI P e i x i an g ． De s i g n o f s w a s h p l a t e a x i a l p i s t o n p u mp [M ] ． S e ij i n g C h i n a C o a l I n d u s t r y P u b l i s h i n g Ho us e， 1 9 8 7． GU O Yo n g ， WANG Yo n g g a n g ， Y E P e n g f e i ， e t a 1 ． Mo d e l i n g an d s i mula t i o n r e s e a r c h o n t h e a x i al p i s t o n p u mp h a s e d o n A M E S I M[ J ] ． Mode m M anu f a c t u r i n g E n gi n e e r - i n g ， 2 0 0 8 1 1 1 c r 7 1 0 9 ． [ 4 ] L U N i n g ， F U Y o n g l i n g ， S U N X i n x u e ． D i gi t a l m ode l i n g o f d o u b l e p r e s s a x i al p i s t o n p u mp a n d i t s t h e rm al a n aly s i s b a s i n g o n A ME s I M[ J ] ． J o u r n a l of B e i j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s and A s t r o n a u t i c s ， 2 0 0 6 ， 3 2 9 1 o 5 5 1 0 5 8 ． [ 5 ] P e t e r A J A， Z h a o F ， G e o r g e s EM， e t a1． T r ans f o r m i n g f u t u r e h y dra u l i c s a n e w d e s i gn o f a h y dr a uli c t r an s f o r me r [ c ] ． Ⅱn k p i n g ， S w e d e n i T h e F ／ f t h S c and i n a v i an l n t e ma - t i o n a l C o n f e r e n c e o n nu i d P o w e r ． 1 9 9 7 ． 『 6 ] We md i n R ． 陆 c i e n c y p e r f o rmanc e and c o n t r o l asp e c t s o f a h y dra ul i c tr a n s f o rme r[ C] ／ ／ T a m p e r e ， F i uland T h e S i x t h Sc an d i n a v i an I n t e rna t i o n al C o nfe r e n c e o n F l u i d P o w e r ． 1 9 9 9 3 9 54 0 7 ． 基于 A M E S i m的液压变压器输出压力特性仿真研究 刘贻欧 ， 黄亚农 ， 于俊 ， 黎申 武汉第二船舶设计研究所 ， 武汉4 3 0 0 6 4 摘 要 分析 了液压 变压 器的工作原理 ， 利 用 A ME S i m软 件对液压 变压器进行建模 、 仿 真和分析 ， 得到 配流盘在不同控制角度下液压变压器的输出压力曲线。结果表明， 在考虑粘性摩擦和泄漏的情况 下， 液压变压器实际变压比曲线与理论曲线不一致， 存在最大变压比； 稳 态输 出压力脉动和动 态输 出压力冲击可控制在合理范 围之 内。 关键词 液压变压器； 输出压力特性； A ME S i m建模； 仿真； 变压比 中图分类号 T Hl 3 7 ． 7 C o n t i n u e d o n 4 2 p a g e 超高压水液压柱塞泵柱塞副泄漏性能分析 杨珍 ， 吴德发 ， 陈经跃 ， 刘银 水 华中科技大学 机械科学与工程学院， 武汉4 3 0 0 7 4 摘要 针对额定压力8 0 MP a ， 额定流量8 L ／ mi n的超高压水液压柱塞泵的密封结构建立了泄漏模型。 对其进行了仿真分析， 得到密封间隙大小、 接触长度、 柱塞两端压差等因素对泄漏量的影响。仿真 结果表明 该结构在超高压水液压泵中具有良好的密封性能， 对泵结构的优化改进具有一定的指导 意义， 并为后续的试验研究指明了方向。 关键词 水液 压 ； 超 高压 ； 柱塞 泵； 泄漏 ； A M E S i m 中图分类号 T H 3 2 2