[發明專利]一種四象限工況下的變轉速單泵控缸閉式系統的液壓缸速度和位移軟測量方法

有效

• 申請號: 202010029061.6
• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111396400B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 張樹忠;李蘇;唐一文;張蘭
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: F15B19/00
• 分類號: F15B19/00;F15B21/00;F15B1/02
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

1.一種四象限工況下的單泵控缸閉式系統的液壓缸速度軟測量方法，其特征在于，包括如下步：

步驟一)根據伺服電機的運動狀態確定系統的工況，并根據伺服電機輸出扭矩計算泵進出口的壓差Δp：

泵工況下

馬達工況下

其中T_a為伺服電機實際輸出扭矩；Δp_P和Δp_M分別為兩種工況下泵進出口壓差；D為泵的排量；C_v，C_f，C_h為油液的粘性、摩擦、液體動態損失系數；S，σ為無綱量的中間量：

其中v為油液粘度，ρ為油液密度，ω為伺服電機角速度；

油液粘度隨溫度變化，油液溫度由溫度傳感器測出；油液粘度的計算方法為：

式中：T為油液溫度；ρ為油液密度；p₀為系統的初始壓力，即大氣壓；p為所在液壓元件的壓力，使用壓力傳感器進行測量；C₁、C₂、C₃為系數，通過實驗擬合得到；

步驟二)計算有效體積彈性模量B_f，計算方法如下：

式中p₀為系統的初始壓力，即大氣壓；p為壓力計算模塊所計算出的泵輸出/輸入壓力；N為氣體多變指數，1≦N≦1.4；X₀為自由空氣的相對含量，B為油液的額定彈性模量；為了使彈性模量更為準確，設定一個最小值B_min：

B_f＝max(B_eff,B_min)

步驟三)計算泵的實際輸出流量或輸入流量，計算方法如下：

泵工況下

馬達工況下

其中q_a為泵的高壓腔的實際輸出/入流量，P和M分別標示泵工況和馬達工況；x為泵排量百分比，此處為1；D為泵排量；ω為伺服電機角速度；Δp為泵進出口壓差；S，σ為無綱量的中間量；C_s為層流系數，C_st為紊流系數；B_f為油液有效彈性模量；

步驟四)所述的液壓缸速度根據流量估算模塊即可獲得，所述的液壓缸的速度的估算為：

在II象限、IV象限中的泵工況下：

v＝(q_{a_P}-K_LΔp_c)/A

在I象限、III象限中的馬達工況下：

v＝(q_{a_M}+K_LΔp_c)/A

其中；v為液壓缸的速度；A為液壓缸有效工作面積，在泵工況下為無桿腔有效面積，在馬達工況下為有桿腔有效面積；Δp_c為液壓缸兩側壓差，K_L為液壓缸的泄漏系數。

2.一種四象限工況下的單泵控缸閉式系統的液壓缸位移軟測量方法，所述單泵為定量泵，其特征在于，包括如下步驟：基于如權利要求1所述的四象限工況下的單泵控缸閉式系統的液壓缸速度軟測量方法，對于四象限工況的液壓缸的速度進行積分，即可得到四象限工況的位移量：

a)I象限中，定量泵工作處于馬達工況，液壓缸有桿腔為高壓腔，位移為x_I：

b)II象限中，定量泵工作處于泵工況，液壓缸無桿腔為高壓腔，位移為x_II：

c)III象限中，定量泵工作處于馬達工況，液壓缸無桿腔為高壓腔，位移為x_III：

d)IV象限中，定量泵工作處于泵工況，液壓缸有桿腔為高壓腔，位移為x_IV：

其中A_A、A_B分別為液壓缸無桿腔、液壓缸有桿腔的作面積；p_A、p_B分別為液壓缸無桿腔、液壓缸有桿腔的壓力，q_A、q_B分別為液壓缸無桿腔、液壓缸有桿腔的輸入流量，K_L為液壓缸泄漏系數。