液壓伺服系統(tǒng)課程課件七

第三章液壓動力元件

3.1四通閥控制液壓缸 3.2四通閥控制液壓馬達 3.3三通閥控制液壓缸 3.4泵控液壓馬達 3.5液壓動力元件與負載的匹配

本章介紹1概述

液壓動力元件=液壓放大元件+液壓執(zhí)行元件液壓放大元件（液壓控制元件）：液壓控制閥、伺服變量泵液壓執(zhí)行元件：液壓缸、液壓馬達

機-液耦合（換能）元件四種基本型式的液壓動力元件：

閥控（節(jié)流控制）系統(tǒng)：閥控缸，閥控馬達；

泵控（容積控制）系統(tǒng)：泵控缸、泵控馬達。

液壓動力元件是一個關(guān)鍵性的部件，它的動態(tài)特性在很大程度上決定著整個系統(tǒng)的性能。23.1四通閥控制液壓缸零開口四邊滑閥+對稱液壓缸四通閥控制液壓缸Xvp1p2V1V2xpFLQ1Q2一、基本方程1）液壓控制閥的流量方程2）液壓缸流量連續(xù)性方程3）液壓缸與負載的力平衡方程（一）滑閥的流量方程假設(shè)：1）零開口四邊滑閥2）四個節(jié)流窗口是匹配對稱的3）供油壓力恒定，回油壓力為零3（二）液壓缸流量連續(xù)性方程假設(shè)：1）閥與液壓缸的連接管道對稱且短而粗，管道中的壓力損失和管道動態(tài)可以忽略2）液壓缸每個工作腔內(nèi)各處壓力相等，油溫和體積彈性模量為常數(shù)3）液壓缸內(nèi)外泄漏均為層流流動總流量=推動活塞運動所需流量+經(jīng)過活塞密封的內(nèi)泄漏流量+經(jīng)過活塞桿密封處的外泄漏流量+油液壓縮和腔體變形所需的流量4流入液壓缸進油腔的流量：從液壓缸回油腔流出的流量：液體是可壓縮的。液體等效容積彈性模數(shù)βe表示容器中油液的容積變化率與壓力增長量之間的關(guān)系M5

動態(tài)分析時，需要考慮泄漏和油液壓縮性的影響，則流入液壓缸的流量與流出液壓缸的流量不相等，為了簡化分析，定義負載流量為：6要使壓縮流量相等，應使液壓缸兩腔的初始容積相等，即活塞在中間位置時，1）液體壓縮性影響最大，固有頻率最低2）阻尼比最小因此，系統(tǒng)穩(wěn)定性最差。所以，分析時，應取活塞的中間位置作為初始位置。流量方程可整理成：推動液壓缸運動所需流量+總泄漏流量+總壓縮流量7（三）液壓缸和負載的力平衡方程

負載力一般包括慣性力、粘性阻尼力、彈性力和任意外負載力。液壓缸的輸出力與負載力的平衡方程為：

此外，還存在庫侖摩擦等非線性負載，但采用線性化的方法分析系統(tǒng)的動態(tài)特性時，必須將這些非線性負載忽略。8二、方塊圖與傳遞函數(shù)閥控液壓缸的三個基本方程完全描述了閥控液壓缸的動態(tài)特性，將其拉式變換，則：Kq-+++xvxpQLFLMts2+Bps+k+Kc適合于負載慣量小、動態(tài)過程較快的場合。9Kq-+xvxpPLFL-適合于負載慣量和泄漏系數(shù)都較大，而動態(tài)過程比較緩慢的場合。10合并三個基本方程，消去中間交量QL及pL，可得到閥芯輸入位移和外負載力同時作用時液壓缸活塞的總輸出位移：式中，，包括泄漏在內(nèi)的總的壓力流量系數(shù)。液壓缸活塞的空載速度外負載力作用引起的速度降低慣性力、粘性力、彈性力變化引起的壓縮流量所產(chǎn)生的活塞速度慣性力、粘性力、彈性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度活塞運動速度11（一）沒有彈性負載（K=0）的情況

1）很多情況，以慣性負載為主。2）液壓馬達伺服系統(tǒng)中，彈性負載很少見。3）粘性阻尼系數(shù)Bp一般很小，所以由粘性摩擦力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度比活塞的運動速度小得多，可忽略不計。三、傳遞函數(shù)簡化對特征方程的簡化。因式分解，化為標準形式?；蚴街笑豩——液壓固有頻率ζh——阻尼比12如果粘性摩擦系數(shù)Bp可以略去，則

對于指令輸入xv的傳遞函數(shù)為：對于干擾輸入FL的傳遞函數(shù)為：13（二）有彈性負載（K≠0）的情況閥控液壓缸中，彈性負載比較常見：1）帶對中彈簧的功率級滑閥2）材料試驗機的負載是硬彈簧或粘性阻尼系數(shù)Bp一般很小所以：kh——液壓彈簧剛度：液壓缸完全封閉的兩腔由于液體的壓縮性而形成的14ω0——綜合固有頻率ζ0——綜合阻尼比將對應項系數(shù)相等，可得：滿足時，有：15Kps——總壓力增益ωr——慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率穩(wěn)態(tài)時閥輸入位移所引起的液壓缸活塞的輸出位移外負載力作用所引起的活塞輸出位移的減小量1）彈性負載使積分環(huán)節(jié)變成慣性環(huán)節(jié)2）隨著負載彈簧剛度減小，轉(zhuǎn)折頻率將變低，慣性環(huán)節(jié)接近積分環(huán)節(jié)16（三故）其唇它的康簡化豪情況K=咬0時修出現(xiàn)身積分褲環(huán)節(jié)17是負盼載質(zhì)量與液應壓缸義工作侵腔中慚的油蛙也壓薄縮性河所形洞成的液壓歲彈簧相互堆作用餐的結(jié)放果。假設(shè)凡：液壓后缸無摩碑擦、塑無泄損漏由于畜液體妨的壓膊縮性朽，當渴活塞印受到外力作用源產(chǎn)生耳位移縣時，一腔嫁壓力愧升高，另一腔嶼壓力盯降低2）吸液壓殲固有掉頻率被壓賤縮液兼體產(chǎn)踐生的復位餓力與活塞塞位絡(luò)移成痕比例返，其友作用相當寨于一刻個線乘性液軟壓彈此簧，總價液壓杰彈簧嶄剛度奧為：總液守壓彈東簧剛攜度是梨液壓承缸兩押腔液嘉壓彈娃簧剛咸度的并聯(lián)。18Mtkhx

彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)當活牛塞處索在中間目位置時，亂液壓優(yōu)彈簧剛度晉最小，當答在兩京端時瞎，V1或V2為零貼，液畝壓彈竿簧剛績度最咐大。液壓悉彈簧杰與負肅載質(zhì)治量相訂互作滴用所饅構(gòu)成簡系統(tǒng)盾的固拒有頻浸率，桶中間姿位置割時，急其值處為：液壓蝕彈簧絮剛度者是在捎液壓指缸兩瞞腔完儲全封勺閉的捐情況誤下推秋導出戶來的帽，實際宣上由于檔閥的歇開度遍和液婦壓缸趨的泄漏的影勝響，難液壓聰缸不甚可能農(nóng)完全覺封閉曠，因橡此在穩(wěn)態(tài)類下不站存在協(xié)彈簧驢剛度。動態(tài)時，繡在一賴定頻尼率范妄圍內(nèi)來不隸及泄爹漏，相承等于仁一種將密封既狀態(tài)紡，因閘此液昆壓彈椅簧是臣一個動態(tài)嗓彈簧。19在液池壓伺棉服系豎統(tǒng)中祖，液壓法固有巖頻率限制擦了系德統(tǒng)的響應負速度。提高液壓躲固有貼頻率前的方法：（1帥）增恩大液廉壓缸陪活塞震面積質(zhì)Ap（有昆時，Ap主要權(quán)由負修載決行定）h與Ap不成優(yōu)比例勢關(guān)系壓縮輔容積Vt隨之遵增大同樣低的負靈載速著度，記所需象負載嶺流量窮增大董，閥凱、連助接管非道、潮液壓都能源啞裝置鼻的尺珍寸重筆量也亮隨之班增大（2）減時小總宣壓縮材容積Vt（主針要是習減少款無效參容積策和連沉接管殿道容扶積）使閥蒼靠近教液壓浮缸，毅最好蹲裝在怖一起選擇掏合適天的執(zhí)鄉(xiāng)豐行元忘件：舊長行顫程輸銜出力肚小時扯用液牲壓馬爬達，丹反之封用液索壓缸（3）減念小折祝算到柴活塞盆上的蠅總質(zhì)商量Mt（活塞質(zhì)量+負載折算耍到活慌塞上斬的質(zhì)喪量+液壓儀缸兩腔裂的油脆液質(zhì)量+閥與減液壓簡缸連氧接管道擊中的粉油液折算任質(zhì)量皂）（4）提脊高油讓液的忠有效岡體積價模量βe（70穴0~艷14諷00釣MP演a，或尿?qū)崪y蛾）影響爭因素漢：受油液壓縮什性、明管道涂及剛擠體機械微柔性、油場液中握所含空氣（最觀嚴重）要盡由量減付少混哥入空貝氣，避免使用軟管203）芹液壓撫阻尼堅比決定仰因素元：總液流量索-壓愿力系檢數(shù)Kce、負采載粘威性阻咳尼Bp因為摘：Bp<<勸Kce，Ctp<<象Kc，所最以h主要莊由Kc決定揪。零位時系蘭統(tǒng)的穩(wěn)定圾性最踩差由于識庫侖勸摩擦宣等因唱素的砌影響皂，實斜際的馬零位另阻尼袋比要銜比計顯算值興（按欣Kc0計算漫）大碑，至少墓為0監(jiān).1閱~0揮.2填，或妥更高侮一些。Kc隨工頃作點搜不同茂會有勾很大誓的變醫(yī)化。得在閥尤芯位判移xv和負怨載壓跳力pL較大階時，幻玉由于啦Kc值增吵大使耕液壓某阻尼助比急獎劇增淚大，度可使蓬h>1診，其變化千范圍灑達2并0~洞30兼倍。因舟此，魯是一鈔個難材以預景測的辮軟量臂。零位竿阻尼偶比小貧，阻抹尼比豎變化漲范圍狂大是液超壓伺壺服系訂統(tǒng)的攻一個堵特點21液壓扭阻尼長比表醉示系藍統(tǒng)的莊相對袍穩(wěn)定侵性。窮液壓城伺服很系統(tǒng)匙一般當?shù)妥璐幔岣咄淼霓k辜法有奔：（1做）設(shè)母置旁燈路泄填漏通霧道（增照加泄裳漏系向數(shù)Ctp）但：增大度了功斷率損肥失降低錘了系也統(tǒng)的夢總壓速力增粱益和競系統(tǒng)貫的剛沾度，蛋增加罩了外盲負載毀力引宣起的門誤差系統(tǒng)嚼性能絮受溫賴度變只化的析影響脂大（2）采條用正紅開口諒閥但：降低加了系砍統(tǒng)剛異度泄漏運引起非的損恒失更儉大非線凈性流匹量增創(chuàng)益穩(wěn)態(tài)杏液動膝力變挖化（3）增簽加負飼載的劣粘性紐奉阻尼（需序要另反設(shè)阻膛尼器庫，增疤加了偷結(jié)構(gòu)容復雜親性）221）編動態(tài)剪位置順剛度度特性動態(tài)選位置拋柔度倚，其擔倒數(shù)誼即為厲動態(tài)難位置愉剛度慣性秩環(huán)節(jié)外+庸比尤例環(huán)翅節(jié)亂+渡理想頃微分別環(huán)節(jié)料+壞二狡階微硬分環(huán)決節(jié)因為h很小歷，所崖以2hh<牢h負號講表示負載忠力增炕加使黨輸出礎(chǔ)減小動態(tài)夸位置漿剛度與負載標干擾授力FL的變顆化頻份率有關(guān)2.戲?qū)Ω蓹z擾輸悲入FL的頻附率響挪應分傳析23（1慕）在<2hh的低貿(mào)頻段潮上，慣揚性環(huán)根節(jié)和邀二階英微分僚環(huán)節(jié)虹不起棚作用促，則=0時厲，得孕靜態(tài)些位置僅剛度在恒幕定的航外負螞載力圖作用桿下，祥由于幕泄漏余的影咸響，聲活塞因?qū)⑦B興續(xù)不抱斷地乞移動絨，沒鈔有確蕩定的小位置沸。隨造著頻帽率的砍增加肌，泄拔漏的惹影響爭越來敬越小雨，動態(tài)瘋位置桑剛度刮隨頻過率成看比例親增大。/秒(s－1)20lg|G|dB1閥控缸動態(tài)剛度幅頻特性20lgAp2Kce20lgkh24（2務）在2hh<屑<閘h的中裙頻段上，袍比例衣環(huán)節(jié)顯、慣弊性環(huán)偷節(jié)和店理想監(jiān)微分福環(huán)節(jié)浸同時罰起作幻玉用，綁動態(tài)慈位置基剛度脖為一換常數(shù)閣：在中竊頻段確上，要由于嶼負載胖干擾糾力的孤變化煎頻率窗較高乎，液民壓缸寧工作捐腔的店油液粒來不綿及泄服漏，興可以啟看成衡是完全振封閉的，自其動鳴態(tài)位艇置剛弟度就等于粱液壓爬剛度。（3膚）在恥>罷h的高稠頻段上，算二階堵微分演環(huán)節(jié)釣起主義要作墓用，廣動態(tài)田位置孫剛度繭由負載體慣性所決蹦定。尿動態(tài)浙位置蠅剛度隨頻貴率的注二次煉方增已加，但藍一般謎很少睡在此澆頻率眠范圍煩工作條。252）飄動態(tài)戲速度碑剛度啄特性<2hh的低廟頻段攝上的軟動態(tài)遠速度收剛度娛為：此時舊，液典壓缸采相當懂于一以個阻尼命系數(shù)召為Ap2/Kce的粘患性阻遞尼器。從物理妨意義上說目，在亞低頻問時因短負載挺壓差垃產(chǎn)生輩的泄竹漏流府量被催很小勻的泄伸漏通打道所壩阻礙翅，產(chǎn)暈生粘汽性阻盜尼作里用。=0時腦，得過靜態(tài)診速度隙剛度26（二場）有迷彈性唉負載唉（虛K≠0）晃時的艱頻率橋響應屢分析有彈黎性負彩載時利，活荷塞位氧移對槽閥芯樣位移科的傳螞遞函紅數(shù)為耐：其主懸要性身能參大數(shù)有疲：為位置漢放大茶系數(shù)，其勺中總校壓力眾增益Kps包含閥的篩壓力增助益Kp，其湊隨工孟作點傻在很大對范圍鐵內(nèi)變皂化，零位蜓時最趟大。另外勁，位單置放怨大系但數(shù)還和負墊載剛虹度有旗關(guān)，這修與無普彈性榨負載以時不障同。27穿越悲頻率20lg|G|dB0/秒(s－1)1負載牙剛度器使穿澆越頻飯率降終低了上式叛再一附次說效明，除負載普剛度夾比較譽小時爪，它徐對動明態(tài)特葵性的注影響僑可忽冬略。K≠0時闊，總流勁量-矛壓力爽系數(shù)予Kce影響1）取位置離放大富系數(shù)2）灣慣性柄環(huán)節(jié)皮的轉(zhuǎn)輝折頻盡率3）0，從奴而影茶響高嫂頻段兩諧振悶峰值淺和相澆頻特另性形毅狀，獄影響盈系統(tǒng)碰的幅洲值裕穿量但不晶影響箏：穿博越頻刑率，因雕此不津影響茂快速描性28第三父章渡液鳳壓動著力元早件3.鋒1躺四通剪閥控姑制液詠壓缸3.有2復四通徒閥控們液壓麻馬達3.吉3攜三通甜閥控雄制液姥壓缸3.么4滋泵控夜液壓駝馬達3.鄉(xiāng)豐5嶄液壓為動力用元件錘與負兼載的辱匹配本章篩介紹293.婦2剃四通灰閥控紅制液房誠壓馬開達常用芒的液稈壓動撫力元棄件，貍分析舞方法早與閥紙控液抹壓缸稿的相鄙同。四邊閥控制液壓馬達p1p2V1V2TLpSTXvQ1Q2θmBA3031閥控累液壓汁馬達跳，彈脈簧負積載很功少見側(cè)，即G=碌0，另外陣由于：所以故：通?；守撦d塘粘性鑄阻尼橫系數(shù)Bm很小以，所提以：32三通薦閥控盡制液止壓缸掌常用緩作機液西伺服冊系統(tǒng)的動夸力元支件，膽如仿乞形機針床和植力操垮縱系光統(tǒng)中3.今3決三通培閥控壁制液激壓缸pcXv三通閥控缸的結(jié)構(gòu)原理圖A

QLpspsFLxp3334Bp比阻吩尼系譯數(shù)Ah2/Kce小得雪多，污即：35當負跡載剛叨度k瀉=0蹄時，棄則：三通猜閥控濕缸和雪四通芒閥控阻缸傳旅遞函朋數(shù)的本形式旗一樣未，但滑前者祥液壓板固有扶頻率h和阻濱尼比h（Bp=0購）均蹲是后英者的原因粥是：來只有一個為控制沃腔，只波形成一個浪液壓牽彈簧因此干，四命通閥柱控缸體的動雨態(tài)響勿應要聚好得升多。36第三鄰章巨液疤壓動張力元當件3.晌1勸四通罩閥控肺制液塊壓缸3.池2縣四通薦閥控扎液壓蘇馬達3.嚷3熔三通待閥控槽制液頑壓缸3.他4欠泵控嶄液壓距馬達3.季5婦液壓牽動力塔元件纖與負犧載的蹈匹配本章霧介紹373.欠4販泵控佩液壓冊馬達pm38一、富基本膜方程變量詠泵的流量好方程縫為：V0——摩一個卵腔室稻的總須容積變量羨泵的鑒排量登為：其增量辯方程薦的拉詞氏變?nèi)畵Q為：液壓睛馬達蛋高壓奶腔的流者量連渠續(xù)性命方程撿為：其增量搜方程冒的拉揉氏變敲換為：液壓馬達辟和負蔬載的力鏡矩平碧衡方孟程為蕉：其增量青方程的拉穗氏變含換為爸：39401）液壓士固有找頻率庭較低只有陪一個殊控制邪管道泄，1/√2液壓避泵的捎工作涉腔容虛積大2）阻尼軌比較縫小，技但較晨恒定。Ct<Kce，總常是欠抬阻尼藏，但領(lǐng)基本偷恒定。設(shè)置虎旁路蓋泄漏賠通道晶或內(nèi)腫部壓例力反艱饋以氏獲得朋滿意悼的阻趙尼比3）增益Kqp/Dm和靜害態(tài)速掉度剛洽度Dm2/Ct比較病恒定。4）動態(tài)傅剛度衛(wèi)不好骨，但閱靜態(tài)及剛度竭很好峽（Ct較小惠）三、膀泵控區(qū)液壓熄馬達危與閥苗控液孝壓馬商達的有比較41第三衰章傳液帝壓動紗力元煙件3.底1幼四通種閥控猜制液就壓缸3.靠2讓四通獨閥控集液壓江馬達3.議3銷三通姥閥控而制液姓壓缸3.勁4童泵控代液壓背馬達3.晉5黃液壓抬動力吩元件圍與負埋載的珠匹配本章提介紹42負載貓匹配是指抬液壓旬動力宰元件扔的輸繳出特督性與姐負載量特性封之間元的配稠合3.箏5錘液踐壓動唉力元場件與爺負載愛的匹鏈配一、嫁負載峽特性負載：液便壓執(zhí)魚行元輛件運塵動時貢所遇須到的照各種征阻力刊（或舒阻力乓矩）慣性辭負載搭、彈它性負串載、訴粘性愈阻尼搭負載肚、摩踐擦負對載、擁重力鞋負載頑等負載俊特性虜：負載急力與負負載瓦速度艷之間賺的關(guān)悶系負載旗特性戴與負袋載類辭型和歪負載伶的運拌動規(guī)姓律有調(diào)關(guān)負載己軌跡：以熱負載宅力為武橫坐球標，耐負載元速度敗為縱禾坐標洗所畫豎出的覺曲線43（一耗）、偶慣性婆負載姥特性慣性戴負載方力可按表示朗為：設(shè)慣險性負章載的謹位移矩為正霧弦運李動，膽即：則負承載軌潤跡方診程為隸：將其滴聯(lián)立斑可得財：最大究負載煮速度響與成幕正比沿：最大廁負載月力與號2成正遷比：因此巴，增選加時送正橢獵圓的原橫軸潮比縱貼軸增冊加快因慣賴性力漠隨速回度增掘大而燈減小謙，因常此負泡載軌裕跡點沿逆五時針繪旋轉(zhuǎn)44（四濱）、眠摩擦鍛負載棉特性靜摩慮擦力戀+誕動飼摩擦申力救=干摩燙擦力若該靜摩梢擦力調(diào)≈朵動削摩擦單力，乘則此疫時的革干摩浪擦力番稱為庫侖瞧摩擦欠力。靜摩秤擦負希載軌西跡懷動摩釣擦負席載軌福跡45（五題）、犬合成掛負載皺特性慣性除、粘擇性、炎彈性儉負載男合成軌跡止方程慕為：負載稻軌跡趙隨頻凍率增純加而院加大撕，設(shè)躍計時楚應考慮僅最大屬工作宮頻率隙時的想負載粗軌跡（有琴外干集擾和石不是癢正弦孝運動鹿時，信很復報雜）礦。最有賴用的散工況妄點：最大腔功率司、最仇大速徐度、音最大蜜負載吼力46二、嘩等效朱負載乎的計骨算假設(shè)掛：1）耍齒輪宿是絕木對剛視性的2）下齒輪取的慣診量和府游隙遣為零則：結(jié)論址：將慣創(chuàng)量、略粘性都阻尼頓系數(shù)霧、剛碼度折算異到轉(zhuǎn)究數(shù)高腹的軸辟時，緩需除醬以i2即可賓，相香反時細，則啟只需萄乘以截i2即可音。47三、逮液壓峽動力印元件好的輸攔出特宅性是指鞋：在穩(wěn)態(tài)情況收下，林執(zhí)行哈元件智的輸出屯速度披、輸?shù)浅隽Τc閥鏈的輸驕入位逗移三者押之間透的關(guān)嘴系。1）桂提高源供油神壓力Ps，使心整個腸拋物桐線右美移，鞋輸出攤功率昏增大2）鋸增大誘閥的簡最大腳開口菠面積Wxvm運ax，使卻拋物敘線變貝寬，敲但頂愧點不殿動，拔輸出爽功率邀增大3）淹增大固液壓窗缸活糕塞面定積Ap，使名拋物林線頂艇點左牧移，衰同時盡使拋撲物線沸變窄許，但捆最大雨輸出夸功率由不變犁。1）冒2預）帝3把）48四、橋負載鎮(zhèn)匹配曲線儀5表搶明：液壓樣缸活