液压伺服控制讲稿.ppt

关于液压伺服控制第一页，讲稿共五十二页哦2概概 述述 液压动力元件液压动力元件=液压放大元件液压放大元件+液压执行元件液压执行元件 液压放大元件（液压控制元件）：液压控制液压放大元件（液压控制元件）：液压控制阀阀、伺服、伺服变量泵变量泵 液压执行元件：液压液压执行元件：液压缸缸、液压、液压马达马达 机机-液耦合（换能）元件液耦合（换能）元件 四种基本型式的液压动力元件：四种基本型式的液压动力元件：阀控阀控（节流控制）系统：阀控缸，阀控马达；（节流控制）系统：阀控缸，阀控马达；泵控泵控（容积控制）系统：泵控缸、泵控马达。（容积控制）系统：泵控缸、泵控马达。液压动力元件是一个关键性的部件，它的动态特性在很液压动力元件是一个关键性的部件，它的动态特性在很大程度上大程度上决定决定着整个着整个系统系统的的性能性能。第二页，讲稿共五十二页哦33.1 四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸零开口零开口四边滑阀四边滑阀+对称对称液压缸液压缸 四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸 X Xv v p1 p2 V1 V2 xp F FL L Q1 Q2 一、基本方程一、基本方程 1）液压控制阀的流量方程）液压控制阀的流量方程 2）液压缸流量连续性方程液压缸流量连续性方程 3）液压缸与负载的力平衡方程）液压缸与负载的力平衡方程（一）滑阀的流量方程（一）滑阀的流量方程 假设：假设：1）零开口零开口四边滑阀四边滑阀 2）四个节流窗口是）四个节流窗口是匹配对称匹配对称的的 3）供）供油压力恒定油压力恒定，回油压力为零，回油压力为零第三页，讲稿共五十二页哦4（二）液压缸流量连续性方程（二）液压缸流量连续性方程 假设：假设：1）阀与液压缸的连接管道对称且短而粗，管道中的压力损失和管道）阀与液压缸的连接管道对称且短而粗，管道中的压力损失和管道动态可以忽略动态可以忽略 2）液压缸每个工作腔内各处压力相等，油温和体积弹性模量为）液压缸每个工作腔内各处压力相等，油温和体积弹性模量为常数常数 3）液压缸内外泄漏均为层流流动）液压缸内外泄漏均为层流流动总流量总流量 =推动活塞推动活塞运动所需流量运动所需流量 +经过活塞密封的经过活塞密封的内泄漏内泄漏流量流量 +经过活塞杆密封处的经过活塞杆密封处的外泄漏外泄漏流量流量 +油液油液压缩压缩和腔体和腔体变形变形所需的流量所需的流量第四页，讲稿共五十二页哦5流入流入液压缸进油腔的流量：液压缸进油腔的流量：从液压缸回油腔从液压缸回油腔流出流出的流量：的流量：液体是可压缩的。液体是可压缩的。液体液体等效容积弹性模数等效容积弹性模数e e表示容器中油液的容积表示容器中油液的容积变化率与压力增长量之间的关系变化率与压力增长量之间的关系M第五页，讲稿共五十二页哦6 动态动态分析时，需要考虑分析时，需要考虑泄漏泄漏和油液和油液压缩性压缩性的影响，则流入液压缸的的影响，则流入液压缸的流量与流出液压缸的流量与流出液压缸的流量不相等流量不相等，为了简化分析，定义负载流量为：，为了简化分析，定义负载流量为：第六页，讲稿共五十二页哦7要使压缩流量相等，要使压缩流量相等，应应使液压缸两腔的使液压缸两腔的初始容积相等初始容积相等，即，即活塞在活塞在中间中间位置时，位置时，1 1）液体压缩性影响最大，固有频率最低）液体压缩性影响最大，固有频率最低 2 2）阻尼比最小）阻尼比最小因此，因此，系统稳定性最系统稳定性最差。所以，分析时，应取活塞的中间位置作为初始位置。差。所以，分析时，应取活塞的中间位置作为初始位置。流量方程可整理成流量方程可整理成：推动推动液压缸运动所需流量液压缸运动所需流量+总泄漏总泄漏流量流量+总压缩总压缩流量流量第七页，讲稿共五十二页哦8（三）液压缸和负载的力平衡方程（三）液压缸和负载的力平衡方程 负载力一般包括惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负载力。负载力一般包括惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负载力。液压缸的输出力与负载力的平衡方程为：液压缸的输出力与负载力的平衡方程为：此外，还存在库仑摩擦等非线性负载，但采用线性化的方法分析此外，还存在库仑摩擦等非线性负载，但采用线性化的方法分析系统的动态特性时，必须将这些系统的动态特性时，必须将这些非线性负载忽略非线性负载忽略。第八页，讲稿共五十二页哦9二、方块图与传递函数二、方块图与传递函数阀控液压缸的三个基本方程完全描述了阀控液压缸的动态特性，将其阀控液压缸的三个基本方程完全描述了阀控液压缸的动态特性，将其拉式变换，则：拉式变换，则：Kq-+xvxpQLFLMts2+Bps+k+Kc适合于适合于负载惯负载惯量小量小、动态过动态过程较快程较快的场合。的场合。第九页，讲稿共五十二页哦10Kq-+xvxpPLFL-适合于适合于负载惯量和泄漏系负载惯量和泄漏系数都较大数都较大，而，而动态过程比动态过程比较缓慢较缓慢的场合。的场合。第十页，讲稿共五十二页哦11合并三个基本方程，消去中间交量合并三个基本方程，消去中间交量QL及及pL，可得到阀芯输入位移和，可得到阀芯输入位移和外负载力同时作用时液压缸活塞的总输出位移：外负载力同时作用时液压缸活塞的总输出位移：式中，包括泄漏在内的总的压力流量系数。液压缸活塞的液压缸活塞的空载速度空载速度外负载力作用引起的外负载力作用引起的速度降低速度降低惯性力、粘性力、弹性力变化引起的惯性力、粘性力、弹性力变化引起的压缩流量压缩流量所产生的活塞速度所产生的活塞速度惯性力、粘性力、弹性力引起的惯性力、粘性力、弹性力引起的泄漏流量泄漏流量所产生的活塞速度所产生的活塞速度活塞活塞运动速度运动速度第十一页，讲稿共五十二页哦12（一）没有弹性负载（一）没有弹性负载（K=0）的情况）的情况 1）很多情况，以惯性负载为主。）很多情况，以惯性负载为主。2）液压马达伺服系统中，弹性负载很少见。）液压马达伺服系统中，弹性负载很少见。3）粘性阻尼系数）粘性阻尼系数Bp一般很小，所以由粘性摩擦力引起的泄漏流量所一般很小，所以由粘性摩擦力引起的泄漏流量所产生的活塞速度比活塞的运动速度小得多，可忽略不计。产生的活塞速度比活塞的运动速度小得多，可忽略不计。三、传递函数简化三、传递函数简化对特征方程的简化。因式分解，对特征方程的简化。因式分解，化为标准形式化为标准形式。或或式中式中 h 液压固有频率液压固有频率 h阻尼比阻尼比第十二页，讲稿共五十二页哦13如果粘性摩擦系数如果粘性摩擦系数Bp可以略去，则可以略去，则 对于对于指令输入指令输入xv的传递函数为：的传递函数为：对于对于干扰输入干扰输入FL的传递函数为：的传递函数为：第十三页，讲稿共五十二页哦14（二）有弹性负载（二）有弹性负载（K0）的情况）的情况阀控液压缸中阀控液压缸中，弹性负载比较常见：，弹性负载比较常见：1）带对中弹簧的功率级滑阀）带对中弹簧的功率级滑阀2）材料试验机的负载是硬弹簧）材料试验机的负载是硬弹簧或或粘性阻尼系数粘性阻尼系数Bp一般很小一般很小所以：所以：kh 液压弹簧刚度：液压缸液压弹簧刚度：液压缸完全封闭完全封闭的两腔由于的两腔由于液体液体的的压缩性压缩性而形成的而形成的第十四页，讲稿共五十二页哦150 综合固有频率综合固有频率 0综合阻尼比综合阻尼比将将对应项系数相等对应项系数相等，可得：，可得：满足满足 时，有：时，有：第十五页，讲稿共五十二页哦16Kps 总压力增益总压力增益 r惯性环节的转折频率惯性环节的转折频率稳态时阀输入位移所引起的液压缸活塞的稳态时阀输入位移所引起的液压缸活塞的输出位移输出位移外负载力作用所引起的活塞输出外负载力作用所引起的活塞输出位移的减小量位移的减小量1）弹性负载使）弹性负载使积分环节变成惯积分环节变成惯性环节性环节2）随着负载弹簧刚度减小，）随着负载弹簧刚度减小，转折转折频率将变低，惯性环节接近积分环频率将变低，惯性环节接近积分环节节第十六页，讲稿共五十二页哦17（三）其它的简化情况（三）其它的简化情况K=0K=0时出现积分环节时出现积分环节时出现积分环节时出现积分环节第十七页，讲稿共五十二页哦18是负载是负载质量质量与液压缸工作腔中的油也压缩性所形成的与液压缸工作腔中的油也压缩性所形成的液压弹簧液压弹簧相互作用的结果。相互作用的结果。假设：假设：液压缸液压缸无摩擦、无泄漏无摩擦、无泄漏由于液体的压缩性，当活塞受到由于液体的压缩性，当活塞受到外力外力作用产生位移时，作用产生位移时，一腔压力升高一腔压力升高，另，另一腔压力一腔压力降低降低2）液压固有频率）液压固有频率 被压缩液体产生的被压缩液体产生的复位力复位力与活塞位移成比例，与活塞位移成比例，其作用其作用相当于一个线性液压弹簧相当于一个线性液压弹簧，总液压弹，总液压弹簧刚度为：簧刚度为：总液压弹簧刚度是液压缸两腔液压弹簧刚度的总液压弹簧刚度是液压缸两腔液压弹簧刚度的并联并联并联并联。第十八页，讲稿共五十二页哦19Mtkhx 弹簧-质量系统当活塞处在当活塞处在中间位置中间位置时，液压弹簧时，液压弹簧刚度最小刚度最小，当在两端时，当在两端时，V1或或V2为零，为零，液压弹簧刚度最大。液压弹簧刚度最大。液压弹簧与负载质量相互作用所构成系统的固有频率，中间位置时，其值液压弹簧与负载质量相互作用所构成系统的固有频率，中间位置时，其值为：为：液压弹簧刚度是在液压缸两腔完全封闭的情况下推导出来的，液压弹簧刚度是在液压缸两腔完全封闭的情况下推导出来的，实际上实际上由由于阀的开度和液压缸的于阀的开度和液压缸的泄漏泄漏的影响，液压缸不可能完全封闭，因此在的影响，液压缸不可能完全封闭，因此在稳稳稳稳态下不存在弹簧刚度态下不存在弹簧刚度态下不存在弹簧刚度态下不存在弹簧刚度。动态动态时，在一定频率范围内时，在一定频率范围内来不及泄漏来不及泄漏，相等于一种密封状态，因此液，相等于一种密封状态，因此液压弹簧是一个压弹簧是一个动态弹簧动态弹簧。第十九页，讲稿共五十二页哦20在液压伺服系统中，在液压伺服系统中，液压固有频率液压固有频率限制了系统的限制了系统的响应速度响应速度。提高提高液压固有频率的液压固有频率的方法方法：（1）增大液压缸活塞面积）增大液压缸活塞面积Ap（有时，（有时，Ap主要由负载决定）主要由负载决定）h与与Ap不成比例关系不成比例关系 压缩容积压缩容积Vt随之增大随之增大 同样的负载速度，所需负载流量增大，阀、连接管道、液压能源装同样的负载速度，所需负载流量增大，阀、连接管道、液压能源装置的尺寸重量也随之增大置的尺寸重量也随之增大（2）减小总压缩容积）减小总压缩容积Vt（主要是减少无效容积和连接管道容积）（主要是减少无效容积和连接管道容积）使阀靠近液压缸，最好装在一起使阀靠近液压缸，最好装在一起 选择合适的执行元件：长行程输出力小时用液压马达，反之用液压缸选择合适的执行元件：长行程输出力小时用液压马达，反之用液压缸（3）减小折算到活塞上的总质量）减小折算到活塞上的总质量Mt（活塞活塞质量质量+负载负载折算到活塞上的质量折算到活塞上的质量+液压缸液压缸两腔的油液两腔的油液质量质量+阀与液压缸连接阀与液压缸连接管道中的油液管道中的油液折算质量）折算质量）（4）提高油液的有效体积模量）提高油液的有效体积模量e e（7001400MPa，或实测），或实测）影响因素：受影响因素：受油液油液压缩性、管道及刚体压缩性、管道及刚体机械柔性机械柔性、油液中所含、油液中所含空气空气（最严重）（最严重）要尽量减少混入空气，避免使用软管要尽量减少混入空气，避免使用软管第二十页，讲稿共五十二页哦213）液压阻尼比）液压阻尼比决定因素：总流量决定因素：总流量-压力系数压力系数Kce、负载粘性阻尼、负载粘性阻尼Bp因为：因为：BpKce，Ctp1，其其变变化化范范围围达达2030倍倍。因因此此，是是一一个难以预测的软量。个难以预测的软量。零位阻尼比小，阻尼比变化范围大零位阻尼比小，阻尼比变化范围大零位阻尼比小，阻尼比变化范围大零位阻尼比小，阻尼比变化范围大是液压伺服系统的一个特点是液压伺服系统的一个特点第二十一页，讲稿共五十二页哦22液压阻尼比表示系统的相对稳定性。液压伺服系统一般低阻尼，液压阻尼比表示系统的相对稳定性。液压伺服系统一般低阻尼，提高的办法有：提高的办法有：（1）设置旁路泄漏通道）设置旁路泄漏通道（增加泄漏系数（增加泄漏系数Ctp）但：但：增大了功率损失增大了功率损失 降低了系统的总压力增益和系统的刚度，增加了外负载力引起的误差降低了系统的总压力增益和系统的刚度，增加了外负载力引起的误差 系统性能受温度变化的影响大系统性能受温度变化的影响大（2）采用正开口阀）采用正开口阀但：但：降低了系统刚度降低了系统刚度 泄漏引起的损失更大泄漏引起的损失更大 非线性流量增益非线性流量增益 稳态液动力变化稳态液动力变化（3）增加负载的粘性阻尼）增加负载的粘性阻尼（需要另设阻尼器，增加了结构复杂性）（需要另设阻尼器，增加了结构复杂性）第二十二页，讲稿共五十二页哦231）动态位置刚度特性）动态位置刚度特性动态位置柔度，其倒数即为动态位置刚度动态位置柔度，其倒数即为动态位置刚度惯性环节惯性环节+比例环节比例环节+理想微分环节理想微分环节+二阶微分环节二阶微分环节因为因为 h很小，所以很小，所以2 h h h负号表示负号表示负载力增加使输出减小负载力增加使输出减小动态位置刚度动态位置刚度与与负载干扰力负载干扰力F FL L的变化频率的变化频率 有关有关2.对干扰输入对干扰输入FL的频率响应分析的频率响应分析第二十三页，讲稿共五十二页哦24（1 1）在）在）在）在 2 2 h h h h 的低频段上的低频段上的低频段上的低频段上，惯性环节和二阶微分环节不起作用，则，惯性环节和二阶微分环节不起作用，则=0 0时，得静态位置刚度时，得静态位置刚度在恒定的外负载力作用下，由于泄漏在恒定的外负载力作用下，由于泄漏的影响，活塞将连续不断地移动，没的影响，活塞将连续不断地移动，没有确定的位置。随着频率的增加，泄有确定的位置。随着频率的增加，泄漏的影响越来越小，漏的影响越来越小，动态位置刚度随频动态位置刚度随频动态位置刚度随频动态位置刚度随频率成比例增大率成比例增大率成比例增大率成比例增大。/秒(s1)20lg|G|dB1阀控缸动态刚度幅频特性阀控缸动态刚度幅频特性20lg20lgA Ap p2 2K Kcece20lgk20lgkh h第二十四页，讲稿共五十二页哦25（2 2）在）在）在）在 2 2 h h h h h h的高频段的高频段的高频段的高频段上，二阶微分环节起主要作用，动态位置刚度由上，二阶微分环节起主要作用，动态位置刚度由负载惯负载惯性性所决定。动态位置刚度所决定。动态位置刚度随频率的二次方增加随频率的二次方增加随频率的二次方增加随频率的二次方增加，但一般很少在此频率范围工作。，但一般很少在此频率范围工作。第二十五页，讲稿共五十二页哦262）动态速度刚度特性）动态速度刚度特性 2 h h 的低频段上的动态速度刚度为：的低频段上的动态速度刚度为：此时，液压缸相当于一个此时，液压缸相当于一个阻尼系数为阻尼系数为阻尼系数为阻尼系数为A Ap p2 2/K/Kcece的粘性阻尼器的粘性阻尼器的粘性阻尼器的粘性阻尼器。从从物理意义物理意义上说，在低频时因负载压差产生的泄漏流量被很小的泄漏通道所阻上说，在低频时因负载压差产生的泄漏流量被很小的泄漏通道所阻碍，产生粘性阻尼作用。碍，产生粘性阻尼作用。=0 0时，得静态速度刚度时，得静态速度刚度第二十六页，讲稿共五十二页哦27（二）有弹性负载（二）有弹性负载（K0）时的频率响应分析）时的频率响应分析 有弹性负载时，活塞位移对阀芯位移的传递函数为：有弹性负载时，活塞位移对阀芯位移的传递函数为：其主要性能参数有：其主要性能参数有：为为位置放大系数位置放大系数，其中总压力增益，其中总压力增益Kps包含包含阀的压阀的压力增益力增益Kp，其随工作点在，其随工作点在很大范围内变化很大范围内变化，零位时最大零位时最大。另外，位置放大系数还另外，位置放大系数还和负载刚度有关和负载刚度有关和负载刚度有关和负载刚度有关，这与无弹性负载时不同。，这与无弹性负载时不同。第二十七页，讲稿共五十二页哦28穿越频率穿越频率20lg|G|dB0/秒秒(s1)1负载刚度使穿越频率降低了负载刚度使穿越频率降低了负载刚度使穿越频率降低了负载刚度使穿越频率降低了上式再一次说明，负载刚度比较小时，它对动态上式再一次说明，负载刚度比较小时，它对动态特性的影响可忽略。特性的影响可忽略。K0时，时，总流量总流量总流量总流量-压力系数压力系数压力系数压力系数KKcece影响影响1）位置放大系数）位置放大系数2）惯性环节的转折频率）惯性环节的转折频率3）0，从而影响高频段谐振峰值和相频特性形状，影响系统的幅值裕量，从而影响高频段谐振峰值和相频特性形状，影响系统的幅值裕量但不影响：穿越频率但不影响：穿越频率，因此不影响快速性，因此不影响快速性第二十八页，讲稿共五十二页哦29第三章第三章 液压动力元件液压动力元件 3.1 四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸 3.2 3.2 四通阀控液压马达四通阀控液压马达四通阀控液压马达四通阀控液压马达 3.3 3.3 三通阀控制液压缸三通阀控制液压缸三通阀控制液压缸三通阀控制液压缸 3.4 3.4 泵控液压马达泵控液压马达泵控液压马达泵控液压马达 3.5 液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配 本本本本章章章章介介介介绍绍绍绍第二十九页，讲稿共五十二页哦30 3.2 四通阀控制液压马达四通阀控制液压马达常用的液压动力元件，分析方法与阀控液压缸的相同。常用的液压动力元件，分析方法与阀控液压缸的相同。四边阀控制液压马达 p1 p2 V1 V2 T TL L p pS ST TX Xv v Q Q1 1 Q Q2 2 mmB BA A第三十页，讲稿共五十二页哦31第三十一页，讲稿共五十二页哦32阀控液压马达，弹簧负载很少见，即阀控液压马达，弹簧负载很少见，即阀控液压马达，弹簧负载很少见，即阀控液压马达，弹簧负载很少见，即G G=0=0，另外由于另外由于：所以：通常负载粘性阻尼系数通常负载粘性阻尼系数Bm很小，所以：很小，所以：第三十二页，讲稿共五十二页哦33三通阀控制液压缸常用作三通阀控制液压缸常用作机液伺服系统机液伺服系统机液伺服系统机液伺服系统的动力元件，如的动力元件，如仿形机床和力操纵系统中仿形机床和力操纵系统中3.3 三通阀控制液压缸三通阀控制液压缸pcX Xv v三通阀控缸的结构原理图 A QL psps F FL L xp 第三十三页，讲稿共五十二页哦34第三十四页，讲稿共五十二页哦35Bp比阻尼系数比阻尼系数Ah2/Kce小得多，即：小得多，即：第三十五页，讲稿共五十二页哦36当负载刚度当负载刚度k=0时，则：时，则：三通阀控缸和四通阀控缸传递函数的形式一样，但前者液压固三通阀控缸和四通阀控缸传递函数的形式一样，但前者液压固有频率有频率 h和阻尼比和阻尼比 h（Bp=0）均是后者的）均是后者的原因是：只有原因是：只有一个控制腔一个控制腔一个控制腔一个控制腔，只形成，只形成一个液压弹簧一个液压弹簧一个液压弹簧一个液压弹簧因此，四通阀控缸的动态响应要好得多。因此，四通阀控缸的动态响应要好得多。第三十六页，讲稿共五十二页哦37第三章第三章 液压动力元件液压动力元件 3.1 3.1 四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸 3.2 3.2 四通阀控液压马达四通阀控液压马达四通阀控液压马达四通阀控液压马达 3.3 3.3 三通阀控制液压缸三通阀控制液压缸 3.4 泵控液压马达泵控液压马达泵控液压马达泵控液压马达 3.5 3.5 液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配 本本本本章章章章介介介介绍绍绍绍第三十七页，讲稿共五十二页哦383.4 泵控液压马达泵控液压马达 p m第三十八页，讲稿共五十二页哦39一、基本方程一、基本方程一、基本方程一、基本方程变量泵的变量泵的变量泵的变量泵的流量方程为：流量方程为：V0 一个腔室的总容积一个腔室的总容积变量泵的排量为：变量泵的排量为：其其增量方程的拉氏变换增量方程的拉氏变换增量方程的拉氏变换增量方程的拉氏变换为：为：液压马达高压腔液压马达高压腔液压马达高压腔液压马达高压腔的流量连续性方程为的流量连续性方程为：其其增量方程的拉氏变换增量方程的拉氏变换增量方程的拉氏变换增量方程的拉氏变换为为：液压液压马达和负载马达和负载马达和负载马达和负载的力矩平衡方程为：的力矩平衡方程为：其其增量方程增量方程增量方程增量方程的拉氏变换为：的拉氏变换为：第三十九页，讲稿共五十二页哦40第四十页，讲稿共五十二页哦411）液压固有频率较低液压固有频率较低液压固有频率较低液压固有频率较低l 只有一个控制管道，只有一个控制管道，1/22l 液压泵的工作腔容积大液压泵的工作腔容积大2 2）阻尼比较小，但较恒定阻尼比较小，但较恒定阻尼比较小，但较恒定阻尼比较小，但较恒定。l C Ct tKKcece，总是欠阻尼，但基本恒定。，总是欠阻尼，但基本恒定。l 设置旁路泄漏通道或内部压力反馈以获得满意的阻尼比设置旁路泄漏通道或内部压力反馈以获得满意的阻尼比3 3）增益增益增益增益K K K Kqpqpqpqp/D/D/D/Dm m m m和静态速度刚度和静态速度刚度和静态速度刚度和静态速度刚度D D D Dm m m m2 2 2 2/C/C/C/Ct t t t比较恒定比较恒定比较恒定比较恒定。4 4）动态刚度不好，但静态刚度很好（动态刚度不好，但静态刚度很好（动态刚度不好，但静态刚度很好（动态刚度不好，但静态刚度很好（C C C Ct t t t较小）较小）较小）较小）三、泵控液压马达与阀控液压马达的比较三、泵控液压马达与阀控液压马达的比较三、泵控液压马达与阀控液压马达的比较三、泵控液压马达与阀控液压马达的比较第四十一页，讲稿共五十二页哦42第三章第三章 液压动力元件液压动力元件 3.1 3.1 四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸 3.2 四通阀控液压马达四通阀控液压马达四通阀控液压马达四通阀控液压马达 3.3 3.3 三通阀控制液压缸三通阀控制液压缸 3.4 泵控液压马达泵控液压马达泵控液压马达泵控液压马达 3.5 3.5 液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配 本本本本章章章章介介介介绍绍绍绍第四十二页，讲稿共五十二页哦43负载匹配负载匹配负载匹配负载匹配是指液压动力元件的输出特性与负载特性之间的配合是指液压动力元件的输出特性与负载特性之间的配合3.5 液压动力元件与负载的匹配液压动力元件与负载的匹配 一、负载特性一、负载特性一、负载特性一、负载特性负载负载负载负载：液压执行元件运动时所遇到的各种阻力（或阻力矩）：液压执行元件运动时所遇到的各种阻力（或阻力矩）惯性负载、弹性负载、粘性阻尼负载、摩擦负载、重力负载等惯性负载、弹性负载、粘性阻尼负载、摩擦负载、重力负载等负载特性：负载特性：负载特性：负载特性：负载力与负载速度之间的关系负载力与负载速度之间的关系 负载特性与负载类型和负载的运动规律有关负载特性与负载类型和负载的运动规律有关负载轨迹负载轨迹负载轨迹负载轨迹：以负载力为横坐标，负载速度为纵坐标所画出的曲：以负载力为横坐标，负载速度为纵坐标所画出的曲 线线第四十三页，讲稿共五十二页哦44（一）、惯性负载特性（一）、惯性负载特性（一）、惯性负载特性（一）、惯性负载特性惯性负载力可表示为：惯性负载力可表示为：设惯性负载的位移为正弦运动，即：设惯性负载的位移为正弦运动，即：则负载轨迹方程为：则负载轨迹方程为：将其联立可得：将其联立可得：最大负载速度与最大负载速度与 成正比：成正比：最大负载力与最大负载力与 2成正比：成正比：因此，因此，增加时正椭圆的横轴比纵轴增加快增加时正椭圆的横轴比纵轴增加快增加时正椭圆的横轴比纵轴增加快增加时正椭圆的横轴比纵轴增加快因惯性力随速度增大而减小，因此负载轨迹点因惯性力随速度增大而减小，因此负载轨迹点沿逆时针旋转沿逆时针旋转沿逆时针旋转沿逆时针旋转第四十四页，讲稿共五十二页哦45（四）、摩擦负载特性（四）、摩擦负载特性（四）、摩擦负载特性（四）、摩擦负载特性静摩擦力静摩擦力 +动摩擦力动摩擦力 =干摩擦力干摩擦力干摩擦力干摩擦力若若 静摩擦力静摩擦力 动摩擦力，则此时的干摩擦力称为动摩擦力，则此时的干摩擦力称为库仑摩擦力库仑摩擦力库仑摩擦力库仑摩擦力。静摩擦负载轨迹静摩擦负载轨迹 动摩擦负载轨迹动摩擦负载轨迹第四十五页，讲稿共五十二页哦46（五）、合成负载特性（五）、合成负载特性（五）、合成负载特性（五）、合成负载特性惯性、粘性、弹性负载合成惯性、粘性、弹性负载合成轨迹方程为：轨迹方程为：负载轨迹随频率增加而加大，设计时应负载轨迹随频率增加而加大，设计时应考虑最大工作频率时的考虑最大工作频率时的考虑最大工作频率时的考虑最大工作频率时的负载轨迹负载轨迹负载轨迹负载轨迹（有外干扰和不是正弦运动时，很复杂）。（有外干扰和不是正弦运动时，很复杂）。最有用的工况点：最有用的工况点：最大功率、最大速度、最大负载力最大功率、最大速度、最大负载力最大功率、最大速度、最大负载力最大功率、最大速度、最大负载力第四十六页，讲稿共五十二页哦47二、等效负载的计算二、等效负载的计算二、等效负载的计算二、等效负载的计算假设：假设：1）齿轮是绝对刚性的）齿轮是绝对刚性的2）齿轮的惯量和游隙为零）齿轮的惯量和游隙为零则：则：结论：结论：将惯量、粘性阻尼系数、刚度将惯量、粘性阻尼系数、刚度折算到转数折算到转数折算到转数折算到转数高的轴时，需除以高的轴时，需除以高的轴时，需除以高的轴时，需除以i i i i2 2 2 2即可，相反时，则即可，相反时，则只需乘以只需乘以i i2 2即可。即可。第四十七页，讲稿共五十二页哦48三、液压动力元件的输出特性三、液压动力元件的输出特性三、液压动力元件的输出特性三、液压动力元件的输出特性是指：是指：是指：是指：在在稳态稳态稳态稳态情况下，执行元件的情况下，执行元件的输出速度、输出力与阀的输入位输出速度、输出力与阀的输入位输出速度、输出力与阀的输入位输出速度、输出力与阀的输入位移移移移三者之间的关系。三者之间的关系。1）提高供油压力）提高供油压力P Ps s，使整个抛物线右移，输出功率增大，使整个抛物线右移，输出功率增大2）增大阀的最大开口面积）增大阀的最大开口面积WxWxvmaxvmax，使抛物线变宽，但顶点不动，输出，使抛物线变宽，但顶点不动，输出功率增大功率增大3）增大液压缸活塞面积）增大液压缸活塞面积A Ap p，使抛物线顶点左移，同时使抛物线变窄，使抛物线顶点左移，同时使抛物线变窄，但最大输出功率不变。但最大输出功率不变。1）2）3）第四十八页，讲稿共五十二页哦49四、负载匹配四、负载匹配四、负载匹配四、负载匹配曲线曲线曲线曲线5 5表明：表明：表明：表明：l 液压缸活塞面积太大，或阀太小，液压缸活塞面积太大，或阀太小，供油压力过高供油压力过高l 曲线的斜率小，动力元件的静态速曲线的斜率小，动力元件的静态速度刚度大，度刚度大，线性好，响应速度快线性好，响应速度快曲线曲线曲线曲线5 5 5 5表明：表明：表明：表明：l 液压缸活塞面积太小，或阀太大，供油压力过低液压缸活塞面积太小，或阀太大，供油压力过低l 曲线的斜率大，动力元件的静态速度刚度小。线性和响应速度都差。曲线的斜率大，动力元件的静态速度刚度小。线性和响应速度都差。第四十九页，讲稿共五十二页哦50其它几点说明：其它几点说明：1）采用作图法求动力元件参数，可将）采用作图法求动力元件参数，可将纵坐标取成速度的平纵坐标取成速度的平纵坐标取成速度的平纵坐标取成速度的平方，将输出特性曲线变成直线方，将输出特性曲线变成直线方，将输出特性曲线变成直线方，将输出特性曲线变成直线2）将）将负载轨迹用负载压力和负载流量表示负载轨迹用负载压力和负载流量表示负载轨迹用负载压力和负载流量表示负载轨迹用负载压力和负载流量表示，与阀的压力，与阀的压力-流量特流量特性曲线进行匹配。性曲线进行匹配。四、负载匹配四、负载匹配四、负载匹配四、负载匹配第五十页，讲稿共五十二页哦51对比较简单的负载轨迹，可利用最佳匹配原则，采用解析法确定对比较简单的负载轨迹，可利用最佳匹配原则，采用解析法确定液压动力元件的参数。在阀的最大功率输出点有：液压动力元件的参数。在阀的最大功率输出点有：四、负载匹配四、负载匹配四、负载匹配四、负载匹配若供油压力已定，则若供油压力已定，则液压缸活塞面积液压缸活塞面积液压缸活塞面积液压缸活塞面积为：为：阀的最大空载流量阀的最大空载流量阀的最大空载流量阀的最大空载流量为：为：通常将阀的空载流量适当加大，因为：通常将阀的空载流量适当加大，因为：1）补偿泄露）补偿泄露 2）改善系统控制性能）改善系统控制性能 3）为考虑不周留余地）为考虑不周留余地第五十一页，讲稿共五十二页哦06.04.2023感感谢谢大大家家观观看看第五十二页，讲稿共五十二页哦