液压控制系统 第五章

第二章 液压放大元件

习题

1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径md3108，径向间隙mrc6105，供油压力Paps51070，采用10号航空液压油在40C工作，流量系数62.0dC，求阀的零位系数。spa2104.13/870mkg

解：对于全开口的阀，dW

由零开口四边滑阀零位系数

2. 已知一正开口量mU31005.0的四边滑阀，在供油压力Paps51070下测得零位泄漏流量min/5Lqc，求阀的三个零位系数。

解：正开口四边滑阀零位系数sdqpwck20

ssdcoppwuck sdcpwucq2

3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径md3108，供油压力Paps510210，最大开口量mxm30105.0，求最大空载稳态液动力。

解：全开口的阀dW

最大空载液动力：

4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Paps510210，系统稳定性要求阀的流量增益smKq/072.220，试设计计算滑阀的直径d的最大开口量mx0。计算时取流量系数62.0dC，油液密度3/870mkg。

解：零开口四边滑阀的流量增益：

故md31085.6

全周开口滑阀不产生流量饱和条件 5. 已知一双喷嘴挡板阀，供油压力Paps510210，零位泄漏流量smqc/105.736，设计计算ND、0fx、0D，并求出零位系数。计算时取8.00dC，64.0dfC，3/870mkg。

解：由零位泄漏量

sfNdfcpXDCq02 即160NfDX 得：

mmpCqDsdfcN438.0216 则：

若：8.00ddfCC，1610NfDX

则mmDDN193.044.00

第三章 液压动力元件

习题

1. 有一阀控液压马达系统，已知：液压马达排量为radmDm/10636，马达容积效率为95%，额定流量为smqn/1066.634，额定压力Papn510140，高低压腔总容积34103mVt。拖动纯惯性负载，负载转动惯量为22.0mkgJt，阀的流量增益smKq/42，流量-压力系数PasmKc/105.1316。液体等效体积弹性模量Pa8e107。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。

第一章 液压传动概述

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1. 什么叫液压传动？液压传动有哪两个工作特性？液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？

液压传动：以液体为工作介质，主要利用液体压力能来进行能量传输的传动方式。

两个工作特性：液体压力的大小取决于负载，与流量大小无关。

速度或转速的传递按“容积变化相等”原则进行

液压系统的组成：

1）能源装置（或称动力元件）：

把机械能转化成液体压力能的装置。液压泵。

2）执行装置（或称执行元件）：

把液体压力能转化成机械能的装置。液压缸和液压马达。

3）控制调节装置（或称控制元件）：

对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。各类控制阀。

4）辅助装置（或称辅助元件）：

保证系统有效、稳定、持久地工作。指以上三种组成部分以外的其它装置。如

各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力表等。

2. 液压传动与机械传动（以齿轮传动为例）、电传动比较有哪些优点？为什么有这些优点？

比较优点：

（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑；

（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；

（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；

（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），它还可以在运行的

过程中进行调速；

（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；

（6）容易实现直线运动；

（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制

后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。

（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

3. 试讨论液压传动系统图形符号的特点。

特点：

• 图形符号仅表示元件的功用，不表示其结构；

第五章 方 向 控 制 阀

方向控制阀（方向阀）是控制液压系统中的液流方向的阀，用来对系统中各个支路的液流进行通、断的切换，以适应工作的要求。一个液压系统所应用的各个控制阀中，方向阀占的数量相当多。

§5-1 方向阀的功能及分类

常规方向阀的基本作用是对液流进行通、断（开、关）切换。因此，工作原理比较简单，它的结构也并不复杂。但是，为了满足不同液压系统对液流方向的控制要求，方向阀的品种规格名目繁多。

一、分类

方向阀按其功能，大致可分成以下几种类型：

有时把压力表开关也归到方向控制阀中。

除了上述一般的方向控制阀外，还有可以进行阀芯位置连续控制的电液比例方向阀。

从阀芯的结构特征来区分，又有锥阀式、球阀式、滑阀式和转阀式等。

（一）单向阀

单向阀类似于电路中的二极管。在液压系统中单向阀只允许液流沿一个方向通过，反方向流动则被截止。它是一种结构最简单的控制阀。图5-1（图5-1省略p89）分别是钢球式直通单向阀和锥阀式直通单向阀。

液流从1P流入时，克服弹簧力而将阀芯顶开，再从2P流出。当液流反向流入时，由于阀芯被压紧在阀座密封面上，所以流动被截止。

钢球式单向阀的结构简单，但密封性不如锥阀式，并且由于钢球没有导向部分，所以工作时容易产生振动，一般用在流量较小的场合。锥阀式应用最多，虽然加工要求较钢球式高一些，但是它的导向性好，密封可靠。

图5-1所示单向阀是管式结构，尺寸小巧紧凑，可以直接安装在管路中。此外还有板式结构的单向阀（图5-2）（图5-2省略p90），它的装拆维修比较方便，不过需要另行设置安装底板。此外，由于板式单向阀内的流道有转弯，所以流动阻力损失较管式结构大。

单向阀中的弹簧主要是用来克服摩擦力、阀芯的重力和惯性力，使阀芯在液流反方向流动时能迅速关闭。但弹簧过硬会影响阀的开启压力并造成过大的流动损失。一般单向阀的开启压力大约0.03~0.05MPa，并可根据需要更换弹簧。例如，单向阀作为背压阀使用时，需要具有与系统工作相适应的开启压力，因此采用较硬的弹簧。

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一、简略设计应用电液比例阀控制的速度控制回路。画出原理图并加以说明。

该液压控制系统由控制计算机、比例放大器、电液比例方向阀、液压泵、液压缸、基座、负载、位移传感器和，数据采集卡组成，如图1所示。

图1 电液比例阀控制的速度控制回路

液压系统采用定量泵和溢流阀组成的定压供油单元， 用电液比例方向阀在液压缸的进油回路上组成进油节流调速回路，控制活赛的运行速度。位移传感器检测出液压缸活塞杆当前的位移值，经A/D 转换器转换为电压信号，将该电压信号与给定的预期位移电压信号比较得出偏差量，计算机控制系统根据偏差量计算得出控制电压值， 再通过比例放大器转换成相应的电流信号， 由其控制电液比例方向阀阀芯的运动，调节回路流量，从而通过离散的精确位移实现对负载速度的精确调节。

二、说明使用电液闭环控制系统的主要原因。

液压伺服系统体积小、重量轻，控制精度高、响应速度快，输出功率大，信号灵活处理，易于实现各种参量的反馈。另外，伺服系统液压元件的润滑性好、寿命长；调速范围宽、低速稳定性好。闭环误差信号控制则定位更加准确，精度更高。

三、在什么情况下电液伺服阀可以看成震荡环节、惯性环节、比例环节？

在大多数的电液私服系统中，伺服阀的动态响应往往高于动力元件的动态响应。为了简化系统的动态特性分析与设计，伺服阀的传递函数可以进一步简化，一般可以用二阶震荡环节表示。如果伺服阀二阶震荡环节的固有频率高于动力元件的固有频率，伺服阀传递函数还可以用一阶惯性环节表示，当伺服阀的固有频率远远大于动力元件的固有频率，伺服阀可以看成比例环节。

四、在电液私服系统中为什么要增大电气部分的增益，减少液压部分的增益？

在电液伺服控制系统中，开环增益选得越大，则调整误差越小，系统抗干扰能力就越强。但系统增益超过临街回路增—2—

益，系统就会失稳。在保持系统稳定性的条件下，得到最大增益。从提高伺服系统位置精度和抗干扰刚度考虑，要求有较高的电气增益KP，因此，液压增益不必太高，只要达到所需要的数值就够了。同时，电气系统增益较液压增益也易于调节，同时成本低。