09机控一班 动力元件的匹配.doc

《液压伺服与比例控制系统》讨论课 内容：动力机构的匹配 班 级： 09机控一班 小组成员： 刘欢、田竞春、吕杰、郑岩、巩明昭 指导教师： 张伟 动力机构的匹配 液压动力机构是由液压放大元件(液压控制元件)和液压执行元件组成。液压控制元件可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵。液压执行元件是液压缸或液压马达。由它们可以组成四种伺服系统基本形式的液压动力机构：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。 按控制形式分两种基本控制系统，即阀控（节流控制）系统和泵控(容积控制)系统。按照液压伺服系统的具体需要，来选择液压动力机构的参数，称为液压动力机构的匹配，即液压伺服系统中各参数的值，应满足实际工作对系统提出的要求。也就是在允许工作精度情况下，能承受负载和满足一定速度的要求，并功率消耗最小，系统有较高的效率，这就要研究动力机构的最佳匹配问题。对于液压伺服阀控系统来说，液压动力机构需选择的主要参数是伺服阀的流量，动力源压力和液压执行机构活塞的有效面积或液压马达的排量，对于泵控系统来说，选择的主要参数是变量泵的输出流量和液压马达的排量。这些参数选择的是否合理，不仅涉及能源的利用效率，还极大的影响系统的动态、静态品质。因此液压动力机构的最佳匹配是伺服设计中的最关键的问题。 一、动态特性 阀控液压缸的动态特性 (1-1) (1-2) (1-3) 阀控液压马达的动态特性： (1-4) (1-5) (1-6) 泵控液压马达的动态特性： 液压动力元件的动态特性受负载特性的影响。 二、负载特性 所谓负载是指液压执行元件运动时所遇到的各种阻力(或阻力矩)。负载力与负载速度之间的关系称为负载特性。以负载力为横坐标，负载速度为纵坐标所画出的曲线称之为负载轨迹，其方程即为负载轨迹方程。负载特性不但与负载的类型有关，而且与负载的运动规律有关。没有蓄能元件时，负载轨迹为非闭合曲线；有蓄能元件时，负载轨迹为闭合曲线。 采用频率法设计系统时，可以认为输入信号是正弦信号，负载是在作正弦响应。下面介绍几种典型的负载特性。 1、惯性负载特性 假定质量为m的惯性负载，其输出位移为正弦运动，即 (1-7) 式中——正弦运动的振幅； ——正弦运动的角频率。 则负载轨迹方程为 (1-8) 联立上两式可得 (1-9) a）惯性负载轨迹图 b）粘性阻尼负载轨迹图 c）惯性性负载轨迹 图1-2 负载轨迹为一正椭圆，如图1-2a所示。其中最大负载速度与成正比，最大负载力与成比例，故增加时椭圆横轴增加比纵轴快。由于惯性力随速度增大而减小，所以负载轨迹点的旋转方向是逆时针方向。2、粘性阻尼负载特性 粘性阻尼力的大小与负载运动速度成正比，即 (1-10) 那么，负载轨迹为一直线，如图1-2b所示。其斜率为，与频率无关。 3、弹性负载特性 弹性负载力的大小与负载位移成正比，则负载轨迹方程为 (1-11) 联立上两式可得 (1-12) 负载轨迹也是一个正椭圆，如图1-2c所示。其中最大负载力与无关，而最大负载速度与成正比，故增加时椭圆横轴不变，纵轴与成比例增加。因为弹簧变形速度减小时弹簧力增大，所以负载轨迹上的点是顺时针变化的。 4、摩擦负载特性 摩擦力包括静摩擦力和动摩擦力两部分，其相应的负载轨迹表示在因1-3a、b。静摩擦力与动摩擦力之和构成干摩擦力。当静摩擦力与动摩擦力近似相等时的干摩擦力称为库仑摩擦力。 a）静摩擦 b）动摩擦图 c）惯性、粘性阻尼和弹性组合负载轨迹 图1-3 摩擦负载