液压系统的动态特性分析及优化研究

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

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

基于有限元的液压系统分析与优化研究

液压系统是一种常用的控制系统，在工业、农业、建筑、交通等领域中广泛应用。液压系统具有自动化程度高、可靠性强、传动能力大、响应速度快等优点，被广泛应用于各种设备和机器的操纵、控制和传递动力等领域。在实现液压系统的优化设计和性能增强方面，有限元分析技术的应用得到了越来越广泛的关注。

液压系统的分析和设计过程中，需要考虑系统的结构和传动特性，以及流体的运动和力学特性等诸多因素。由于系统结构复杂，流体动态特性难以直接观察，因此需要利用数学模型进行分析和设计。在模型的构建过程中，有限元法是一种较为常用的工具，可以对液压系统各个部件进行分析，并继续优化设计。

有限元法是一种数值分析方法，通过将连续体离散化为有限数量的单元，进而将连续体的问题转化为局部单元之间的问题。在液压系统中，有限元法可以用于研究液体在管路中流动的模式和特性。具体来说，液压系统的有限元分析可以根据系统的工作条件，建立模型并进行求解，然后根据计算结果对系统进行评价并进一步优化。

液压系统的有限元分析中，需要建立各个单元的数学模型，分析单元中的力学特性、运动特性以及流体力学特性等。首先需要建立系统的几何模型，确定系统中各个部件的位置、尺寸和相互关系。然后需要建立相应的物理模型，包括动力学方程、物理参数和边界条件等。在建立模型的过程中，需要注意模型的合理性和准确性，尽可能地反映实际系统的特性和运动规律。

在建立模型后，需要对模型进行求解，得到系统在不同工况下的响应和性能信息。针对不同的问题，可能需要进行不同的求解方法和分析手段。比如，对于液压系统的流动问题，可以采用计算流体力学（CFD）方法进行求解，进而得到流体的速度、压力、温度等信息。对于液压系统的动力传递问题，可以采用多体动力学（MD）方法进行求解，进而得到转矩、功率、速度等信息。通过求解得到的信息，可以对液压系统的性能进行评价和优化。 液压系统的有限元分析可以针对不同的问题进行研究。比如，可以对系统的结构进行分析，研究各个部件的刚度、受力情况和变形情况等，进而进行优化设计。比如，可以对系统的动力学特性进行分析，研究系统的运动规律、振动特性和能量传递等，进而进行性能评估和优化设计。比如，可以对系统的流动特性进行分析，研究流体的速度、压力、温度等特性，进而进行优化设计和性能提升。