模型

图1。试验台原理图

试验台描述

泵模型由轴向柱塞泵子系统表示。用理想角速度源模拟了原动机对泵的旋转。泵的输出通过管道、控制单元和充当负载的可变孔板。为了测试控制单元对可变负载的响应，在模拟过程中改变孔板的面积。变更概要文件由Spool Pos子系统实现。

试验台中的控制单元由压力/流量控制单元子系统表示。泵控制的负载敏感功能使用固定孔板。无论泵的负载如何，控制单元都能保持这个孔板上的压差恒定。控制单元接收流量控制阀测得的泵输出压力和负载压力信号。基于这些压力，该装置产生轭式位移，从而影响倾斜斜盘在泵中的角度位置。这有助于保持流经流量控制阀的指定压差，并防止泵压力超过预设值。

试验台基本参数:

泵最大排量7.8877e- 6m ^3/rad螺距半径0.04 m活塞面积1.77e- 4m ^2活塞数量5活塞最大行程0.06 m斜盘最大角度35°(0.6109 rad)斜盘旋转点与执行机构臂长0.055 m斜盘执行机构行程0.04 m活塞腔底部孔口直径0.007 m泵最大额定转速260rad /s (2482 RPM)最大压力270bar额定流量1.1e- 3m ^3/s

参数指定所有基本参数模型属性>回调>InitFcn选择。

轴向柱塞泵模型

所研究的泵为5个活塞的轴向柱塞泵。

图2。轴向柱塞泵原理图

泵原理图如图2所示，其中:

1 -移植板

2 -气缸体(转子)

3 -活塞

4 -传动轴

5 -斜盘

泵模型框图如图3所示。

图3。泵模型

泵的每个活塞都由一个叫做活塞的子系统表示。这些子系统是相同的，并连接到泵型号的以下外部端口:

所有活塞的吸入端口(端口A)都连接到低压增压泵的输出，这是用理想液压源块模拟的。增压泵输出压力设置为5e5pa。

轭架连接到所有活塞的Y端口，从而作用于斜摆机构的倾斜板上。轭架的位移受硬止动的限制。

图4。活塞模型

活塞模型(图4)基于单作用液压缸体，通过斜盘缸体与传动轴机械连接。气缸也通过液压连接端口A和B通过移植板可变孔板块。A端口和B端口分别代表泵的出气口和进气口。

港口分配是基于以下考虑进行的:

在活塞模型中，参数相角每个移植板的变孔块，记为相位角A而且相位角B,分别。所有五个活塞的相位角值在轴向柱塞泵子系统掩模编辑器的初始化部分中计算。下表以度为单位显示了它们的值，括号中给出了相应的弧度值:

--------------------------------------------------------------------- 活塞的名字在| |相角相角B |相角泵模型| | |旋转斜盘块  --------------------------------------------------------------------- Piston_1 | 0 | 180(π)| 0 Piston_2 | 72 (1.2566) | -108 (-1.885) (1.2566) Piston_3 | 72 | 144 (5.5133) | -36 (-0.8029) (5.5133) Piston_4 | 144 | -144 (-5.5133) | 36 (0.8029) (-5.5133) Piston_5 | -144 | -72 (-1.2566) (1.885) | 108 | -72 (-1.2566)---------------------------------------------------------------------

活塞模型中的斜盘块还需要指定相位角，以指定活塞相对于斜面的位置。在所选参考点上，斜板相位角值与相位角A值重合，如表所示。

该移植板可变孔块要求角位置的各自活塞在他们的输入。此功能由角度传感器块执行。

其他重要的参数是气缸的行程和活塞相对于缸盖的初始位置。行程必须足够大，即使在斜盘的最大角度，活塞也能往复运动

中风> 2 *PitchRadius＊棕褐色（MaxAngle)，

在哪里PitchRadius缸体的半径是节圆，和MaxAngle是斜板的最大允许角度。

在模型中，最大角度设置为35度(0.6109 rad)，节距半径设置为0.04 m，使得行程大于0.056 m。行程设定为0.06米。活塞初始位置必须等于零初始斜盘角时行程的一半。但初始角度会根据执行器的初始位置改变其值。利用该方程计算了活塞的初始位置

活塞初始位置的计算在子系统掩模编辑器的初始化部分进行。

压力/流量控制单元

控制单元的目的是实现两个功能:负载敏感和压力限制。负载传感是通过维持流经流量控制阀的指定压差来实现的。在试验台模型中(图1)，流量控制阀采用可变面积槽块节流孔进行模拟。阀门上游和下游的压力通过端口P和LSP传递到压力/流量控制单元(图5)。

图5。压力/流量控制单元原理图

这些压力作用于三通换向阀的侧面，并根据定心弹簧的压差和设置成比例地改变阀门。阀门连接的选择方式是使压差增加打开通路a - p，关闭通路a - t。执行机构设置为单杆差动液压缸，其杆与泵轭连接。如果抽油杆沿原理图中箭头方向移动，泵的排量就会增加。由于气缸有效面积的差异，两个气缸室均连接泵时排量增大，无杆气缸室连接油箱时排量减小。因此，阀门上压差的增加导致泵的排量减小，直到它回到预设值。用该公式确定了阀的弹簧预紧力

限压功能的目的是防止泵压力超过预设值。它是通过减压阀和LSP线路上的节流孔实现的。将减压阀设置到所需的最大值。当泵压力增加到这个值时，阀门打开，并导致阀门右腔内的压力减小开径A-P。执行机构向右移动，直到压力恢复到预设值。

负载敏感阀的模型是使用三通换向阀、液压双作用阀执行器、减压阀和固定孔板块建立的，如图6和7所示。

图6。压力/流量控制单元模型

图7。3路阀压力控制模型

压差设置为20bar。三通换向阀路径A-T必须在初始状态下开启，以迫使泵在开始工作时增加排量。B口(负载敏感口)的压升需要打开A-T通道，关闭A-P通道，才能实现负载敏感功能。这些是决定阀门端口连接到系统的原因。其余负载敏感控制阀参数，如弹簧刚度、阀行程、阀孔面积等，在模型中进行调整，以确保所需的精度、稳定性和数值有效性。

通过固定孔板和减压阀块的组合来实现压力限制功能。阀门设置为250bar。在此压力下，通过固定孔的流量增加导致液压双作用阀执行器(图7中的块阀执行器)Y口压力下降，最终导致泵排量减小。

周期描述

模拟循环由六个不同负载条件下的可变面积槽块组成。

循环从零开口信号开始，接着是2.8、5.2、1、-0.8，最后是2.45 mm开口。在循环开始时，泵轴开始以260 rad/s (~2500 RPM)的速度旋转，泵轭初始位置设置为5mm。伺服缸开始增加泵排量，泵压力慢慢增加，当流经流量控制阀的压差接近预设值20 bar后，过程稳定在~0.35 s。此时负载敏感阀打开~1.2 mm。

在循环的接下来三个部分中，尽管负载阀开度发生了变化，但泵实际上保持了相同的产量。

在1秒时，负荷阀实际上完全关闭，导致泵压力上升。当压力达到270bar时，限载功能占主导地位。当压力降至设定值以下时，泵将回到负载敏感模式。

Simscape测井的模拟结果

下图显示了泵活塞内和负载下的流量。活塞压力的循环性质可以看到，以及整体行为的泵保持接近其额定流量。

图中显示了负载传感和限压控制。即使负载发生变化，泵的额定流量仍保持在1.1 m^3/s，如泵输出压力图所示。但是，当泵的输出压力上升到其最大额定压力时，限压控制调节轭位为，流量下降到其额定流量以下。