液压系统中的体积弹性模量

液压系统中的体积弹性模量

0仿真结果的主要参数油体积弹性模量是影响原油系统动态分析、建模和模拟准确性的主要因素。它的影响因素很多,在油温变化不大,系统供油条件、吸油能力不变的情况下,油压对综合体积弹性模量影响较大,尤其是在中、低压部分。1液压系统和液压元件的动态特性在液压系统中,液压油体积弹性模量是一个非常重要的物理参数,在液压系统和液压元件的动态研究中,它直接影响液压元件和液压系统的固有频率和阻尼比,从而影响稳定性和动态品质。同时,液压油的体积弹性模量是影响液压统动态分析、建模与仿真正确性的主要参数之一。1.1油体积弹性模量的影响因素影响油液的压缩性,或说油液的综合体积弹性模量的因素很多,主要包括油中含气量、油压、油液温度、容器刚度以及油与空气的接触情况等。(1)空气压降含气量是影响油液体积弹性模量最大的一个因素。若液压油中混入空气时,其可压缩性将显著增加,在油液夹带1%气体(气泡状)时,弹性模量降为纯油的35.6%,将严重影响液压系统的工作性能。一般液压油中都会含有空气,而含气量又与压力、油温、油液与空气的接触情况等有关。若油液中含气量较多,弹性模量值较低,在真空环境下可对油液进行除气,有效地去除油液中掺混和溶解的气体,提高液压油的弹性模量值。(2)空气在油液中的溶解油压对综合体积弹性模量影响较大,尤其是在中、低压部分对βe的影响更为明显。主要原因在于,一方面,根据亨利定律,液体中空气的溶解量与绝对压力成正比。在一定温度下,绝对压力越低,液体空气含量就越小,所以油压变化会改变油液中气泡状态和溶解状态两部分空气含量的比例(前者对be有影响,而后者对be不产生影响);另一方面,压力的变化会引起油液中气泡的体积缩小或放大,而对油液的综合体积弹性模量起很大的影响。(3)油的温度油液温度对油液中空气的吸入量、油中微小气泡的大小以及气体的压缩性都有影响,因此会影响油液的综合体积弹性模量。(4)液综合体积弹性模量的影响当系统设计中选用刚度大的钢材及厚壁管道时,它们对油液综合体积弹性模量的影响可忽略不计。本实验所用缸体为钢铁材质的厚壁,缸体的弹性模量比液压油大得多,所以可将测得的综合体积弹性模量认为是液压油的弹性模量。1.2等效体积弹性模量的测定根据油液弹性模量的定义进行测量,弹性模量的定义如下:式中be———油液的体积弹性模量;V———初始状态的油液体积;Dpv———与DV对应的油液压力的改变量。根据式(1)可知,只要知道油液的初始体积V,以及压力变化量Dpv和体积变化量DV就可以计算出油液的等效体积弹性模量。本装置设计就是依托上述原理,利用液压缸中的普通液压油液作为研究对象,对测试腔内一定体积的油液施加压力,改变力的大小,得到相应的油液体积的变化量和压力变化量,根据上述直接测得的参数,按油液弹性模量的定义求得油液的弹性模量值。检测装置如图1a所示,图1a是检测装置结构图,图1b是检测装置实物图。本实验依靠疲劳实验机液压缸提供的稳定压力来改变油液的压力和体积。1.3残余空气影响测量精度测定1)首先给实验液压缸进油,进油是依靠实验室现有泵站,该站液压油型号为46#抗磨液压油。由于液压缸中是柱塞杆,所以缸体的整个腔都是相通的,进油口接缸体的上端,出油口接缸体的下端。注满油后,上端油口接测压排气接头,下端油口接油压传感器如图1所示。在注油过程中要使腔中完全充满油液,避免存有残余空气影响测量精度。2)液压缸加满油后,将液压缸柱塞卡在疲劳实验机上卡头上,通过油压传感器读出液压缸内初始压力p0,然后缓慢动作疲劳机下卡头,当液压缸底部和托盘刚刚接触时停止动作,读出位移传感器读数h0,油液初始体积按液压缸的结构图算出为V0。在记录下初始参数之后,通过疲劳机液压系统给液压缸施加压力,初始压力给0.2kN,待压缩稳定时,记下此时压力传感器读数pa和位移传感器读数h1。此时式(1)中的参数都可以算出,根据式(1)计算油液的体积弹性模量值。3)继续压缩油液。每次施加压力比上次递增0.2kN,直到缸内压力达到油压传感器的最大测量值为止。通过位移传感器和压力传感器读数可计算出相邻压缩间油压和体积的变化,从而根据体积弹性模量公式计算出不同压力下油液的体积弹性模量。4)加载完毕后保存数据,卸载疲劳机压力,打开上卡头卸下液压缸,然后可以换油重新做下次实验。为保证测量结果准确可重复上述测量过程,多次测量油液的弹性模量值,并进行数据处理。(2)油液弹性模量与压力的关系本次实验进行了3次,测试达到的最大油压为30MPa。下面给出第一次实验的测量结果,如表1所示:应用数据分析与科学绘图软件Origin对上述数据进行绘图,得出油液弹性模量测量值随着压力的变化曲线如图2实线部分所示。同时在对测量数据进行二次指数衰减拟合后,得到油液弹性模量拟合值随着压力的变化曲线如图2虚线部分所示,并得到拟合曲线方程为:实验结果表明,当压力较低时,油液的体积弹性模量值随着压力变化比较大。当压力比较高时,油液的体积弹性模量值随着压力变化趋于平缓,通过指数衰减拟合得到的曲线与实测值吻合的较好。(3)压力的拟合方程根据上述结果可以得出以下结论:1)由图1.2可见,在油温不变的情况下,系统压力在中、低压范围内(约为0~10MPa),be的变化比较大。由于系统动态过程的压力含有该段压力范围,所以在模型中不应把油液体积弹性模量看成为一常数,应采用拟合方程表示某一压力下的油液体积弹性模量。当压力大于10MPa,be变化不明显,这时be可被视为一个常量,约为1600MPa。2)拟合值与实测值吻合得