电静液作动器中单轴同轴电机-泵组件的建模与实验分析

电机泵总成是电液静力作动器的关键部件。本方案介绍了一种高效测试电机泵总成输出特性及宽工作条件的方法。该方案采用仿真与损伤累积相结合的方法，可快速获取模型泵总成的性能。

该技术有助于模型泵组件的开发。进行实验时，应做好自身防护，避免噪声和油类造成的伤害。在加载前，必须确保油管连接紧密。

演示该实验操作的是来自实验室的研究生 Yuxuan Ma。首先，通过进入参数模式设置电机泵组件的主要参数，并在仿真模型中双击特定组件来设定主参数。旋转速度和测试压力的设置详见正文说明。

将模型的预运行参数设置为起始时间 0 秒，终止时间 1 秒，打印间隔 1 毫秒。运行预模拟，并检查系统在模拟结束时是否达到稳态。若系统已达到稳态，则在“运行参数”窗口中勾选“使用上一次的最终值”选项。

如果未达到稳态，则将终末时间重置为两秒甚至更长时间，直至系统达到稳态。然后将模型的运行参数设置为起始时间0秒，终末时间0.2秒，打印间隔0.002毫秒。为安装机械接口，需将电机泵组件的端面与测试阀块连接，并使用至少四个螺钉以确保良好的密封性能。

将电机泵总成和测试阀块固定在试验台的工作台上。使用四颗螺钉将电机泵总成和测试阀块连接至专用工装，并用两颗螺钉将工装固定在工作台上。在测试阀块上安装A口和B口的两组压力和温度传感器。

将这些传感器直接连接至泄漏口以监测泄漏。连接液压接口时，首先将泵源的两个高压油口与测试阀块的 A 口或 B 口相连。然后将压力油口与泵的泄漏油口连接。

进行电机泵组的排气操作时，确保油源系统的溢流阀处于卸荷状态。启动油源电机运行三分钟，以排出测试系统的空气并进行预热。为检查电机泵组是否存在泄漏，关闭油源系统的溢流阀，并观察电机泵组是否有漏油现象。

将油压调节至2兆帕，保持超过一分钟。连接电气接口时，首先将电源接口和旋转信号接口连接至电机泵组件驱动器。通过RS-442将驱动器与控制器连接，工作于全双工模式，然后再连接至270伏直流电源。

为对电机泵组进行空载检查，启动供油泵，并将供油系统和加载系统的溢流阀保持在卸荷状态。接通驱动器和控制器电源，检查电机泵组是否能正常接收控制指令。向电机泵组发出2000 rpm正转指令，然后切换为反转。

观察电机泵总成的工作状态，并检查阀块处是否存在泄漏。设置供油系统时，启动供油泵，并将供油系统和加载系统的溢流阀切换至加载状态。为确定最小供油压力值，首先将供油压力调节至1兆帕或更高，具体数值由被测电机泵总成决定。

然后将被测电机泵组件的转速调节至9000 rpm，确保泵的流量等于理论泵流量。否则，应提高供油压力以避免气蚀。缓慢降低供油压力，并记录泵流量的变化。

绘制泵流量随供油压力的变化曲线，并确定泵流量的拐点，该点对应的供油压力即为最低供油压力。调节卸荷阀至该最低供油压力。开启温控系统，并将油温调节至30摄氏度。

同时，开启热成像仪以检测电机泵总成的表面温度。向电机泵总成发送控制指令，使其以特定转速持续运行。逐渐调节卸荷阀的负载。

将负载压力增加至特定值，并在每个关键测量压力下保持四秒。当压力达到该速度的特定值后，将负载溢流阀调回至1兆帕。导出实验流量数据，并绘制电机泵组件的泵流量特性曲线图。

计算电机泵总成在不同工况下的整体效率，并绘制整体效率图。出口流量的仿真结果表明，在转速恒定时，随着压力升高，流量略有下降；而在压力恒定时，流量随转速增加呈线性增长。实验结果与仿真结果在出口流量上存在轻微差异。

当转速高于5000 rpm时，输出流量随压力升高先减小后增大。通过测定容积效率发现，泵在低压力和低转速下的效率较高。在3000 rpm时，最大输出压力为5兆帕（MPa），而在8000 rpm时，最大输出压力达到23兆帕（MPa）。

当电机泵总成在高速低压工况下运行时，实验结果与仿真结果存在差异。然而，在10兆帕压力下，随着转速的增加，容积效率下降。观察发现，在较高速度下，仿真结果与实验结果更为接近，并在3500至9000 rpm的转速范围内几乎与实验结果重合。

总体效率的实验结果表明，在低速高压或高速低压等极端工况下，总效率相对较低。需确保压力测量点靠近油口。此外，应注意进口压力，以保证不发生气蚀现象。

通过该方法，我们还可以采用故障注入法，研究电机泵总成在极端工况下的性能表现及失效模式。