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1、液壓控制系統(tǒng)(王春行版)課后 題答案第二章思考題1、為什么把液壓控制閥稱(chēng)為液壓放大元件? 答:因?yàn)橐簤嚎刂崎y將輸入的機(jī)械信號(hào)(位移) 轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)(壓力、流量)輸出,并進(jìn)行功 率放大,移動(dòng)閥芯所需要的信號(hào)功率很小,而系 統(tǒng)的輸出功率卻可以很大。2、什么是理想滑閥?什么是實(shí)際滑閥?答:理想滑閥是指徑向間隙為零,工作邊銳利 的滑閥。實(shí)際滑閥是指有徑向間隙,同時(shí)閥口工作 邊也不可避免地存在小圓角的滑閥。4、什么叫閥的工作點(diǎn)?零位工作點(diǎn)的條件是什 么?答:閥的工作點(diǎn)是指壓力-流量曲線(xiàn)上的點(diǎn),即 穩(wěn)態(tài)情況下,負(fù)載壓力為Pl,閥位移Xv時(shí),閥的 負(fù)載流量為qL的位置。零位工作點(diǎn)的條件是qL=PL=Xv=

2、O。5、在計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差時(shí), 應(yīng)如何選定閥的系數(shù)?為什么?答:流量增益Kq=,為放大倍數(shù),直接影響系X v統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。流量-壓力系數(shù)Kc二呂,直接影響閥控執(zhí)行元CPl件的阻尼比和速度剛度。壓力增益心=邑,表示閥控執(zhí)行元件組合啟 CXv動(dòng)大慣量或大摩擦力負(fù)載的能力當(dāng)各系數(shù)增大時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響如下表所示。穩(wěn)定性響應(yīng) 特性穩(wěn)態(tài) 誤差Kq111KctFtKpI117、徑向間隙對(duì)零開(kāi)口滑閥的靜態(tài)特性有什么影 響?為什么要研究實(shí)際零開(kāi)口滑閥的泄漏特 性?答:理想零開(kāi)口滑閥Kco=0,心=:,而實(shí)際零開(kāi)口 滑閥由于徑向間隙的影響,存在泄漏流量 “弊,心二32鑒E,兩者相差很大。理想零開(kāi)口

3、滑閥實(shí)際零開(kāi)口滑閥因有徑向 間隙和工作邊的小圓角,存在泄漏,泄漏特性決定了閥的性能,用泄漏流量曲線(xiàn)可以度量閥芯在 中位時(shí)的液壓功率損失大小,用中位泄漏流量曲 線(xiàn)來(lái)判斷閥的加工配合質(zhì)量。9、什么是穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力?什么是瞬態(tài)液動(dòng)力? 答:穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力是指,在閥口開(kāi)度一定的穩(wěn)定流 動(dòng)情況下,液流對(duì)閥芯的反作用力。瞬態(tài)液動(dòng)力是指,在閥芯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,閥開(kāi) 口量變化使通過(guò)閥口的流量發(fā)生變化, 引起閥腔 內(nèi)液流速度隨時(shí)間變化,其動(dòng)量變化對(duì)閥芯產(chǎn)生 的反作用力。習(xí)題1、有一零開(kāi)口全周通油的四邊滑閥,其直徑d=8 10-3m,徑向間隙 E=5 10-6m,供油壓力 Ps=70 105Pa , 采用10號(hào)航空液壓油在

4、409工作,流量系數(shù) Cd =0.62,求閥的零位系數(shù)。解:零開(kāi)口四邊滑閥的零位系數(shù)為:零位流量增益 Kq0 =CdW, PS零位流量-壓力系數(shù)KcoPs零位壓力增益P0將數(shù)據(jù)代入得Kqo =1.4m:sKc0 =4.4x10"m'/s PaKp0 =3.17 1011 Pa m2、已知一正開(kāi)口量U =0.05 10-3m的四邊滑閥,在供 油壓力Ps=70 105Pa下測(cè)得零位泄露流量qc=5Lmin,求 閥的三個(gè)零位系數(shù)。解:正開(kāi)口四邊滑閥的零位系數(shù)為:零位流量增益Kq。晉零位流量-壓力系數(shù)心=出2Ps零位壓力增益心二心二組Kc0U將數(shù)據(jù)代入得Kq0 = 1.67m2, s

5、Kc。=5.95 102m3. s PaKp0 =2.8 1011 Pam第三章思考題1、什么叫液壓動(dòng)力元件?有哪些控制方式? 有幾種基本組成類(lèi)型?答:液壓動(dòng)力元件(或稱(chēng)為液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu))是由 液壓放大元件(液壓控制元件)和液壓執(zhí)行元件 組成的。控制方式可以是液壓控制閥,也可以是 伺服變量泵。有四種基本形式的液壓動(dòng)力元件: 閥控液壓缸、閥控液壓馬達(dá)、泵控液壓缸和泵控 液壓馬達(dá)。4、何謂液壓彈簧剛度?為什么要把液壓彈簧剛度理解為動(dòng)態(tài)剛度?答:液壓彈簧剛度K/學(xué),它是液壓缸兩腔完全 Vt封閉由于液體的壓縮性所形成的液壓彈簧的剛 度。因?yàn)橐簤簭椈蓜偠仁窃谝簤焊變汕煌耆忾] 的情況下推導(dǎo)出來(lái)的,實(shí)際上由

6、于閥的開(kāi)度和液 壓缸的泄露的影響,液壓缸不可能完全封閉,因 此在穩(wěn)態(tài)下這個(gè)彈簧剛度是不存在的。但在動(dòng)態(tài) 時(shí),在一定的頻率范圍內(nèi)泄露來(lái)不及起作用,相當(dāng)于一種封閉狀態(tài),因此液壓彈簧剛度應(yīng)理解為 動(dòng)態(tài)剛度。習(xí)題1、有一閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng),已知:液壓馬達(dá)排 量為Dm=6 10-6 mrad,馬達(dá)容積效率為95%,額定流 量為qn=6.66 10-4m's,額定壓力Pn=140 105Pa,高低壓腔 總?cè)莘eW=3 Em3。拖動(dòng)純慣性負(fù)載,負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jt=0.2kg m2,閥的流量增益Kq=4mZ,流量-壓力 系數(shù)Kc=1.5 10-16m3s pa ,液體等效體積彈性模量 e=7 108Pa。

7、試求出以閥芯位移xv為輸入,液壓馬達(dá) 轉(zhuǎn)角箱為輸出的傳遞函數(shù)。解:由閥控液壓馬達(dá)的三個(gè)基本方程Ql 二 KqXv -KcPlQl =DmSm +CtmPL +4p2Pl Dm 二 JtS 對(duì)可得玉XvDmVJt3 Jt KcCtm22S2SS4- D2D2e mm馬達(dá)的容積效率n _qn -Aqv _qn得Ctm =qn 1 _ v =2.38 10j2 ml s PaPn代入數(shù)據(jù)得玉 6 . 6 7 5 1 0Xv s 5 . 9 54 120 S 1 .23 21 0 S 12、閥控液壓缸系統(tǒng),液壓缸面積Ap=150 10-4m2,活塞行程L=0.6m,閥至液壓缸的連接管路長(zhǎng)度l = 1m

8、,管路截面積 a=1.77 10-4m2,負(fù)載質(zhì)量 mt=2000kg, 閥的流量-壓力系數(shù)Kc=5.2X10-12mZ,pa。求液壓固有頻 率h和液壓阻尼比 h。計(jì)算時(shí),取 :e=7 108Pa,P=870 k%3。管道中油液的等效質(zhì)量解:總壓縮體積 二 ApL al=9.177 10Jm3 a2m0 =a I 2= 1106kga液壓缸兩腔的油液質(zhì)量 則折算到活塞上的總質(zhì)量mt mt+mo+mi =3113kg所以液壓固有頻率熱jvV Vtmt4:eAp =148.5rad.s液壓阻尼比=5.34。0 Vt4、有一四邊滑閥控制的雙作用液壓缸,直接拖 動(dòng)負(fù)載作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)負(fù)載質(zhì)量 mt 二 30

9、0kg , 載移動(dòng)的最大振幅根據(jù)最佳負(fù)載匹配求液壓缸面積和四邊閥的最計(jì)算時(shí),取=Xp = Xm cos t大開(kāi)面積WXvm。 解:負(fù)載速度 負(fù)載力FlCd =0.62 ," -870 kg m3。=mH x二- m Xnsin t功率 |n| = Fl1 32mt xm sin2 t2已知:供油壓力Ps"40 105 Pa,負(fù)載位移規(guī)律為xp二Xm si n t,負(fù) Xm =8 10,m,角頻率:=30rad. s。試則在2 t=2時(shí),負(fù)載功率最大最大功率點(diǎn)的負(fù)載力手mtxm 2最大功率點(diǎn)的負(fù)載速度iQm故液壓缸面積apFl= 1.64 10 Jm23Ps由于最大空載流量q

10、°m二運(yùn)碼L = CdWxvm可求得四邊閥的最大開(kāi)面積wxVm、3Ap L52= 6.13 10 m第四章思考題1、什么是機(jī)液伺服系統(tǒng)?機(jī)液伺服系統(tǒng)有什 么優(yōu)缺點(diǎn)?答:由機(jī)械反饋裝置和液壓動(dòng)力元件所組成的反 饋控制系統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)。機(jī)液伺服系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、容易維護(hù)。2、為什么機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速 度和控制精度由液壓動(dòng)力元件的特性所定?答:為了使系統(tǒng)穩(wěn)定,Kv (0.20.4 ) ” ,穿越頻率-c 稍大于開(kāi)環(huán)放大系數(shù) Kv而系統(tǒng)的頻寬又稍大于 c ,即開(kāi)環(huán)放大系數(shù)越大,系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快, 系統(tǒng)的控制精度也越高,而Kv取決于Kf、Kq、Ap,所 以說(shuō)機(jī)液

11、位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和控 制精度由液壓動(dòng)力元件的特性所定。3、為什么在機(jī)液位置伺服系統(tǒng)中, 閥流量增益 的確定很重要? 答:開(kāi)環(huán)放大系數(shù)越大,系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快, 系統(tǒng)的控制精度也越高,而Kv取決于Kf、Kq、Ap,在 單位反饋系統(tǒng)中,Kv僅由Kq和A所確定,而Ap主 要由負(fù)載的要求確定的,因此Kv主要取決于Kq, 所以在機(jī)液位置伺服系統(tǒng)中, 閥流量增益的確定 很重要。5、低阻尼對(duì)液壓伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有什么影 響?如何提高系統(tǒng)的阻尼?這些方法各有什么 優(yōu)缺點(diǎn)? 答:低阻尼是影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和限制系統(tǒng)頻寬 的主要因素之一。 提高系統(tǒng)的阻尼的方法有以下 幾種:1)設(shè)置旁路泄露通道。在液

12、壓缸兩個(gè)工作腔 之間設(shè)置旁路通道增加泄露系數(shù)Ctp。缺點(diǎn)是增大 了功率損失, 降低了系統(tǒng)的總壓力增益和系統(tǒng)的 剛度,增加外負(fù)載力引起的誤差。另外,系統(tǒng)性 能受溫度變化的影響較大。2)采用正開(kāi)口閥,正開(kāi)口閥的 Kc0 值大,可以 增加阻尼, 但也要使系統(tǒng)剛度降低, 而且零位泄 漏量引起的功率損失比第一種辦法還要大。 另外 正開(kāi)口閥還要帶來(lái)非線(xiàn)性流量增益、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力 變化等問(wèn)題。3)增加負(fù)載的粘性阻尼。需要另外設(shè)置阻尼 器,增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。4)在液壓缸兩腔之間連接一個(gè)機(jī)-液瞬態(tài)壓力 反饋網(wǎng)絡(luò),或采用壓力反饋或動(dòng)壓反饋伺服閥。6、考慮結(jié)構(gòu)剛度的影響時(shí),如何從物理意義上 理解綜合剛度?答:結(jié)構(gòu)感度

13、與負(fù)載質(zhì)量構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)諧振系 統(tǒng),而結(jié)構(gòu)諧振與液壓諧振相互耦合, 又形成一 個(gè)液壓-機(jī)械綜合諧振系統(tǒng)。該系統(tǒng)的綜合剛度Kn 是液壓彈簧剛度Kh和結(jié)構(gòu)剛度Ksi、Ks2串聯(lián)后的剛 度,它小于液壓彈簧剛度和結(jié)構(gòu)剛度。7、考慮連接剛度時(shí),反饋連接點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有什么影響?答:1)全閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于慣性比較小和結(jié)構(gòu)剛度比較大的伺 服系統(tǒng),2> h,因而可以認(rèn)為液壓固有頻率 就是綜合諧振頻率。此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性由液壓 固有頻率h和液壓阻尼比n所限制。有些大慣 量伺服系統(tǒng),往往是's<< h,此時(shí),綜合諧振 頻率就近似等于結(jié)構(gòu)諧振頻率,結(jié)構(gòu)諧振頻率成為限制整個(gè)液壓伺服系統(tǒng)頻寬的主要因

14、素2)半閉環(huán)系統(tǒng)如果反饋從活塞輸出端 Xp引出構(gòu)成半閉 環(huán)系統(tǒng),此時(shí)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中含有二階微分環(huán) 節(jié),當(dāng)諧振頻率r與綜合諧振頻率'n靠的很近 時(shí),反諧振二階微分環(huán)節(jié)對(duì)綜合諧振有一個(gè)對(duì) 消作用,使得綜合諧振峰值減小,從而改善了 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。習(xí)題1、如圖4-15所示的機(jī)液位置伺服系統(tǒng),供油壓 力Ps =20 105Pa,滑閥面積梯度W =2 10,m,液壓缸面 積宀=20 10飾2,液壓固有頻率十320叫,阻尼比h =0.2。求增益裕量為6dB時(shí)反饋杠桿比心為l 2多少?計(jì)算時(shí),取Cd =0.62,p =870%3。解:由圖可得:其中Xv= kjXi -kfXpI2kf=l2又因?yàn)閗v2

15、'hkg 二-20lg2、如圖4-16所示機(jī)液伺服系統(tǒng),閥的流量增益 為Kq,流量-壓力系數(shù)Kc,活塞面積Ap,活塞桿與 負(fù)載連接剛度Ks,負(fù)載質(zhì)量mL,總壓縮容積Vt, 油的體積彈性模量°,閥的輸入位移Xi,活塞輸 出位移xp,求系統(tǒng)的穩(wěn)定條件。解:由圖可知,該系統(tǒng)為半閉環(huán)系統(tǒng),且半閉環(huán) 系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為Kv< 2 ; 'n 11-(空)2-'32其中:綜合阻尼比,等n2Ap綜合諧振頻率1mLmLknks結(jié)構(gòu)諧振頻率液壓彈簧剛度開(kāi)環(huán)放大系數(shù)ks.mLVtKqKf反饋放大系數(shù)lll1 2綜上所述,將各系數(shù)代入不等式,可得 系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為:ll4eKcA

16、p第五章1、已知電液伺服閥在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)工作時(shí),輸入 差動(dòng)電流:i"OmA,負(fù)載壓力Pl = 20 105Pa,負(fù)載流量 QL=60Lmin。求此電液伺服閥的流量增益及壓力增、人解:電液伺服閥的流量增益為Kq= + 0.im3sA壓力增益KP=2 108paA2、已知一電液伺服閥的壓力增益為5 105pamA,伺 服閥控制的液壓缸面積為4 =50 10m2。要求液壓缸 輸出力F =5 104N,伺服閥輸入電流i為多少? 解:負(fù)載壓力Pl =?=1 107PaAp則伺服閥輸入電流=20mAkp5、已知電液伺服閥額定流量為10 L min,額定壓力 為210 105 pa,額定電流10mA

17、,功率滑閥為零開(kāi)口 四邊滑閥,其零位泄露流量為額定流量的 4%, 伺服閥控制的雙作用液壓缸Ap=20 10“m2 ,當(dāng)伺服閥 輸入電流為0.1mA時(shí),求液壓缸最大輸出速度和最大輸出力解:流量增益KqQn丄m360 s A流量-壓力系數(shù)Qc Qn 4% K cPnPn= 3.17 10壓力增益心羋=5.25 1010PaAc負(fù)載流量為 QKq "1.67 10%;則液壓缸最大輸出速度為Vmax二半=8.33 10msAP最大輸出力為Fmax=Pl_ 也i 人卩=1.05漢104”第六章思考題6、未加校正的液壓伺服系統(tǒng)有什么特點(diǎn)? 答:液壓位置伺服系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)通??梢?簡(jiǎn)化為一個(gè)積

18、分環(huán)節(jié)和一個(gè)振蕩環(huán)節(jié),而液壓阻 尼比一般都比較小,使得增益裕量不足,相位裕 量有余。另一個(gè)特點(diǎn)是參數(shù)變化較大,特別是阻 尼比隨工作點(diǎn)變動(dòng)在很大范圍內(nèi)變化。7、為什么電液伺服系統(tǒng)一般都要加校正裝置?在電液位置伺服系統(tǒng)中加滯后校正、速度與加速 度反饋校正、壓力反饋和動(dòng)壓反饋校正的主要目 的是什么?答:因?yàn)樵陔娨核欧到y(tǒng)中,單純靠調(diào)整增益往 往滿(mǎn)足不了系統(tǒng)的全部性能指標(biāo),所以就要在系 統(tǒng)中加校正裝置。加滯后校正的主要目的通過(guò)提高低頻段增益, 減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,或者在保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度 的條件下,通過(guò)降低系統(tǒng)高頻段的增益,以保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加速度與加速度反饋校正的主要目的是提高 主回路的靜態(tài)剛度,

19、減少速度反饋回路內(nèi)的干擾 和非線(xiàn)性的影響,提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加壓力反饋和動(dòng)壓反饋的目的是提高系統(tǒng)的 阻尼。8、電液速度控制系統(tǒng)為什么一定要加校正?加 滯后校正和加積分校正有什么不同?答:系統(tǒng)在穿越頻率c處的斜率為-40dB10oct,因此 相位裕量很小,特別是在阻尼比n較小時(shí)更是如 此。這個(gè)系統(tǒng)雖屬穩(wěn)定,但是在簡(jiǎn)化的情況下得 出的。如果在c和h之間有其它被忽略的環(huán)節(jié), 這時(shí)穿越頻率處的斜率將變?yōu)?60dB10dec或 -80dB,10dec,系統(tǒng)將不穩(wěn)定。即使開(kāi)環(huán)增益K°=1,系 統(tǒng)也不易穩(wěn)定,因此速度控制系統(tǒng)必須加校正才 能穩(wěn)定工作。加滯后校正的系統(tǒng)仍然是零型系統(tǒng),加積分 校正的系統(tǒng)為I型無(wú)差系統(tǒng)。9、在力控制系統(tǒng)中負(fù)載剛度對(duì)系統(tǒng)特性有何影 響?影響了哪些參數(shù)?答: 1)K» Kh ,即負(fù)載剛度遠(yuǎn)大于液壓彈簧剛度。 此時(shí)®川警,。嚴(yán) fK。二階振蕩環(huán)節(jié)與二階微ApY mt分

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