液压动力机构

1推导阀控液压缸传递函数时需要哪3个基本方程？滑阀流量方程液压缸连续性方程力平衡方程4-2怎样理解液压动力元件——阀控液压缸的传递函数中的积分环节和振荡环节？阀控液压缸伺服控制系统可以理解为一个积分环节和一个二阶振荡环节串联。4-3怎样理解液压弹簧刚度Kh？在封闭容器中的液体，由于液体的可压缩性会呈现如弹簧一样的性质。由作用在液压缸活塞上的作用力表达式，被压缩液体产生的复位力与活塞位移成比例，因此被压缩液体的作用相当于一个线性液压弹簧，其刚度称为液压弹簧刚度Kh。4-4为什么在分析设计阀控液压缸时，取活塞在中位时的液压固有频率ωh值？四边阀控液压缸与双边阀控液压缸的液压固有频率有何区别？并说明为什么？总液压弹簧刚度为，当活塞处于中间位置时，若，则有，此时液压弹簧刚度最小。当活塞处在液压缸两端时，V1或V2接近于零，液压弹簧刚度最大。由于，当取活塞中位时，刚度最小，此时满足阀控液压缸的响应速度要求时，即整个系统满足响应速度要求，所以取活塞在中位时的液压固有频率ωh值。双边阀控液压缸和四边阀控液压缸的输出方程以及传递函数的形式是一样的，但固有频率和阻尼比都低了倍。这是因为双边阀控液压缸缸只有一个控制腔，只形成一个液压弹簧，所以在其它参数相同的条件下，四边阀控液压缸的动态响应要比双边阀控液压缸的动态响应好。4-5为什么在设计液压控制系统时要采用零位阀系数Kq0和Kc0？阀工作在零位时，Kq0最大，Kc0最小，此时系统阻尼最小。在这个点上系统稳定，则在其他各个工作点也是稳定的，因此在设计液压控制系统时要采用零位阀系数Kq0和Kc0。4-6提高液压动力元件阻尼系数ξh用什么方法最简单？液压阻尼比系数，由该式可知，影响阻尼比的因素很多，如阀的流量-压力系数、系统的泄漏、摩擦损失以及负载情况等。其中Kce与成正比，故增加泄漏即提高泄漏系数Ct可以有效地提高阻尼比，以改善系统的稳定性，所以使用此方法提高液压动力元件阻尼系数最简单。4-7在阀控液压缸系统中，若阀的输入频率超过了液压固有频率ωh时能否响应？液压固有频率表示液压执行元件响应的快速性，固有频率高，响应速度快。通常液压固有频率是系统各环节中最低的频率，成为液压控制系统响应速度的上限。所以若阀的输入频率超过了液压固有频率ωh时不能响应。4-8为什么把Kv称为速度放大系数或速度常数？因为Kv表示阀对液压缸速度控制的灵敏度，它直接影响闭环系统的响应速度、响应精度和稳定性，提高Kv可以提高系统的响应速度、响应精度，但使系统的稳定性变坏，所以把Kv称为速度放大系数或速度常数。4-9速度放大系数Kv是由哪些参数组成的？其中哪个参数在工作过程中是变量？速度放大系数的量纲是什么？，流量增益Kq在工作过程中是变量，速度放大系数的量纲是。4-10何谓动态刚度？如何理解在低频段阀控液压缸相当于一个粘性阻尼器？在中频段的动态刚度等于液压弹簧刚度Kh？由于阀的开度和液压缸的泄露的影响，液压缸是不可能完全封闭的，所以由于液体的压缩性所形成的液压弹簧刚度使动态的，即所谓动态刚度。在低频段时，阀控液压缸的泄露比较大，而液压阻尼与系统泄露成正比，所以相当于一个粘性阻尼器。在中频段时，泄露来不及起作用，相当于一种封闭状态，因此中频段的动态刚度等于液压弹簧刚度Kh。4-11试比较泵控液压马达与阀控液压马达的动态特性。为了比较泵控和阀控这两种不同控制方式的异同，在假设条件相似时，应当在负载工作情况大致相同、马达参数大致相等的条件下进行比较才有意义，所以可以认为V≈2Vt。（1）泵控马达的液压固有频率wh要比阀控马达的液压固有频率wh低倍，其根本原因是泵控系统只能控制一个油腔，而阀控系统是控制了两个油腔。所以泵控系统的动态特性比阀控系统的动态特性要差。另外泵控马达的工作腔容积较大，使液压固有频率进一步降低。（2）泵控马达的阻尼系数zh也比阀控马达的阻尼系数zh小倍，且较恒定，这是因为泵控马达的总泄漏系数Ct基本恒定，且比阀控马达的总流量压力系数Kce小。泵控马达几乎总是欠阻尼的，zh通常在0.05~0.2范围内。为了得到合适的阻尼比，往往需要有意设置旁路泄漏或内部压力反馈回路。（3）泵控马达的增益和静态速度刚度值也比阀控马达相应的量更为恒定。（4）由（4.71）可以确定泵控马达的动态柔度，其倒数可以确定泵控马达的动态刚度，可见其动态刚度不如阀控马达的好，但其静态刚度是很好的。总之，泵控马达是相当线性的元件，其增益和阻尼比都恒定，固有频率的变化与阀控马达相似，所以泵控马达的动态特性比阀控马达的动态特性更加可以预测，计算出的性能与实验测得的性能基本是一致的，而且受工作点变化的影响也较小。但由于泵控马达的固有频率低，且还要附加一个变量控制伺服机构，因此总的响应特性不如阀控马达好。4-12试比较阀控系统和泵控系统的效率，并说明原因。泵空系统的效率高于阀控系统的效率。因为泵控马达的阻尼系数zh比阀控马达的阻尼系数zh小倍，所以能量损耗较少，而且泵控系统的泄露也比阀控系统小，所以泵控系统效率较高。4-13什么叫负载匹配？何谓最佳负载匹配？以满足负载力和负载运动速度的要求来设计液压动力元件叫做负载匹配，同时使设计的液压动力元件的功耗最小或液压缸的有效面积最小等，称为最佳匹配。4-14为什么泵控液压马达适用于大功率控制系统？泵空液压马达的效率更高，在使用大功率控制系统时比较节能。4-15质量M=1000kg的物体由液压缸直接拖动，油源压力ps=1.40×107Pa，液压缸最大输出力F=42000N，液压缸行程L=1m,取液压缸有效容积V=LA，A为液压缸有效作用面积，油的等效弹性模数e=10×108N/m2。如果用四通阀控制双作用液压缸，液压固有频率h是多少？如果用三通阀控制差动液压缸，其最小液压固有频率h又是多少？（液压缸面积比为2）解：用四通阀控制双作用液压缸，有效面积，总压缩体积为因为液压缸面积比为2，所以液压缸有效面积等于活塞面积，则液压固有频率：三通阀控制差动液压缸，其最小液压固有频率4-16有一阀控液压马达系统，已知：液压马达排量为Dm=6×10-6m3/rad，马达容积效率为95%,额定流量为qn=6.66×10-4m3/s，额定压力pn=140×105Pa，高低压腔总容积Vt=3×10-4m3.拖动纯惯性负载，负载转动惯量为Jt=0.2kgm2，阀的流量增益Kq=4m2/s，流量-压力系数Kc=1.5×10-16m3/sPa。液体的等效弹性模数e=7×108N/m2，试写出阀控液压马达的传递函数θm-xv。（参考答案：）解：将所有参数代入，得阀控液压马达的角位移θm对阀芯位移xv的传递函数为4-17阀控缸系统拖动纯惯性负载作往返运动，往复运动的频率为=5rad/s，负载总质量为M=500kg，负载总行程L=0.06m，油源压力ps=6×106Pa，滑阀开口量xv=0.53×10-3m。试根据负载匹配最佳原则设计液压缸的直径D、活塞杆直径d和滑阀直径dv。如果液压缸有效容积V为行程与活塞有效面积的乘积的1.5倍，液体的等效弹性模数e=109N/m2，计算液压缸的液压固有频率h。（提示：液压缸活塞及活塞杆直径是系列标准值,如D=3.8cm则d=2.4cm或D=4cm则d=2.8cm）解：由于往复运动的总行程L=60cm，则往复运动的最大振幅为A=L/