液压控制系统(王春行编)课后题答案

第二章思考题1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为pL，阀位移xV时，阀的负载流量为qL的位置。零位工作点的条件是q=p=x=0LLV。5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？答：流量增益qq=xLVK，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。流量-压力系数cq=-pLLK，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。压力增益pp=xLVK，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力当各系数增大时对系统的影响如下表所示。稳定性响应特性稳态误差qKcKpK7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？答：理想零开口滑阀c0=0K，p0=K，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏流量2cc0r=32WK，sdp02cp32=rCK，两者相差很大。理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。8、理想零开口阀具有线性流量增益，性能比较好，应用最广泛，但加工困难；因为实际阀总存在径向间隙和工作边圆角的影响。9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。习题1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3d=810m，径向间隙-6cr=510m，供油压力5sp=7010aP，采用10号航空液压油在40C。工作，流量系数dC=0.62，求阀的零位系数。解：零开口四边滑阀的零位系数为：零位流量增益sq0dpKCW零位流量-压力系数2cc0r32WK零位压力增益sdp02cp32rCK将数据代入得2q01.4msK123c04.410msaKP11p03.1710amKP2、已知一正开口量-3=0.0510mU的四边滑阀，在供油压力5sp=7010aP下测得零位泄露流量cq=5minL，求阀的三个零位系数。解：正开口四边滑阀的零位系数为：零位流量增益cq0qKU零位流量-压力系数cc0sq2pK零位压力增益q0sp0c02pKKKU将数据代入得2q01.67msK123c05.9510msaKP11p02.810amKP第三章思考题1、什么叫液压动力元件？有哪些控制方式？有几种基本组成类型？答：液压动力元件（或称为液压动力机构）是由液压放大元件（液压控制元件）和液压执行元件组成的。控制方式可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵。有四种基本形式的液压动力元件：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸和泵控液压马达。4、何谓液压弹簧刚度？为什么要把液压弹簧刚度理解为动态刚度？答：液压弹簧刚度2epht4AKV，它是液压缸两腔完全封闭由于液体的压缩性所形成的液压弹簧的刚度。因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，实际上由于阀的开度和液压缸的泄露的影响，液压缸不可能完全封闭，因此在稳态下这个弹簧刚度是不存在的。但在动态时，在一定的频率范围内泄露来不及起作用，相当于一种封闭状态，因此液压弹簧刚度应理解为动态刚度。习题1、有一阀控液压马达系统，已知：液压马达排量为3-6mm=610radD，马达容积效率为95%，额定流量为3-4nmq=6.6610s，额定压力5np=14010aP，高低压腔总容积-43tV=310m。拖动纯惯性负载，负载转动惯量为2t=0.2kgmJ，阀的流量增益2qm=4sK，流量-压力系数3-16cm=1.510sPaK，液体等效体积弹性模量8e=710aP。试求出以阀芯位移vx为输入，液压马达转角m为输出的传递函数。解：由阀控液压马达的三个基本方程qcLVLQKXKPtmmtmesps4LLLVQDCP2mtmsLPDJ可得qmm32tctmtt22emmsss4VKDJKCXVJDD马达的容积效率nvnqqq且tmnqpC得nv123tmnq12.3810msapCP代入数据得5m4226.6710s5.9510s1.3210s1VX2、阀控液压缸系统，液压缸面积-42p=15010mA，活塞行程L=0.6m，阀至液压缸的连接管路长度l=1m，管路截面积-42a=1.7710m，负载质量tm=2000kg，阀的流量-压力系数3-12cm=5.210sPaK。求液压固有频率h和液压阻尼比h。计算时，取8e=710aP，3kg=870m。解：总压缩体积33tpal9.17710mVAL管道中油液的等效质量2p02mal1106kgaA液压缸两腔的油液质量1pm7.38kgAL则折算到活塞上的总质量tt01mm+m+m3113kg，所以液压固有频率2ephtt4148.5radsmAV，液压阻尼比3cethptm5.3410KAV，4、有一四边滑阀控制的双作用液压缸，直接拖动负载作简谐运动。已知：供油压力5sp14010aP，负载质量tm300kg，负载位移规律为pmxxsint，负载移动的最大振幅2mx810m，角频率30rads。试根据最佳负载匹配求液压缸面积和四边阀的最大开面积mxVW。计算时，取d0.62C，3870kgm。解：负载速度pmxxcostL负载力2tptmFmxmxsintL功率32tm1Fmxsin2t2LLN则在2t=2时，负载功率最大最大功率点的负载力*2tm2mx2LF最大功率点的负载速度*m2x2L故液压缸面积*32ps1.6410m2p3LFA由于最大空载流量m*s0mpdxpq3VLACW可求得四边阀的最大开面积m*p52xsd36.1310mpVLAWC第四章思考题1、什么是机液伺服系统？机液伺服系统有什么优缺点？答：由机械反馈装置和液压动力元件所组成的反馈控制系统称为机械液压伺服系统。机液伺服系统结构简单、工作可靠、容易维护。2、为什么机液位置伺服系统的稳定性、响应速度和控制精度由液压动力元件的特性所定？答：为了使系统稳定，vhK（0.2～0.4），穿越频率c稍大于开环放大系数vK而系统的频宽又稍大于c，即开环放大系数越大，系统的响应速度越快，系统的控制精度也越高，而vK取决于fqpKKA、、，所以说机液位置伺服系统的稳定性、响应速度和控制精度由液压动力元件的特性所定。3、为什么在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要？答：开环放大系数越大，系统的响应速度越快，系统的控制精度也越高，而vK取决于fqpKKA、、，在单位反馈系统中，vK仅由qK和pA所确定，而pA主要由负载的要求确定的，因此vK主要取决于qK，所以在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要。5、低阻尼对液压伺服系统的动态特性有什么影响？如何提高系统的阻尼？这些方法各有什么优缺点？答：低阻尼是影响系统的稳定性和限制系统频宽的主要因素之一。提高系统的阻尼的方法有以下几种：1）设置旁路泄露通道。在液压缸两个工作腔之间设置旁路通道增加泄露系数tpC。缺点是增大了功率损失，降低了系统的总压力增益和系统的刚度，增加外负载力引起的误差。另外，系统性能受温度变化的影响较大。2）采用正开口阀，正开口阀的c0K值大，可以增加阻尼，但也要使系统刚度降低，而且零位泄漏量引起的功率损失比第一种办法还要大。另外正开口阀还要带来非线性流量增益、稳态液动力变化等问题。3）增加负载的粘性阻尼。需要另外设置阻尼器，增加了结构的复杂性。4）在液压缸两腔之间连接一个机-液瞬态压力反馈网络，或采用压力反馈或动压反馈伺服阀。6、考虑结构刚度的影响时，如何从物理意义上理解综合刚度？答：结构感度与负载质量构成一个结构谐振系统，而结构谐振与液压谐振相互耦合，又形成一个液压-机械综合谐振系统。该系统的综合刚度nK是液压弹簧刚度hK和结构刚度s1K、s2K串联后的刚度，它小于液压弹簧刚度和结构刚度。7、考虑连接刚度时，反馈连接点对系统的稳定性有什么影响？答：1）全闭环系统对于惯性比较小和结构刚度比较大的伺服系统，sh＞＞，因而可以认为液压固有频率就是综合谐振频率。此时系统的稳定性由液压固有频率h和液压阻尼比n所限制。有些大惯量伺服系统，往往是sh＜＜，此时，综合谐振频率就近似等于结构谐振频率，结构谐振频率成为限制整个液压伺服系统频宽的主要因素。2）半闭环系统如果反馈从活塞输出端PX引出构成半闭环系统，此时开环传递函数中含有二阶微分环节，当谐振频率s2与综合谐振频率n靠的很近时，反谐振二阶微分环节对综合谐振有一个对消作用，使得综合谐振峰值减小，从而改善了系统的稳定性。习题1、如图4-15所示的机液位置伺服系统，供油压力5sp2010aP，滑阀面积梯度2210mW，液压缸面积42p2010mA，液压固有频率hrad320s，阻尼比h0.2。求增益裕量为6dB时反馈杠杆比1f2llK为多少？计算时，取d0.62C，3kg870m。解：由图可得：viifpxkxkx其中12i2llk=l1f2lk=l又因为vghhkk20lg2gk6dBsqdpkCW所以vpfqkk0.22kA2、如图4-16所示机液伺服系统，阀的流量增益为qK，流量-压力系数cK，活塞面积pA，活塞杆与负载连接刚度sK，负载质量mL，总压缩容积tV，油的体积弹性模量e，阀的输入位移ix，活塞输出位移px，求系统的稳定条件。解：由图可知，该系统为半闭环系统，且半闭环系统的稳定条件为vnn2ns211-K＜2（）其中：综合阻尼比cnn2=2LPKMA综合谐振频率nns1mmkkLL结构谐振频率sskmL液压弹簧刚度2epht4AKV开环放大系数qfvpKKKA反馈放大系数1f12lllK综上所述，将各系数代入不等式，可得系统的稳定条件为：ecp112qt4lllKAKV第五章1、已知电液伺服阀在线性区域内工作时，输入差动电流i10mA，负载压力5p2010aLP，负载流量q60minLL。求此电液伺服阀的流量增益及压力增益。解：电液伺服阀的流量增益为3qqm0.1siLKA压力增益8ppa210iLPKA2、已知一电液伺服阀的压力增益为5a510mPA，伺服阀控制的液压缸面积为42p5010mA。要求液压缸输出力4510FN，伺服阀输入电流i为多少？解：负载压力7110aLPFPPA则伺服阀输入电流i20mLPPAK5、已知电液伺服阀额定流量为10minL，额定压力为521010aP，额定电流10mA，功率滑阀为零开口四边滑阀，其零位泄露流量为额定流量的4%，伺服阀控制的双作用液压缸42p2010mA，当伺服阀输入电流为0.1mA时，求液压缸最大输出速度和最大输出力。解：流量增益3nqnq1ms60KAI流量-压力系数33cncannqq4%m3.1710spppK压力增益q10pcPa5.2510KKAK负载流