液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)

1推導(dǎo)閥控液壓缸傳遞函數(shù)時(shí)需要哪3個(gè)基本方程？滑閥流量方程液壓缸連續(xù)性方程力平衡方程4-2怎樣理解液壓動(dòng)力元件——閥控液壓缸的傳遞函數(shù)中的積分環(huán)節(jié)和振蕩環(huán)節(jié)？閥控液壓缸伺服控制系統(tǒng)可以理解為一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié)串聯(lián)。4-3怎樣理解液壓彈簧剛度Kh？在封閉容器中的液體，由于液體的可壓縮性會(huì)呈現(xiàn)如彈簧一樣的性質(zhì)。由作用在液壓缸活塞上的作用力表達(dá)式，被壓縮液體產(chǎn)生的復(fù)位力與活塞位移成比例，因此被壓縮液體的作用相當(dāng)于一個(gè)線性液壓彈簧，其剛度稱為液壓彈簧剛度Kh。4-4為什么在分析設(shè)計(jì)閥控液壓缸時(shí)，取活塞在中位時(shí)的液壓固有頻率ωh值？四邊閥控液壓缸與雙邊閥控液壓缸的液壓固有頻率有何區(qū)別？并說明為什么？總液壓彈簧剛度為，當(dāng)活塞處于中間位置時(shí)，若，則有，此時(shí)液壓彈簧剛度最小。當(dāng)活塞處在液壓缸兩端時(shí)，V1或V2接近于零，液壓彈簧剛度最大。由于，當(dāng)取活塞中位時(shí)，剛度最小，此時(shí)滿足閥控液壓缸的響應(yīng)速度要求時(shí)，即整個(gè)系統(tǒng)滿足響應(yīng)速度要求，所以取活塞在中位時(shí)的液壓固有頻率ωh值。雙邊閥控液壓缸和四邊閥控液壓缸的輸出方程以及傳遞函數(shù)的形式是一樣的，但固有頻率和阻尼比都低了倍。這是因?yàn)殡p邊閥控液壓缸缸只有一個(gè)控制腔，只形成一個(gè)液壓彈簧，所以在其它參數(shù)相同的條件下，四邊閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要比雙邊閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。4-5為什么在設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)時(shí)要采用零位閥系數(shù)Kq0和Kc0？閥工作在零位時(shí)，Kq0最大，Kc0最小，此時(shí)系統(tǒng)阻尼最小。在這個(gè)點(diǎn)上系統(tǒng)穩(wěn)定，則在其他各個(gè)工作點(diǎn)也是穩(wěn)定的，因此在設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)時(shí)要采用零位閥系數(shù)Kq0和Kc0。4-6提高液壓動(dòng)力元件阻尼系數(shù)ξh用什么方法最簡單？液壓阻尼比系數(shù)，由該式可知，影響阻尼比的因素很多，如閥的流量-壓力系數(shù)、系統(tǒng)的泄漏、摩擦損失以及負(fù)載情況等。其中Kce與成正比，故增加泄漏即提高泄漏系數(shù)Ct可以有效地提高阻尼比，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以使用此方法提高液壓動(dòng)力元件阻尼系數(shù)最簡單。4-7在閥控液壓缸系統(tǒng)中，若閥的輸入頻率超過了液壓固有頻率ωh時(shí)能否響應(yīng)？液壓固有頻率表示液壓執(zhí)行元件響應(yīng)的快速性，固有頻率高，響應(yīng)速度快。通常液壓固有頻率是系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中最低的頻率，成為液壓控制系統(tǒng)響應(yīng)速度的上限。所以若閥的輸入頻率超過了液壓固有頻率ωh時(shí)不能響應(yīng)。4-8為什么把Kv稱為速度放大系數(shù)或速度常數(shù)？因?yàn)镵v表示閥對液壓缸速度控制的靈敏度，它直接影響閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、響應(yīng)精度和穩(wěn)定性，提高Kv可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、響應(yīng)精度，但使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞，所以把Kv稱為速度放大系數(shù)或速度常數(shù)。4-9速度放大系數(shù)Kv是由哪些參數(shù)組成的？其中哪個(gè)參數(shù)在工作過程中是變量？速度放大系數(shù)的量綱是什么？，流量增益Kq在工作過程中是變量，速度放大系數(shù)的量綱是。4-10何謂動(dòng)態(tài)剛度？如何理解在低頻段閥控液壓缸相當(dāng)于一個(gè)粘性阻尼器？在中頻段的動(dòng)態(tài)剛度等于液壓彈簧剛度Kh？由于閥的開度和液壓缸的泄露的影響，液壓缸是不可能完全封閉的，所以由于液體的壓縮性所形成的液壓彈簧剛度使動(dòng)態(tài)的，即所謂動(dòng)態(tài)剛度。在低頻段時(shí)，閥控液壓缸的泄露比較大，而液壓阻尼與系統(tǒng)泄露成正比，所以相當(dāng)于一個(gè)粘性阻尼器。在中頻段時(shí)，泄露來不及起作用，相當(dāng)于一種封閉狀態(tài)，因此中頻段的動(dòng)態(tài)剛度等于液壓彈簧剛度Kh。4-11試比較泵控液壓馬達(dá)與閥控液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)特性。為了比較泵控和閥控這兩種不同控制方式的異同，在假設(shè)條件相似時(shí)，應(yīng)當(dāng)在負(fù)載工作情況大致相同、馬達(dá)參數(shù)大致相等的條件下進(jìn)行比較才有意義，所以可以認(rèn)為V≈2Vt。（1）泵控馬達(dá)的液壓固有頻率wh要比閥控馬達(dá)的液壓固有頻率wh低倍，其根本原因是泵控系統(tǒng)只能控制一個(gè)油腔，而閥控系統(tǒng)是控制了兩個(gè)油腔。所以泵控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性比閥控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性要差。另外泵控馬達(dá)的工作腔容積較大，使液壓固有頻率進(jìn)一步降低。（2）泵控馬達(dá)的阻尼系數(shù)zh也比閥控馬達(dá)的阻尼系數(shù)zh小倍，且較恒定，這是因?yàn)楸每伛R達(dá)的總泄漏系數(shù)Ct基本恒定，且比閥控馬達(dá)的總流量壓力系數(shù)Kce小。泵控馬達(dá)幾乎總是欠阻尼的，zh通常在0.05~0.2范圍內(nèi)。為了得到合適的阻尼比，往往需要有意設(shè)置旁路泄漏或內(nèi)部壓力反饋回路。（3）泵控馬達(dá)的增益和靜態(tài)速度剛度值也比閥控馬達(dá)相應(yīng)的量更為恒定。（4）由（4.71）可以確定泵控馬達(dá)的動(dòng)態(tài)柔度，其倒數(shù)可以確定泵控馬達(dá)的動(dòng)態(tài)剛度，可見其動(dòng)態(tài)剛度不如閥控馬達(dá)的好，但其靜態(tài)剛度是很好的?？傊?，泵控馬達(dá)是相當(dāng)線性的元件，其增益和阻尼比都恒定，固有頻率的變化與閥控馬達(dá)相似，所以泵控馬達(dá)的動(dòng)態(tài)特性比閥控馬達(dá)的動(dòng)態(tài)特性更加可以預(yù)測，計(jì)算出的性能與實(shí)驗(yàn)測得的性能基本是一致的，而且受工作點(diǎn)變化的影響也較小。但由于泵控馬達(dá)的固有頻率低，且還要附加一個(gè)變量控制伺服機(jī)構(gòu)，因此總的響應(yīng)特性不如閥控馬達(dá)好。4-12試比較閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)的效率，并說明原因。泵空系統(tǒng)的效率高于閥控系統(tǒng)的效率。因?yàn)楸每伛R達(dá)的阻尼系數(shù)zh比閥控馬達(dá)的阻尼系數(shù)zh小倍，所以能量損耗較少，而且泵控系統(tǒng)的泄露也比閥控系統(tǒng)小，所以泵控系統(tǒng)效率較高。4-13什么叫負(fù)載匹配？何謂最佳負(fù)載匹配？以滿足負(fù)載力和負(fù)載運(yùn)動(dòng)速度的要求來設(shè)計(jì)液壓動(dòng)力元件叫做負(fù)載匹配，同時(shí)使設(shè)計(jì)的液壓動(dòng)力元件的功耗最小或液壓缸的有效面積最小等，稱為最佳匹配。4-14為什么泵控液壓馬達(dá)適用于大功率控制系統(tǒng)？泵空液壓馬達(dá)的效率更高，在使用大功率控制系統(tǒng)時(shí)比較節(jié)能。4-15質(zhì)量M=1000kg的物體由液壓缸直接拖動(dòng)，油源壓力ps=1.40×107Pa，液壓缸最大輸出力F=42000N，液壓缸行程L=1m,取液壓缸有效容積V=LA，A為液壓缸有效作用面積，油的等效彈性模數(shù)e=10×108N/m2。如果用四通閥控制雙作用液壓缸，液壓固有頻率h是多少？如果用三通閥控制差動(dòng)液壓缸，其最小液壓固有頻率h又是多少？（液壓缸面積比為2）解：用四通閥控制雙作用液壓缸，有效面積，總壓縮體積為因?yàn)橐簤焊酌娣e比為2，所以液壓缸有效面積等于活塞面積，則液壓固有頻率：三通閥控制差動(dòng)液壓缸，其最小液壓固有頻率4-16有一閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)，已知：液壓馬達(dá)排量為Dm=6×10-6m3/rad，馬達(dá)容積效率為95%,額定流量為qn=6.66×10-4m3/s，額定壓力pn=140×105Pa，高低壓腔總?cè)莘eVt=3×10-4m3.拖動(dòng)純慣性負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jt=0.2kgm2，閥的流量增益Kq=4m2/s，流量-壓力系數(shù)Kc=1.5×10-16m3/sPa。液體的等效彈性模數(shù)e=7×108N/m2，試寫出閥控液壓馬達(dá)的傳遞函數(shù)θm-xv。（參考答案：）解：將所有參數(shù)代入，得閥控液壓馬達(dá)的角位移θm對閥芯位移xv的傳遞函數(shù)為4-17閥控缸系統(tǒng)拖動(dòng)純慣性負(fù)載作往返運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率為=5rad/s，負(fù)載總質(zhì)量為M=500kg，負(fù)載總行程L=0.06m，油源壓力ps=6×106Pa，滑閥開口量xv=0.53×10-3m。試根據(jù)負(fù)載匹配最佳原則設(shè)計(jì)液壓缸的直徑D、活塞桿直徑d和滑閥直徑dv。如果液壓缸有效容積V為行程與活塞有效面積的乘積的1.5倍，液體的等效彈性模數(shù)e=109N/m2，計(jì)算液壓缸的液壓固有頻率h。（提示：液壓缸活塞及活塞桿直徑是系列標(biāo)準(zhǔn)值,如D=3.8cm則d=2.4cm或D=4cm則d=2.8cm）解：由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的總行程L=60cm，則往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最大振幅為A=L/