一种电液伺服系统热平衡确定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106224327A(43)申请公布日2016.12.14(21)申请号201610833841.X(22)申请日2016.09.19(71)申请人北京精密机电控制设备研究所地址100076北京市丰台区南大红门路1号申请人中国运载火箭技术研究院(72)发明人吕凤实张晓莎景光辉王增秦向明兰天(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人马全亮(51)Int.Cl.F15B19/00(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种电液伺服系统热平衡确定方法(57)摘要一种电液伺服系统热平衡确定方法，针对伺服机构的热平衡计算，现有方法是将伺服系统看成一个温度整体，假定能源功率全部转化为发热，被油液和结构通过热容吸收并转化为温升。然而，伺服系统组成零部件多、各零部件温度差异大、工作和发热机理复杂，这种方法难以较精确地模拟其热特性。本发明将伺服系统分解为涡轮、切线泵、换热器和溢流阀等主要元器件，将各元器件分成流动节点与外壁节点，计算各个部分的热量，通过热容-热阻(R-C)理论建立伺服系统的热模型，热量随着液压油在伺服系统中循环流动，各节点热量相互影响，最终达到伺服系统的热平衡。CN106224327ACN106224327A权利要求书1/3页1.一种电液伺服系统热平衡确定方法，其特征在于步骤如下：(1)建立涡轮泵热模型，该涡轮泵热模型包括轴承腔油液节点、切线泵出油节点、切线泵外壁节点、涡轮主轴节点、涡轮摩擦副动节点、涡轮摩擦副静节点和涡轮外壁节点；(2)建立电液伺服系统热模型，包括涡轮、切线泵、换热器和溢流阀；(3)计算切线泵出油节点的温度Tp；(4)计算涡轮轴承腔油液节点温度Tpr；(5)计算切线泵外壁节点温度Tpw；(6)计算涡轮外壁节点温度Tww；(7)计算涡轮主轴节点温度Twz；(8)计算涡轮摩擦副动节点温度Twd；(9)通过公式计算涡轮摩擦副动节点上的热量其中为动环发热量；为摩擦生热量；(10)机械密封相对圆周滑动的摩擦生热量其中，f为机械密封摩擦系数；Pc为机械密封正压力；为动密封平均线速度；Af为机械密封接触面积；(11)计算涡轮摩擦副静节点的温度Twj；(12)通过公式计算摩擦副静节点上的热量其中为静环发热量；(13)计算溢流阀流动节点上的温度Ty；(14)计算溢流阀外壁节点的温度Tyw；(15)计算换热器流动节点的温度Tl；(16)计算换热器外壁节点的温度Tlw；(17)按照电液伺服系统中油液的循环流动，根据电液伺服系统中各节点的初始条件，通过步骤(3)～(16)分别求解每个油液循环所对应的电液伺服系统中各节点的温度，当满足热平衡条件的时候，当前油液循环对应的电液伺服系统中各节点的温度即为所述电液伺服系统的热平衡温度。2.根据权利要求1所述的一种电液伺服系统热平衡确定方法，其特征在于：所述步骤(17)中热平衡条件是指：在两次相邻的循环计算中每个节点的温度差的绝对值均不大于0.5℃，即在第n个循环中计算得到的各节点温度与在第n+1个循环中计算得到的温度之差均不大于0.5℃，则认为此时电液伺服系统达到了热平衡。3.根据权利要求1所述的一种电液伺服系统热平衡确定方法，其特征在于：所述步骤(17)中初始条件为：步骤(3)的初始条件为：t＝0，Tp＝Te；；步骤(4)的初始条件为：t＝0，Tpr＝Te；步骤(5)的初始条件为：t＝0，Tpw＝Te；步骤(6)的初始条件为：t＝0，Tww＝Te；步骤(7)的初始条件为：t＝0，Twz＝Te；步骤(8)的初始条件为：t＝0，Twd＝Te；步骤(11)的初始条件为：t＝0，Twj＝Te；步骤(13)的初始条件为：t＝0，Ty＝Te；步骤(14)的初始条件为：t＝0，Tyw＝Te；步骤(15)的初始条件为：t＝0，Tl＝Te；步骤(16)的初始条件为：t＝0，Tlw＝Te。4.根据权利要求1所述的一种电液伺服系统热平衡确定方法，其特征在于：所述步骤(3)计算切线泵出油节点的温度Tp，具体为：通过公式2CN106224327A权利要求书2/3页计算切线泵出油节点的温度Tp；其中ρ为液压油的密度，Vp为切线泵容积；t为时间；Tt为油箱流动节点温度；q1、q4分别为切线泵输出流量和涡轮泵轴承腔油液流量；hpi为油液与泵支座内表面对流换热系数；Api为泵支座内表面对流换热面积；hpz为油液与涡轮泵主轴的对流换热系数，Apz为涡轮泵主轴表面对流换热面积；Tpw为切线泵外壁节点温度；Twz为涡轮主轴节点温度；p1、p2分别为切线泵进、出口压力；为涡轮主轴对泵吸油做功功率，η为切线泵效率；cp为液压油定压比热容，Th为作动器节点温度。5.根据权利要求1所述的一种电液伺服系统热平衡确定方法，其特