【文章內容簡介】 調速回路及其功率—負載特性調速回路中執(zhí)行元件工作功率與負載之間的關系稱為功率—負載特性。如圖2l所示，油缸活塞穩(wěn)定運動時，其功率表達式為(忽略摩擦力)： （212）V液壓缸運動速度；P液壓缸輸出功率；F負載。根據(jù)式（24）我們最終可以的： P=FKATppFA1m/A2 （213） 上式即為回油路節(jié)流調速回路的功率—負載特性方程式，該式表明液壓缸的功率受到節(jié)流閥通流截面積和負載的影響[10]。液壓泵功率計算式為： （214）Ph液壓泵功率；qp液壓泵流量；pp供油壓力。回油路節(jié)流調速回路系統(tǒng)的工作效率表示的是液壓缸輸出功率與液壓泵功率之間的比，它表示的是在液壓泵功率一定時該系統(tǒng)的工作能力，表達式為： （215）3 MATLAB簡介MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足[11]。本文主要應用其科學計算和工程繪圖的功能，對回油節(jié)流調速回路的理論公式進行了模擬與仿真，得到了直觀的圖像結果，有助于我們對回路的特性的掌握。4 使用MATLAB軟件進行動態(tài)仿真分析 對回油節(jié)流凋速回路的速度負載特性進行仿真研究。將理論分析的公式輸入MATLAB程序，通過參考液壓元件手冊數(shù)據(jù)，對各參數(shù)進行賦值，從而得到曲線，并進行分析。 不同節(jié)流閥通流面積下速度負載特性首先是利用式（28）對速度與負載的關系進行分析。這里我們選用薄壁孔，即m=。經(jīng)過MATLAB軟件進行動態(tài)仿真分析，可以得到速度—負載特性曲線如圖41所示：圖41 不同節(jié)流閥面積速度負載曲線它反映了該回路執(zhí)行元件的速度隨其負載而變化的關系。圖中橫坐標為液壓缸的負載，縱坐標為液壓缸或活塞在有桿腔的運動速度。第3條曲線分別為節(jié)流閥通流面積為ATATAT3 (AT1＞AT2＞AT3)時的速度—負載特性曲線；(1) 據(jù)仿真圖41可以看出，當負載壓力一定的時候，開口AT越大，液壓缸的運動速度越大。(2) 從圖41可以看出，當節(jié)流閥通流面積不變時， 負載壓力逐漸增大，液壓缸的運動速度卻是逐漸減小的；(3) 在負載壓力相同時，節(jié)流閥的開口AT大的速度剛性比開口小的速度剛性差，即開口大的節(jié)流閥流量曲線比較陡，負載變化對其流量的影響較大。(4) 負載壓力有最大值限制，而這也正符合了前面所作的理論分析，即要小等于ppA1的乘積[12]。 不同的定量泵出口壓力下的速度負載特性通過選取不同的液壓定量泵，其他條件不變得出三組速度負載特性曲線。 圖42 不同的定量泵出口壓力下的速度負載曲線選取的橫縱坐標與圖42相同，仍然為速度負載曲線，可以看出：（1） 在相同負載下，定量泵輸出的供油壓力大的，速度越大。（2）根據(jù)定量泵輸出供油壓力的不同，液壓回路所能承受的最大負載也不同，供油壓力越大，所能承受的負載越大。（3）曲線的斜率絕對值根據(jù)式（29）仍然能體現(xiàn)速度的剛性，定量泵輸出壓力越小的，曲線越陡，速度剛性較差。 不同的液壓缸有桿腔面積大小對速度負載曲線的影響工程應用中，我們會用到不同型號的液壓缸，下面選用不同型號的液壓缸，研究其對速度負載特性曲線的影響。首先保持液壓有桿腔的面積不變，改變無桿腔的面積A1，根據(jù)式（28）通過Matlab仿真我們得到如下曲線:圖43 不同的液壓缸無桿腔面積大小對速度負載的影響通過圖像我們可以看出：（1）負載相同時，無桿腔面積越大，速度越大。（2）根據(jù)無桿腔面積的不同，液壓回路所能承受的最大負載也不同，無桿腔面積越大，所能承受的最大負載越大。（3）曲線的斜率絕對值根據(jù)式（29）仍然能體現(xiàn)速度的剛性，無桿腔面積越小的，曲線越陡，速度剛性較差。再保持無桿腔面積A1不變，改變有桿腔的面積A2，根據(jù)式（28）仿真得到：圖44 不同液壓缸有桿腔面積大小對速度負載曲線的影響通過圖像我們可以看出：（1）負載相同時，有桿腔面積越大，速度反而越小。（2）有桿腔面積的不同，對液壓回路所能承受的最大負載越?jīng)]有影響。（3）曲線的斜率絕對值根據(jù)式（29）仍然能體現(xiàn)速度的剛性，有桿腔面積越小的，曲線越陡，速度剛性較差。 對回油節(jié)流凋速回路的速度剛性與負載關系進行仿真研究。 在不同節(jié)流閥通流面積下速度剛性負載特性前面的理論推導，我們還研究了速度剛性與負載的關系，根據(jù)式（210）我們可以得到速度剛性與負載的關系曲線圖，首先，我們研究在液壓缸兩腔面積、定量泵供油壓力和節(jié)流閥指數(shù)一定時，節(jié)流閥通流面積不同時速度剛性與負載的關系，如下圖所示：圖45 不同節(jié)流閥面積速度剛性與負載的關系可以看到，與理論分析的結果相同：（1）當節(jié)流閥通流面積不變時，負載F越小，系統(tǒng)速度剛度T就越高；反之，若F越大，則T進越低；(2) 當負載F不變時，節(jié)流閥開口面積越小，則系統(tǒng)速度剛度T就越高；反之，若節(jié)流閥開口面積越大，則T就越低； 不同節(jié)流閥指數(shù)下速度剛性與負載的關系繼續(xù)研究速度剛性與負載的關系，根據(jù)式（210）我們還可以研究在液壓缸兩腔面積、定量泵供油壓力和節(jié)流閥通流面積一定時，節(jié)流閥指數(shù)不同時速度剛性與負載的關系，如下圖所示：圖46 不同節(jié)流閥指數(shù)下速度剛性與負載的關系從圖中我們可以看出，在其他條件相同時，節(jié)流閥指數(shù)越大，T的值越小，速度剛性越差。根據(jù)仿真結果，可以清晰地看出減小節(jié)流閥指數(shù) ，可提高回路速度剛度T，對薄壁式節(jié)流孔 m=，細長孔 m=1，故節(jié)流閥中采用薄壁式節(jié)流孔比采用細長孔速度剛度好。 供油壓力、液壓缸兩腔面積對負載與速度剛性關系的影響根據(jù)式（210），我們也可以分析不同供油壓力、不同液壓缸面積下，負載與速度剛性的關系，如圖所示：圖47 不同供油壓力下速度剛性與負載的關系圖48 不同有桿腔面積下速度剛性與負載的關系圖49 不同無桿腔面積下速度剛性與負載的關系我們可以看到加大液壓缸無桿腔面積A有桿腔面積A2或加大供油壓力時，都可提高速度剛度T。 對回油節(jié)流凋速回路的功率負載特性進行仿真研究將理論分析中對功率的理論分析的公式輸入MATLAB程序，對各參數(shù)進行賦值，從而得到曲線，并進行分析。首先是利用式（213）對功率與負載的關系進行分析。這里我們選用薄壁孔，即m=。經(jīng)過MATLAB軟件進行動態(tài)仿真分析，可以得到功率—負載特性曲線如圖410所示：圖410 不同節(jié)流閥面積時的液壓缸輸出功率與負載的關系通過對曲線的分析我們可以看出，在相同負載作用下，隨著節(jié)流閥開口面積的增大，供油泵輸出功率不斷增大。同時，在閥口面積不變的情況下，供油泵的輸出功率先增大，負載達到一定值后功率逐漸減小。根據(jù)以上功率圖我們很容易得到閥口不同面積時系統(tǒng)的效率負載特性曲線，如圖411所示：圖411 不同節(jié)流閥面積的效率負載關系通過對曲線的分析我們可以看出，在相同負載作用下，隨著節(jié)流閥開口面積的增大，系統(tǒng)效率不斷增大。