液压系统的动态特性模拟与分析

液压系统动态

液压系统动态分析讲义

第⼀章绪论

引⾔

对于⼀个系统⽽⾔，输⼊和扰动往往随时间改变，系统中变量都与时间有关。因此，系统特性的分析和设计必须考虑动态特性。

我们专业作为机械学科的分⽀，所研究对象的动态特性分析也是⼀个极为重要的问题。这门课程叫液压系统动态分析。顾名思义，是研究液压系统的动态特性。

液压系统要能正常⼯作，必须满⾜以下⼏⽅⾯的基本要求：(1) ⼯作循环要求：完成系统所要求的⼯作循环；

(2) 静态特性要求：主要性能参数满⾜系统⼯作的要求，如驱动负载能⼒，包括运动(⾏程、速度和加速度)和⼒(⼒矩)的要求；

(3) 动态特性要求：⼀般的液压系统应能满⾜系统⼯作时的动态特性要求，如不能产⽣振动、爬⾏或液压冲击，⼯作环节的切换快速平稳，动态误差⼩。在对液压系统的动态特性要求较⾼时，仅考虑静态特性进⾏设计是不够的，还必须进⾏动态特性分析。如果系统的动态特性不好，在动态过程中的⼯作情况就不能满⾜要求，甚⾄⽆法正常⼯作。由于对液压系统⼯作性能的要求不断提⾼，液压系统的动态特性已逐渐被⼈们所重视。

液压系统的动态特性使其动态过程中的特性。液压系统的动态过程可由很多原因引起，归纳起来有下述两个⽅⾯：(1) 控制过程：为实现系统所要求的动作，某⼀或某些元件要受控并改变状态。如启动、制动、运动⽅向或速度、压⼒的转换等。(2) 外界⼲扰

液压系统在产⽣动态过程以前，是在某⼀稳态状况下⼯作的，即系统中各参量相互间的关系都处于静平衡状态。系统产⽣动态过程时，这种平衡状态遭到破坏；动态过程结束时，系统由达到新的平衡状态。所以液压系统的动态过程时系统失去原来平衡状态到达新的平衡状态的过程。在这⼀过程中，系统中各参量都在随时间发⽣变化，这种变化过程性能的好坏，就是系统动态特性的优劣。

⼀、研究对象、内容和意义

液压元件与系统都是我们的研究对象，具体可分为三类：

（1）具有内反馈机制的液压元件，如溢流阀、恒压泵等。这类元件通过其内部的反馈调节机制，控制压⼒、流量或者是功率为恒定值。对于液

液压传动系统中的流体力学数值模拟分析

液压传动系统中流体力学数值模拟分析

液压传动系统是工业领域中使用最广泛的动力传输系统之一，其中关键的核心引擎就是液压泵和液压马达。在液压传动系统中，流体动力学是一项重要的科学技术，它涉及了流体内部的运动、力学性质以及流体与固体物体之间的相互作用。因此，为了更好地了解其性能，对其流体力学行为进行数值模拟分析是十分重要的。

流体力学数值模拟的基础理论

流体力学数值模拟作为一种数值计算方法，其基础理论主要是连续介质力学和数值计算力学。连续介质力学认为流体是无限可分的连续介质，其运动可以用流体的内部物理量（如密度、速度、压力等）来描述。这些物理量之间的关系可以用流体动力学方程组（例如Navier-Stokes方程组）来描述。

数值计算力学则是将流体力学方程组转化为计算机可以处理的数学模型，主要是围绕着离散化方法、求解方法和模型验证三个方面进行的。其中离散化方法主要是为了将空间和时间连续性问题离散化为离散的网格点上联系的数值问题，求解方法则是通过建立计算模型解决因模型较复杂而导致实际求解困难的问题。最终模型验证则是为了确保所建立的数值模型具有可信性和正确性。

数值模拟分析在液压传动系统中的应用

通过在计算机上进行液压传动系统的数值模拟分析，可以研究其工作原理，探究其性能、功能和可靠性等问题。可利用数值模拟分析来仿真不同工况下的运行，精细化的设计液压传动系统以适应复杂的算法与计算需求，进而优化液压传动系统的结构和运行。另一方面，也可以优化液压元器件，改进其性能和标准。

数值模拟分析方法一般分为两类，一种为数值流体力学模拟方法，另一种为多体动力学模拟方法。 （1）数值流体力学模拟方法

数值流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）作为流体力学数值模拟中的一个分支，主要以对流传热问题、动量、质量、能量变化等为研究对象，分析研究流体的内部流动情况、分布情况和传输情况。借助计算机优秀的计算能力，我们可以在微观层面上探究液压传动系统中的流体力学特性，以此精确地预估其性能、寿命和可靠性。

文章编号：１６７２—０１２１（２０１２）０５—００４４—０３　

缸径液压支架液压系统的动态特性仿真研究　

史姣。付建华，雷步芳，李永堂，刘志奇　（太原科技大学，山西太原０３００２４）　

摘要：以ＺＹ１２０００／２８／６４Ｄ型两柱掩护式大缸径液压支架为研究对象，采用灰箱建模方法建立数学模型，　

运用仿真软件Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对液压支架液压控制系统的卸载过程进行动态特性的仿真研究并进行分析，　得到适当增大控制端面积，可以减小卸载液压冲击。　

关键词：流体传动与控制；液压支架；液压冲击；Ｍａｂｌａｂ；仿真　

中图分类号：ＴＨ１３７．７　文献标识码：Ａ　

０前言　综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要　

标志，而液压支架是煤矿综采工作面非常重要的设　备之一。随着我国煤炭工业的发展和液压支架日益　

增长的需求，对液压支架的性能要求也越来越高。液　压系统不仅要实现支架的各个动作，还要具有良好　

的动态过程，它直接影响着支架的稳定性、可靠性及　安全性。　在液压系统工作过程中，当突然关闭或开启液　流通道时，在通道内液体压力发生急剧交替升降的　

波动过程称为液压冲击。当液压冲击过大时会损坏　密封装置、管道和液压组件，而且会引起振动和噪　

声，因此有必要对如何减小液压系统降柱过程中的　液压冲击进行研究。本文以ｚＹｌ２０００／２８／６４Ｄ型液压　支架为研究对象，采用灰箱建模理论建立降柱过程　

的数学模型，并在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件中建立相应　的仿真模型，通过改变液控单向阀的控制端面积得　

到液控单向阀对系统卸载过程的影响情况，经过仿　真进行参数优化以降低液压冲击现象的发生。　

１立柱液压系统的工作原理　

图１为液压支架立柱液压系统工作原理图，　它是由过滤器、截止阀、旁路阀、液控单向阀组、电　图１立柱液压系统工作原理图　

将操纵阀置于右位通电工作状态，来自泵站的高　

压液体Ｐ打开液控单向阀进入立柱活塞腔使支架　升起。从打开操纵阀到支架顶梁接触到顶板为升　柱过程，从顶梁接触到顶板到关闭操纵阀为初撑　

第24卷第1期2010年3月上 海 工 程 技 术 大 学 学 报JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITYOFENGINEERINGSCIENCEVol.24No.1Mar.2010

文章编号:1009-444X(2010)01-0014-06

收稿日期:2010-03-08作者简介:魏海波(1985-),男,在读硕士,研究方向为车辆电子控制.E2mail:291144813@阀控缸液压振动系统动态性能分析

魏海波,陈 博

(上海工程技术大学汽车工程学院,上海201620)

摘要:根据阀控缸系统的工作原理,建立系统的动力学方程.运用MATLAB软件,对活塞回程

和冲程过程中的活塞速度、位移、氮气室压力变化规律进行分析,并且建立了活塞和阀芯运动的

数学模型.利用MATLAB软件进行了模型求解与显示,得到活塞和阀芯的运动规律以及流体参数的变化规律.

关键词:阀控缸;液压冲击器;动态性能;数学建模

中图分类号:TH137.5 文献标志码:A

DynamicCharacteristicsAnalysisofHydraulicVibration

SystemofValve2ControlledCylinder

WEIHai2bo,CHENBo

(CollegeofAutomotiveEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai201620,China)

Abstract:Accordingtotheworkingprincipleofvalve2controlledcylindersystem,thedynamicequationof

thesystemwasestablished.ByusingMATLABsoftware,thepiston.sspeed,displacementandthenitro2

genchamber.spressurevariationintheprocessofthereturnandimpacttravelwereanalyzed,andthe