启闭机液压系统特性分析

刘书奇

摘 要：本文研究了一种新的液压系统同步回路结构，其基于传递函数建立液压系统的关键元件A11VO比例变量泵的数学模型、机械结构图，并完成开环传递函数的建模，完成控制策略的设计并改善系统的动态特性，为后续液压闸门启闭机的研究工作提供参考。

关键字：液压系统;比例变量泵;动态特性

中图分类号：TP273       文献标识码：A       文章编号：1003-5168（2021）30-0046-03

Abstract： In this paper， a new synchronization loop structure of hydraulic system was built. The mathematical model and mechanical structure of the key element A11VO proportional variable pump in the hydraulic system were established based on transfer function. And the open-loop transfer function model was completed. Besides， the design of the control strategy was completed and the dynamic characteristics of system was improved. It can provide reference for the follow-up research of hydraulic gate hoist.

Keywords： hydraulic system; proportional variable pump; dynamic characteristics

1 研究背景

用于开启与关闭闸门的专用机械设备——闸门启闭机，已经在诸多领域被广泛应用，涉及水利工程、航运建设、发电站工程、防洪涝等领域。闸门启闭机可以划分为两种类型，分别为卷扬式和液压式闸门启闭机。卷扬式启闭机的工作原理主要是通过卷扬机吊起闸门，并通过闸门的自身重量关闭闸门。如果闸门的重量不足，闸门在关闭过程中可能出现闸门卡塞问题，造成闸门无法关闭，将会带来不可预知的风险。因此，卷扬式闸门启闭机的可靠性有待提升，这也限制了其应用领域，多在一些小型闸门工程中使用[1]。与卷扬式闸门启闭机相比，液压式闸门启闭机是通过液压缸压力作用实现闸门的关闭与吊起功能，在工作过程中通过对闸门施加拉力吊起閘门，也可施加推力帮助闸门关闭。液压闸门启闭机的工作原理能有效解决卷扬闸门启闭机的缺点及风险问题，其结构较为简单，尺寸布局较为紧凑，具有较强的承载能力，能够承载较大的冲击力，吊起与关闭闸门的过程中能够平稳进行，而且能够实现对闸门开启和关闭的速度及方向的控制。具有诸多优点的液压式闸门启闭机在工程领域逐渐取代了卷扬式启闭机，应用范围逐渐扩大[2]。

图1为某型号的液压式闸门启闭机的液压系统原理图，其主要工作原理为：液压系统所需要的高压油源通过泵组将机械能转化的液压能提供;对泵组出口压力的调节需要通过压力控制阀组进行控制，通过调节压力控制阀组内部分布的D20、A08、F15三个球形阀组的通断对泵组的出口压力进行控制。

本文研究了一种新的液压系统同步回路结构，基于传递函数建立液压系统的关键元件A11VO比例变量泵的数学模型、机械结构图，完成其开环传递函数的建模，完成控制策略的设计并改善系统的动态特性。

2 A11VO比例变量泵数学建模

2.1 A11VO比例变量泵结构模型

图2为A11VO比例变量泵内部油路结构，该变量泵带有压力切断功能。

A11VO比例变量泵主要由压力切断阀、调压弹簧、力反馈弹簧、变量比例控制阀、两个油缸等部分组成。A11VO比例变量泵的控制液压油液经过阻尼孔后对小变量缸直接起作用，对无杆腔起作用的大变量缸控制液压油液则需要经过比例变量调节阀。因此，外在负载的变化及G油口的控制压力决定了小变量缸无杆腔的压力变化，而比例变量调节阀则对大变量缸无杆腔的压力起作用。

2.2 比例变量泵数学模型

2.2.1 搭建变量比例控制阀流量方程。变量比例控制阀流量方程式如式（1）。

3 结论与分析

由方程（15）可以得出，电磁铁电流增益[ki]、比例阀流量增益系数[kq]、比例阀弹簧刚度[kv]以及大变量缸有效作用面积[Ag]等参数是决定系统开环增益[KM]的主要因素。

①当[KM]逐渐变大时，比例变量泵系统的响应速度越来越快，但系统的稳定性将会降低。

②[KM]与[kq]成正比，比例阀的面积梯度取决于[kq]的大小，当[kq]变大时，系统响应速度加快，稳定性会降低。

③为提高系统的稳定性，可以通过减小[ki]和增大[kv]的方式，降低系统开环增益。但是过度降低[ki]的值会使系统能量消耗增大，从而降低系统效率，响应时间会延长。

④为提高系统的稳定性，可以减小[Ag]的值，达到降低系统开环增益的效果。

参考文献：

[1] 刘文军，杨永平，谢新钧.双缸式液压启闭机自动纠偏的实践与改进[J].消费导刊，2010（6）： 200-201.

[2] 秦雅岚.双缸液压启闭机闸门纠偏控制的电气实现[J].人民长江，2009（2）：86-87.