液压控制系统_第三章_液压动力元件课件.ppt

3.3. 液压动力元件负载匹配 3.3.1 等效负载 液压马达通过减速器驱动负载时，为便于动力元件输出特性与负载匹配，需将负载折算到马达轴上——等效负载 机床驱动系统：轴1、2、3 转动惯量J1 、J2 、J3 转速ω1、ω2、ω3 扭转刚度G1 、G2、 G3，速比i1 、i2 Tm =T1， ωm=ω1 丝杆螺距为L，直径为d 等效惯量 根据动能不变原理 分别把J2、 J3和m折算到马达轴上 对于J2： 对于J3： 对于m： 马达轴总惯量： 3.3. 液压动力元件负载匹配 低速轴惯量折算到高速轴时，原惯量应除以速比的平方 3.3. 液压动力元件负载匹配 等效刚度 根据变形能不变原理 分别把G2 ，G3折算到马达轴上 设轴1扭矩为Tm时，3根轴变形角分别为θ1 、θ2和 θ3，则当输出轴固定时输入轴的总变形为： 式中： 于是： 其中： 低速轴刚度折算到高速轴时应除以速比的平方 3.3. 液压动力元件负载匹配 等效外负载力矩 外负载力FL折算到滚珠丝杠的力矩： 式中α：丝杆螺纹升角 TL折算到马达轴上的等效外负载力矩： 3.3. 液压动力元件负载匹配 等效阻尼系数 工作台粘性阻尼力： B3的阻尼力矩为： 等效阻尼系数： 折算到马达轴上的等效阻力矩： FB折算到马达轴的等效阻尼力矩： 低速轴粘性阻尼系数折算到高速轴时应除以速比的平方 3.3. 液压动力元件负载匹配 控制元件输出特性必须适应执行元件负载特性，所以，匹配就必须是： 曲线能包围负载轨迹 A）控制元件的 —拖动要求 B）两曲线在最大功率点处相切，其间面积尽可能小 —效率要求 3.3.2 动力元件与负载匹配 （1） 匹配的概念 改变压力流量特性的方法 (a) 改变供油压力，(b) 改变控制阀的规格，(c) 改变执行元件的规格 3.3. 液压动力元件负载匹配 （2） 实现匹配的途径 要使零开口滑阀 曲线包围负载轨迹 可以： (a)改变系统的供油压力 (b)改变伺服阀的额定参数—最大空载流量 (c)改变执行元件的结构参数 在设计阶段有三种选择主动权。一旦系统建成就只能调整ps 3.3. 液压动力元件负载匹配 不同匹配的比较 负载轨迹为负斜率的直线 （3） 最佳匹配 满足拖动的前提下尚能使某项指标达到最大、最小或其它要求。例如： 功耗最小，即效率最高 差动缸往复运动的时间最短 重力作用下的液压缸升、降速度相等 第二类负载轨迹，用压力-流量计算尺通过图解法求解。能用解析法求解的称谓第一类负载。（刘长年著《液压伺服系统优化设计》） 3.3. 液压动力元件负载匹配 3） 用解析法确定液压动力元件的最佳匹配参数 （1） 控制阀的最大功率点 （2） 负载轨迹与控制阀的压力-流量特性的对应关系 （3） 以正椭圆负载轨迹为例，求解最佳匹配参数 用 ， 转换后得：（ ） 3.3. 液压动力元件负载匹配 令： 得： 于是，负载功率方程： 求 得 时有最大功率 将 带入 得： 而 ，联解得： 又因为 ，联立求解得： 将 带入 得： 3.3. 液压动力元件负载匹配 式中 ：最大负载力，N ：最大负载速度，m/s 以功耗最小为指标的阀控缸驱动正椭圆负载轨迹的最佳匹配参数计算公式 对于液压马达，仅需用 分别替换 考虑到执行元件的机械效率和容积效率，则 第三章 液压动力元件 3.0. 引言 3.1. 液压频率 3.2. 四边阀控对称液压缸分析 3.3. 液压动力元件负载匹配 3.0. 引言 液压动力元件=液压控制阀+液压执行器 液压控制元件：液压控制阀或伺服变量泵 液压执行元件：液压缸或液压马达 液压动力元件 阀控液压缸 阀控液压马达 泵控液压缸 泵控液压马达 3.1. 液压频率 3.1.1 液压弹簧 3.1.2 液压频率 3.1.3 等效质量 3.1.1 液压弹簧 m 零开口阀中位时，液压缸工作腔中的液体压力 在外力F 作用下，质量m联同活塞要产生微小的位移 左腔压力升高，右腔压力降低。根据液体可压缩性定义 就有 3.1.1 液压弹簧 式中： β—等效体积弹性模量，Pa， —活塞有效工作面积，㎡ —活塞位移，m 上式两边同乘 得： 式中： 将两式相减并令 则有 式中 ——等效弹簧刚度 可见，液压缸中的受压液体犹如弹簧——液压弹簧，其刚度与工作腔的容积相关，并且随液压缸两腔容积的变化而变化 液压弹簧刚度低，系统响应慢，最低刚度制约系统响应特性 m 3.1.1 液压弹簧 令液压缸的总容积为 则 所以 可见， 一定时，等效液压弹簧刚度 是 函数，并且存在 极小值。求 得 时（即活塞处于中位时） 有极小值 确定系统最低液压弹簧刚度 活塞中位时液压系统的液压弹簧刚度最低，动态响应特性最差 m 3.1.2 液压频率 m K 在机械系统中，