液压系统键合图分析法

液压系统原理图分析技巧作者：李松晶//丛大成//姜洪洲出版社：化学工业出版社内容简介本书可以手把手地教会你：如何分析液压系统原理图？如何将一个油路连接关系复杂、分支众多的液压系统原理图逐步分解、整理和简化？如何以便于阅读的方式绘制液压系统原理图？全书通过精心挑选出来的六个具有代表性的液压系统实例(包含多种基本回路并涵盖液压传动及控制系统的各种应用领域)，采取模块化的编排形式，详细地介绍了液压系统原理图的分析技巧及步骤，包括了解系统，初步分析、整理和简化原理图，划分子系统，子系统分析等内容。

通过阅读此书，可以使你更好地掌握和运用液压这门神奇的技术。

本书适合液压技术初学者以及对液压系统原理图不太熟悉的业内读者使用，也可作为液压技术的培训用书以及广大液压技术爱好者的自学读物。

在液压技术的学习、交流及使用过程中，都离不开液压系统的原理图，因此能够正确而迅速的阅读液压系统原理图，无论对于液压设备的设计、分析及研究，还是液压装置的使用、维护及调整都是十分重要的。

采取正确的阅读方法以及必要的阅读步骤是正确而迅速阅读液压系统原理图的关键，而计算机和网络等先进技术的使用和配合，为液压系统原理图的阅读提供了更有利的保障。

本章着重介绍阅读液压系统原理图的基本方法及步骤，在后续章节中，结合本章的基本阅读方法及步骤，对几个典型的液压系统原理图进行具体的分析和研究。

1.1概述液压系统原理图是使用连线把液压元件的图形符号连接起来的一张简图，用来描述液压系统的组成及工作原理。

要做到正确而又迅速的阅读液压系统原理图，首先要很好地掌握液压技术的基本知识，熟悉各种液压元件（特别是各种液压阀和各种变量机构）的工作原理、功能和特性；熟悉各种液压系统各种基本回路的组成、工作原理及基本性质；熟悉液压系统的各种控制方式；由于液压系统原理图是由液压元件的图形符号组成的，因此还要熟悉液压元件的标准图形符号。

其次要在实际工作中联系实际，多读多练，通过各种典型的液压系统，了解不同场合下各种液压系统的组成及工作特点，以此为基础阅读新的液压系统原理图。

《机电系统动力学》一、 键合图理论系统依据能量守恒的基本原则，由一些基本元件以一定的连接方式用规定的符号来表示，称为键合图。

键合图是系统动态性能统一的直观图来表示。

构成它的基本元件称为键合图元，键合图元间的连线代表功率的流动，称为键。

1、一通口元件一通口元件是指一个单独的功率通口，其通口处只存在一对势和流变量。

（1） 阻性元件R势变量)(t e 和流变量)(t f 之间存在某种静态关系的键合图元定义为阻性元件。

一通口阻性元件的符号如图1-1所示。

图1-1阻性元件是耗能键合图元。

电路中的电阻、机械系统中的阻尼器、流体管道中的多孔赛等都可以用阻性元件表示。

线性阻性元件的特性方程是)()(0t f R t e =，其中，0R 是线性阻抗，由于线性元件的势与流成正比，故0R 为常数。

非线性阻性元的特性方程可写成()f e R ϕ=，式中R 表示联系阻性元件的势和流的一个非线性函数。

非线性阻性元件的势不能和流成比例关系，它的阻抗将随它的势或流变化而变化。

（2）容性元件C势变量)(t e 与广义位移)(t q 之间存在某种静态关系的键合图元，定义为容性元件。

一通口容性元件的符号如图1-2所示。

图1-2容性元件为无源键合图元，电路中的电容器、机械系统中的弹簧以及流体动力系统中的蓄能器都可以用容性元件来表示。

线性容性元件的特性方程是)(1)(0t q C t e =，其中0C 为线性容度参数，为常数。

非线性容性元件的特性方程是)(q e c ϕ=。

容性元件是一种储能元件。

（3）惯性元件I流变量)(t f 与广义动量)(t p 之间存在的某种静态关系的键合图元定义为惯性元件。

一通口惯性元件的符号如图1-3所示。

CeqRef图1-3惯性元件与容性元件都是能量守恒的键合图元件，在储能与释能的过程中没有任何能量损失。

线性惯性元件的特性方程是)(1)(0t p I t f =，非线性惯性元件的特性方程是)(p f t ϕ=，惯性元件是一种储能元件。

数控机床液压系统原理图的识读方法分析摘要:本文提出了“浏览—分解—倒推—整合”的数控机床液压系统图识读方法。

该方法根据执行元件数目将系统分解为若干子系统, 用油液倒推法将每个子系统划分成若干个分支回路, 在分支回路原理分析的基础上整合出子系统原理, 进而整合出系统原理。

有效解决了识图中分支油路多的困难,并以实例说明该方法的实用性和有效性。

关键词:液压系统图;分解;倒推;整合;识读方法一、引言现代数控机床的全自动化控制需借助液压传动辅助机床实现整机的自动运行, 如自动换刀、制动、工作台自动交换等。

但液压传动在密闭管道内进行,难以观察和测量,故障诊断比较困难。

目前较普遍的方法是根据液压系统原理图进行故障诊断, 所以本文着重分析数控机床液压系统原理图的识读方法。

二、“浏览—分解—倒推—整合”数控机床液压系统原理图读图法1. “浏览—分解—倒推—整合”读图法基本原理。

液压系统一般是一个主动力源同时为多个执行元件供油。

按一般读系统图的方法, 从动力源开始, 到执行元件结束。

将遇到多个分支油路,若逆向考虑:油液从执行元件开始流动,到液压泵结束,则能避免这个难题。

因此,“浏览—分割—倒推—整合”读图法基本原理为:①浏览:快速浏览系统图, 了解系统动作循环、执行元件的功能、执行元件数目等,大概把握系统图的复杂程度。

②分解:以执行元件为中心,将系统进行分解,分解为若干个分支油路。

③倒推:假定起点是执行元件, 终点是液压泵, 所有液压元件处于连通状态, 分析油液流经的液压元件。

然后按油液实际流向,详细分析该回路。

④整合:根据数控机床液压系统的动作要求,以信号为纽带,整合所有分支油路,归纳出整个液压系统的工作原理和特点。

2. “浏览—分解—倒推—整合”读图法基本步骤。

①了解:了解数控机床及其液压系统的功能以及对液压系统的要求。

②浏览:了解液压系统的动作循环、执行元件数目与功能、液压泵数目等。

③系统分解:按执行元件数目将系统分解为若干个子系统。

液压系统图的识图技巧液压面授课：10月26-29日天津11月24-27日苏州西门子PLC和设备管理课程也在广州和上海等地开课。

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机械设备的液压系统是根据该设备的工作要求，采用各种不同功能的基本回路构成的。

液压系统图表示了系统内所有各类液压元件的连接和控制情况，以及执行元件实现各种运动的工作原理。

本章通过对几个典型液压系统的分析，进一步说明各种液压元件和回路的综合应用，为液压系统的调整、维护、使用打下基础。

阅读和分析一个较复杂的液压系统图，一般可按以下步骤进行。

(1)了解液压设备的功用及其对液压系统的动作要求，了解在工作循环中的各个工艺对力、速度和方向这三个参数的质与量的要求。

(2)初步浏览整个液压系统图，了解系统中包含哪些元件，并以各个执行元件为中心，分清主油路与控制回路，将系统分解为若干个子系统。

(3)先分析每一个子系统，了解其执行元件与相应的阀、泵之间的关系，弄清系统所含的基本回路。

参照电磁铁动作表和执行元件的动作要求，写出每个子系统的液流路线。

(4)根据系统中对各执行元件间的互锁、同步、顺序动作或防干扰等要求，分析各子系统之间的联系以及如何实现这些要求。

(5)在全面读懂液压系统的基础上，根据系统所使用的基本回路的性能，对系统作全面分析，归纳总结整个液压系统的特点，以加深对系统的理解。

了解系统在对给定的液压系统原理图进行分析之前，对被分析系统的基本情况进行了解是十分必要的，例如了解系统要完成的工作任务、要达到的工作要求以及要实现的动作循环。

了解系统的动作情况后，就能够按照系统的工作要求和动作循环，根据液压系统原理图去分析液压系统在工作原理上是如何满足液压设备的工作任务和动作循环的，从而分析清楚液压系统的工作原理。

如果阅读液压系统原理图时，只有原理图，而没有其他的技术资料或说明文件，则需要查找参考书、液压技术手册、期刊文献或其他同类液压设备的技术资料，也可以向有关专家寻求帮助。

分析液压回路
掌握读图顺序
在识读液压系统图时，应按照先主后 辅、由粗到细的顺序进行，先读懂主 油路和控制油路，再读懂辅助元件和 连接关系。
根据液压元件在系统中的作用和相互 关系，分析液压回路的工作原理。
典型液压系统图的解读
案例一
某型挖掘机液压系统图解 读
案例二
某型数控机床液压系统图 解读
案例三
某型注塑机液压系统图解 读
《液压系统图解》ppt课件
目录
• 液压系统概述 • 液压元件与工作原理 • 液压系统图解读 • 液压系统设计 • 液压系统的维护与故障排除 • 案例分析与实践应用
01
液压系统概述
Chapter
液压系统的定义与组成
定义
液压系统是一种利用液体压力能 来传递动力的系统。
组成
液压系统通常由液压泵、液压缸 、液压阀、管道和油箱等部件组 成。
液压系统的特点与优势
特点
液压系统具有结构简单、体积小、重 量轻、工作平稳、调速范围大等优点 。
优势
液压系统在工业领域中应用广泛，能 够实现大功率、高精度、高速度的传 动和控制。
液压系统的应用领域
01
02
03
工业领域
液压系统广泛应用于各种 机床、压力机、注塑机等 机械设备中。
汽车领域
汽车转向助力系统、刹车 系统等都采用了液压技术 。
04
液压系统设计
Chapter
液压系统设计的基本原则与步骤
• 基本原则：安全、可靠、高效、环保。
液压系统设计的基本原则与步骤
设计步骤 1. 明确设计要求和约束条件。
2. 选择合适的液压元件，如泵、阀、马达等。
液压系统设计的基本原则与步骤

收稿日期:2009-11-06;修订日期:2010-01-03基金项目:陕西省自然科学基金项目(2007E 218);陕西省教育厅自然科学专项(09J K559).作者简介:王丹(1984-),女,西安建筑科技大学硕士研究生。

基于键合图及S imu link 的换管机回转液压系统动态仿真分析王 丹1,原思聪1,王晓瑜1,李志远2(1 西安建筑科技大学机电工程学院,陕西 西安 710055;2 重庆宜康实业有限公司,重庆 401147)摘 要:采用功率键合图法,建立了地下管线液压换管机回转液压系统的数学模型;依据数学模型,运用动态仿真工具S i m u link 建立液压系统的仿真模型。

仿真结果反映了液压马达入口压力和输入流量随时间的变化情况,为分析系统的动态特性提供了依据。

关键词:功率键合图;液压系统;数学模型;S i m u li nk中图分类号:TH 137,T P391 9 文献标识码:A 文章编号:1001-196X (2010)01-0015-03Dyna m ic si m ulation analysis of the sle w ing hydraulic syste m ofpipeline replace m entm achines based on bond graph and Si m ulinkWANG D an 1,YUAN S -i cong 1,WANG X iao -yu 1,L I Zh-i yuan2(1 Schoo l o fM echanical and E lectr i ca l Eng i neer i ng ,X i an U ni v ers it y o f A rch itecture and T echnology ,X i an 710055,Ch i na ;2 Chongq i ng Y ikang Indutr ial Co .,L td .,Chongqi ng 401147,Ch i na)Ab stract :The m at hema ti ca l model of t he sle w i ng hydrau lic syste m of pipe line replacem ent machines tha t i s used to rep l ace underg round p i peli nes has been establi shed w ith the pow er bond graph me t hod ,and the si m u l a -ti on model of the hydrau lic syste m by usi ng the dyna m i c si m ulati on tool S i m u li nk has been bu ilt based on m athe -m ati ca lm ode ls .Si m ulati on results refl ec ted the change o f t he i nlet pressure and input flow o f t he hydrauli c mo -t o r w it h ti m e ,and prov ided a favorab l e basis f o r the analysis o f the dynam ic character istics o f the syste m.K ey words :po w er bond g raph ;hydraulic syste m;m a t he m atical mode;l s i m u li nk1 引言研究液压系统的动态特性需要考虑其非线性因素。

图 ，我们 应 明确 装 载机 主要 用 来对 散 装 物料 进行 铲 装 、搬 运 、卸 载 等作 业 。装 载 机 作 业 过 程 中 ，
升 降 动臂 、转 动 铲 斗 、整机 转 向等 动作 一 般 都采
用 液压 系 统来 实 现 。根 据要 求 ，这 个 系统 应 能通
过 动臂 油 缸 、铲 斗 油缸 及转 向油缸 等 实 现上 述动 作 。这 样 的估 计 ，虽不 一定 全 部 准确 ，但 对 进一
（ ｎｉｎ ｏ ａｉｎ ｌ ｎ ｅｈ ｉ ｌ ｏｌ ｅ ｆ ｏ Ｘｉ ａ ｇＶ ｃ ｔ ａ ａ ｄＴ ｃ ｎｃ ｌ ｇ Ｃ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ， ｒｍｑ ３ ４ １ ｈｎ ） ｊ ｏ ａＣ ｅ ｏ ｎｃ ｉ ｓ ｕ ｉ １０ ， ｉａ ａｏ Ｕ ８ Ｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｙ ｔ ｍ ｒｎ ｉ ｌ ｉ ｇ ａ ｉ ｔ ｅｍ ａｎ ｂ ｓｓｉ ｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ， ｈ ｓ ｅ － ｄ ａ ｌ ｓ ｓｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｄａ ｒ ｍ ｓ ｈ ｉ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｈ ｄ ａ ｌ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓｉ ｔ ｅ ｅ ｓ ｎ ｃ ｃ ｓ
图示 Ｚ ５ 装 载 机 转 向液 压 ： 液 压 系 统 原 理 图 的 阅 读 和 分 析 方 法
５ ３
液 压 系统 油液 流动 路线 ：
的铲斗 操 纵 阀动 作 ，就 把后 面 的动 臂操 纵 阀进 油 通 路切 断 。只有 前 面 的阀处 于 中位 时 才能 搬 动后 面 的阀使 之 动作 。这 一 功 能是 靠分 配 阀组 成 串并 联 油 路 （ 先 油 路） 实 现 的 ，从 而保 证 铲 斗油 路 优 来 优 先于 动臂 油路 。

实际上建立被诊断对象的数学模型,准确地描 述系统各状态变化,将极大提高故障诊断和定位的 准确性。 Athanasatos[16] 基于功率键合图法建立变幅 机构液压回路的数学模型,定量分析换向阀故障时 系统的动态响应,该方法虽然可以判断系统是否出 现故障,但也难以实现故障定位。 一种可行的方法 是:根据建立的数学模型,利用解析冗余关系( Ana鄄 lytical Redundancy Relation,简称 ARR) 推导出系统 故障特征矩阵,通过比较实际观测矩阵与故障特征 矩阵来检测隔离故障源。
0摇 引言
工程机械的动力传动主要靠液压系统完成,由 于液压系统的复杂性,对其故障的诊断也呈现复杂 性,这种复杂性体现为泵、阀的泄露,阀芯的卡死以 及液压系统内部各液压元件流量、压力耦合表现出 来的强非线性,这就给故障检测与诊断带来很大困 难。 随着电子信息技术、信号分析处理技术、人工智 能技术、非线性理论等相关学科的发展为解决困难 带来了突破。
为提高故障诊断可靠性,一些基于信号处理的 诊断方法得以应用。 贺湘宇[4-6] 采用基于主元回归 模型、偏最小二乘回归及有源自回归模型与模糊 C均值聚类等方法对挖掘机液压系统进行故障诊断。 窦丹丹[7] 基于信息熵和 SVM 多分类原理对飞机液 压系统进行故障诊断。 这些方法通过分析信号模 型,识别和判断系统所处状态,虽然可避免建立复杂 模型所带来的困难,比较实用,但是很多情况下难以 实现故障定位。
针对液压系统的复杂非线性,选择适当的建模 方法非常重要,其中功率键合图法为多领域复杂非 线性系统建模提供了极大方便,建模过程规范,物理 意义明确,是一种设计故障检测和隔离算法程序的 有效工具。 A. K. Samantaray, K. Medjaher[8,10] 等基 于功率键合图法建立解析冗余方程,实现对水箱给 水系统的故 障 检 测 和 隔 离, 取 得 令 人 满 意 的 效 果。 本文探讨双因果功率键合图法在分析阀控马达液压 系统故障诊断和隔离的应用,结果表明,该方法对故 障诊断迅速、定位准确,可推广到其他复杂液压系统。

ｍ ｏ ｌｎｇ ａ ｒ ａ ｈ ｉ ｅ ｓ ｂ ｅ ａ ｏ ｒ ｃ ． Ｆｕｒ ｈ ｒ ｍ ｏ ｅ， ｔ ｅ Ｓ ｍ ｕ ｉ ｏ ｅ ａ ｉｔｆ ｒ ａ ｒ — ｄｅｉ ｐｐ ｏ ｃ ｓ ｆ ａ ｉ ｌ ｎｄ ｃ ｒ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｈ ｉ ｌｎｋ ｍ ｄ ｌｗ ｓ ｂｕ ｌ ｏ ｅ
并 进 行 动 态 仿 真 ， 到 系 统 输 出 速 度 和 输 出压 力 的 动 态 响 应 曲线 ， 真结 果 证 明 了建 模 方 法 的可 行 性 与 正 确 性 ； 得 仿 通 过 建 立 系 统 的 Ｓｍｕｉｋ模 型 进 行 对 比仿 真 分 析 ， 一 步 验证 仿 真 结 果 的 可 靠 性 ． 究 工 作 为 液 压 系 统 的 动 态 建 模 ｉ ｌ ｎ 进 研
基 于 ２ 一 ｍ 的减 振 器试 验 台液 压 系统 键 合 图 ０ｓ ｉ 建 模 与动 态 仿 真 分 析
陈 嫦 ， 进 元 唐
（ 南 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 南 长 沙 ４ ０８ ） 中 湖 １ ０ ３
摘
要 ： 究 了 液 压 系 统 键 合 图 建 模 方 法 ． 用 ２一ｉ 软 件 ， 立 了减 振 器 试 验 台 压 缩 时 液 压 系 统 的键 合 图模 型 ， 研 使 ０ｓ ｍ 建
第 １ 第 ５期 ７卷
２１ ０ ０年 １ ０月
工 程
设
计 学
报
Ｖｏ ． ７ ＮＯ ５ １ １ ． ０ｃ ．２ １ ｔ Ｏ Ｏ
Ｊ ｕ ｎａ ｆＥｎｇ ｎ ｅ ｉ ｓｇ ｏ ｒ ｌｏ ｉ ｅ ｒｎｇ Ｄｅ ｉ ｎ
ＤＯＩ １ ． ７ ５ ｊ ｉｓ ．１ ０ — ５ Ｘ． ０ ０ ０ ． ０ ： ０ ３ ８ ／． ｓｎ ０ ６ ７ ４ ２ １ ． ５ ０ ５

液压系统图解分析
溢流阀
液压系统图解分析
溢流阀
液压系统图解分析
溢流阀
液压系统图解分析
换向阀
液压系统图解分析
换向阀
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换向阀
液压系统图解分析
流量控制阀
液压系统图解分析
工作机对外做功一工作原理第二节液压传动的工作原理及组成部分能量传递通过液体完成液体压力单位面积液体所受的力理想状态液体压力处处相等帕斯卡原理液压传动液体压力能传递机械能二工作特点第二节液压传动的工作原理及组成部分力或力矩传递通过液体压力实现大小活塞作用力液压系统的工作压力取决于外负载a1f2f1a2二工作特点第二节液压传动的工作原理及组成部分活塞面积一定运动速度只与输入流量有关改变输入流量实现无级调速不考虑泄漏运动速度与外负载无关三液压传动装置的组成部分第二节液压传动的工作原理及组成部分动力元件泵机械能液压能执行元件马达液压缸液压能机械能控制元件阀控制压力方向和流量辅助元件液压油箱过滤器管路等等工作介质液压油四液压系统图的图形符号遵循gb786193设备需求设备需求液压缸液压缸手动液压泵手动液压泵10液压泵电动机驱动液压泵电动机驱动11液压泵与油箱液压泵与油箱12液压泵与油箱液压泵与油箱13液压泵与油箱液压泵与油箱14液压泵与油箱液压泵与油箱15液压泵与油箱液压泵与油箱16液压泵与油箱液压泵与油箱17液压泵与油箱液压泵与油箱18液压泵与油箱液压泵与油箱19溢流阀溢流阀20溢流阀溢流阀21溢流阀溢流阀22溢流阀溢流阀23溢流阀溢流阀24溢流阀溢流阀25溢流阀溢流阀26溢流阀溢流阀27换向阀换向阀28换向阀换向阀29换向阀换向阀30换向阀换向阀31换向阀换向阀32换向阀换向阀33换向阀换向阀34换向阀换向阀35流量控制阀流量控制阀36过滤器过滤器37车载液压系统车载液压系统38车载液压系统车载液压系统39车载液压系统车载液压系统40车载液压系统车载液压系统41车载液压系统车载液压系统42车载液压系统车载液压系统43车载液压系统车载液压系统44车载液压系统车载液压系统45车载液压系统车载液压系统46车载液压系统车载液压系统47车载液压系统车载液压系统48车载液压系统车载液压系统49车载液压系统车载液压系统50车载液压系统车载液压系统51车载液压系统车载液压系统52车载液压系统车载液压系统53车载液压系统车载液压系统54液压系统原理图液压系统原理图55液压系统原理图液压系统原理图56液压系统原理图液压系统原理图57液压系统原理图液压系统原理图58液压系统原理图液压系统原理图59液压系统原理图液压系统原理图60液压系统原理图液压系统原理图61液压系统原理图液压系统原理图62液压系统原理图液压系统原理图63第三节液压系统的类

液压系统的键合图建模法Ξ张亚辉(涟源钢铁集团公司,涟源,417009)[摘要]　叙述了液压控制系统设计中的动态分析问题,着重介绍了动态模型的有力工具———功率键合图的有关概念、建模方法,以及在液压系统中的应用。

关　键　词:流;功率键;键合图;因果图;元;数学模型中图分类号:TH137.1 文献标识码:A 文章编号:10005900(2000)04010104随着工业水平的不断提高,人们对机器的工作性能提出了愈来愈高的要求.对于应用广泛的液压系统人们不仅希望具有良好的静态性能,而且对动态特性也给以很大关注,作为一个液压系统设计者来说,仅仅知道他所计的系统能够驱动负载从一种状态运动到另一种状态是不够的,他也应该知道负载将怎样运动,即应重视介于初始状态和最终状态之间的时域轨迹.在工程系统动态特性的理论研究中,数学模型的建立方法和数字计算的繁琐是两大障碍.其中数学模型的建立方法尤为重要.传统的建立控制系统模型的技术有传递函数法和状态方程等.虽然这些方法较为成熟,也有许多应用成功的范例,然而却未能被液压系统设计人员所应用.其根本问题主要有以下两个方面:a .不能包容非线性,而在液压系统中存在阀口的紊流流动、摩擦、阀口搭合量等,它们是固有的非线性系统.b .通常希望液压系统具有大幅度值的响应.要从传递函数了解时域特性的详细情况很不方便或根本不可能.功率键(合)图是在功率流建模方法的基础上发展起来的.它以发生在系统元件之间的动态功率交换作为研究对象,把包含于其中的力变量和流变量的动态特性纳入到系统设计范围中来,提供了一种与液压系统模块物理作用密切相关的动态描述方法.它不仅能克服非线性带来的困难,而且可以十分方便地建立方程组.1　功率键合图建模法1.1　功率流的概念基于液压系统的工作过程就是能量的转换和传递过程,而且被驱动负载吸收能量的速率决定了它运动的快慢这么一个事实,可以用能量的变化速度即功率来描述液压系统的工作情况.1.2　键合图建模方法键合图是由一组符号组成的双信号流图,其方法是:使用非常有限的通用术语和符号来提供合理的图示结构,以描述影响系统动态特性因素的存在及相互作用,而且使用这一模型结构可以有规律地求出一组适合于计算机仿真的系统方程.第22卷第4期2000年12月 湘　潭　大　学　自　然　科　学　学　报Natural Science Journal of X iangtan University V ol.22N o.4Dec.2000Ξ收稿日期:19991005 作者简介:张亚辉(1965),男,湖南娄底人,工程师1.2.1　动态影响因素 在液压系统中影响动态特性的因素主要有:阻尼型能量损耗———R 元,如沿程压力损失,阀口压力降等;容性型能量储存———C 元,进入C 元的流将在其内部产生力,如较大的油缸端腔,软管等;惯性型能量储存———I 元,如惯性负载,油泵转子等.1.2.2　基本图示符号 用一小段直线表示健,———;用键端的半箭头表示功率流向,通常力变量写在键的上方(左边),而流变量写在下方(右边);用键端的短横线表示力和流的因果关系.流变量汇总处构成O 结点;而力变量汇总处构成1结点;功率转换处用TF 表示.2　应用实例在通常的节流调速回路中,经常会发生由于实然卸载而产生的“前冲”现象,而采用一般的背压阀将产生压力倍增及功率损耗加大的问题.可设计一自调背压阀来解决这一矛盾.自调背压阀工作原理如图1示.2.1　动态仿真的目的预测进油压力P 1与回油腔压力P 2启动瞬时的动态响应,并利用所建立的方程对参数进行调整和优化.2.2　绘制键合图绘制键合图时所考虑的因素有:a .滑阀启动时的惯性储能;b .进油端腔及回油端腔的容性作用;c .阻尼小孔引起的压力降;c .油缸泄漏. 图1　液压系统图 图2　系统功率键合图2.3　方程式和系数(1)源: S Pe =0 回油箱压力等于0;(2)S E =常量弹簧预调力;(3)I 源:X m =1ΠI m ∫Fm d t + X m (0)(4)C 元:F k =1ΠC k ∫F m d t +F k (0)(5)P 1=1ΠC h 1∫△Q c 1d t +P 1(0)(6)P 2=1ΠC h 2∫△Q c 2d t +P 2(0)201 湘　潭　大　学　自　然　科　学　学　报 2000年(7)R 元:△P 1=R f (Q a 1)=R f 1・Q a 1(8)△P 2=R f 2(Q a 2)=R f 2・Q a 2(9)△Q 1=Q 1(P 2)=1ΠR 1・P 2(10)Q e =R v (△P 2)=CX (P 2-S P e )1Π2　x 为阀开口大小;(11)转换器TF 1:F 1=P a 1・A 1(12)Q a 1=A 1・ X m (13) TF 2:F 2=P a 2・ X m (14)Q a 2=A 2・ X m (15)0结点:Q c 1=Q 1-Q a 1(16)Q c 2=Q 2-Q a 2-△Q c 2-△Q 1-Qe (17)1结点:P a 1=P 1-△P 1(18)F a =F 1+F 2(19)F m =F a -F k -S E (20)△P =P 2-S Pe (21)P a 2=P 2-△P 2(22)Q 1=?由系统输入;(23)Q 2=?由系统回油输入;输出变量为p 1和p 2.式中各系数值为:A 1:圆柱形端面积0.785×10-4m 2;A 2:阀芯环面积1.225×10-4m 2;R f 1f 1、R f 2:阻尼小孔液阻系数0.143×1010N ・S Πm 2;R 1:泄漏液阻系数17.64×1012N ・S Πm 5;I m :阀芯当量质量0.096kg ;C k :弹簧柔度0.27m ΠN ;S E :弹簧预压紧力494.9N ;Q 1:油缸前腔入阀流量0.15×10-6m 3Πs ;Q 2:油缸回油腔排出流量1.14×10-6m 3Πs ;计算液溶时,由于油缸的移动,可取其平均值,C h 1=0.2×10-12m 3ΠN ;C h 2=1.22×10-12图3　压力动态响应曲线m 3ΠN .状态变量初始值为:X m (0)=0;　F k (0)=0;P 1(0)=2.6MPa ;　P 2(0)=1.7MPa .2.4　计算机仿真计算机仿真采用的是自起动的四阶龙格———库塔(Runge K utta )求解方法.求解程序为采用BASIC语言自编,计算步长H =0.005s ,下图为初始瞬间0.1s 内P 1与P 2的动态响应曲线.从图可以看出,在启动0.003s 以后,P 2随着P 1的增大迅速减小,P 2之反应非常敏感.而0.003s 以内p 2的增大完全可以通过调整数学模型中的某些301第4期 张亚辉 液压系统的键合图建模法 401 湘　潭　大　学　自　然　科　学　学　报 2000年参数加以改变.为分析突然卸载时p2的动态响应,可给系统一负的阶跃负载信号加以观察.3　结束语从上例可以看出,采用功率键合图方法能详细地描述液压控制系统动态响应的物理作用,而且可以提供模块式的、可重新使用的模型形式,这种形式与模块式的液压系统的直观表示相接近.功率键合图技术自60年代末发展起来至今,除在液压系统外,在机械、电气等传动中也有所应用,随着这一技术的进一步完善,会有更加广阔的应用前途.参　考　文　献[1]　德兰斯尔德P.液压控制系统的设计与动态分析[M].北京:科学出版社,1987[2]　邓起孝,戚昌滋.流体液压系统现代设计方法[M].北京:中国建筑工业出版社,1985Pow er Bonds Modelling for H ydraulic SystemZH ANG Ya hui(Lianyuan Iron&S teel G roup C om pany,Lianyuan,417009,China)【Abstract】　This paper describes dynamic analysis problems in hydraulic controlling system,and intro2 duces a powerful tool for dynamic m odel power bonds graphs,the concepts about it,and m odelling meth2 od for it,as well as its use in hydraulic system.K ey w ords:　flow,power bonds,bond graphs,causal graphs,element,mathematical m odels(上接第95面)参　考　文　献[1]　厉无咎.可控硅串级调速系统及其应用[M].上海:上海交大出版社,1985[2]　黄俊.半导体变流技术[M].北京:机械工业出版社,1986[3]　方建淳.8098单片机原理与应用技术[M].天津:天津科学技术出版社,1991[4]　朱仁初.电力拖动控制系统设计手册[M].北京:机械工业出版社,1992.Design and R esearch on Microprocessor Controlled Short ConnectedI nner feedback Speed Control SystemXU Qiu jun(T echnology Center X iangtan E letric M anu facturing G roup C o.Ltd.X iangtan,411101,China)【Abstract】　This paper presents a microprocess or controlled short connected inner feedback speed control system and describes the principle of equipment,control method of inverter and experimental re2 sults.Practical application dem onstrates that the equipment has g ood performance.K ey w ords:　inner feedback speed control,short connected inverter,single chip com puter control。

-
1 Ca5 x11
R g8
- A5
1 Im 3 x12 ,
·
X12
= A5
1 Ca5 x11
-
A6
1 Ca6 x13
-
se3 ,
·
X13
= A6
1 Im 3 x12
-
1 Ca6 x13
-
1 Cg10 x14 ,
R g9
·
X14
1 = 2 Ca6 x13
-
1 Cg10 x14
R g9
-
1 Cg10 x14
Keywords: Power bond graphs; Status equations; MATLAB; Dynam ic responses; D igital simulation; Modal establishment
研究液压系统动态特性的方法 , 一般用得较多的 是传统的是古典控制理论中的传递函数分析法 。这种 方法只限于线性系统 , 非线性系统要先线性化 , 对于 严重非线性系统就较难实现 。同时这种方法主要用于 单输入 、单输出 , 而且初始条件为 0的情况 。液压系 统一般存在非线性因素 , 用传递函数法对其动态特性 进行分析具有一定的局限性 。
-
se6
R g10 + R ay3 + R32
(1) 阻性元
R l 为油泵内泄漏液阻 ;
R
a
y1
、
R
ay2
、
R
为背压阀阻尼孔的液阻
ay3
;
R11、R12、R13、R14为图 1中换向阀 8阀口液阻 ;
R21、R22、R23、R24为图 1中换向阀 9阀口液阻 ;

正如前而讨论过的那样，施加在负载上的力很容 易被理解为因，而负载随之产生的速度就必然是果。 这里还剩下要确定液压泵和液压缸的因果关系。 没有必要按元件在系统中出现的顺序来进行考虑—这 样会使我们的任务加重。让我们仅考虑元件的动作， 并决定比较明显的因果关系，而其余因果关系将从这 些决定中得出。图4.4所示系统不是一个恒压系统，泵 产生的压力取决于负载。因此压力是反作用，并可以 在图4.4(c)中确定流为因。泵轴所需要的扭矩也取决 于负载(若你愿意也可以说是取决于压力)，因此，扭 矩也是 一个反作用—一个结果变量，这就使电机与泵 的转速成为原因变量。用这种方法我们就完成了对系 统因果关系的确定。
功率口方块图可以用来构成系统的功率流示意图. 这只需象相邻元件本身连接那样，把那些方块连接起 来。图4.3是图4.1所示系统的功率流图，但在图4.3中 补充包括了一个控制阀和一个油箱，它们在系统中控 制或接受功率。功率口示意图提供了一种结构，从其 中可以推导出作为系统模型一台液压泵也可基本上看作是一个双口装置，这 两个口分别是驱动轴和排油口,但是，泵的内泄漏(壳 体内的泄漏)会影响到它的功率输出;从而也会影响系 统的动态响应。所以应在功率口结构中考虑内泄漏， 并将其作为第三个口，在该口上功率有损失，如图 4.2c第三栏中所示。 一个四通阀是一个四口装置。功率能从一个进油 口、两个控制油口和一个回油口流进和流出，如图 4.2d所示。 一根液压管道显然是一个双口元件，功率只能从 其两端流进或流出(图4.2e)。同样，一根传动轴也是 个双口装置(图4.2f)。
图 4.2
一些功率口的图形
在具体场合中，基本功率口的确定可以方便地扩 展到包括损失以及其他被认为影响系统动态响应的一 些因素。例如，一台感应电动机会因为转速差而损失 功率，应视为一个三口元件。它也会因为内部摩擦和 气流损失一部分的功率，从而可以看作是一个四口元 件(如图4.2a的第四栏)。同样，一台液压泵的n口符号 可以包括一个外围性的功率口以考虑摩擦损失（图 4.2c第四栏)。图4.2的第四栏中还考虑了其他装置的 一些功率损失。分析设计者不应强求使用最完备的功 率口形式，相反，他应当只考虑那些他认为会对具体 系统的动态响应有较大影响的功率流。通常应该寻求 适合于所要达到目的的最简单模型。

液压系统图试图攻略现在用液压传动的设备很多，型号也很杂。

但是，每一台设备上都有一本说明书，每一本说明书中都有一份该设备的液压系统图。

我们不但通过说明书要了解该设备的结构、性能、技术规范、使用和操作要点。

而且通过液压系统图，还应该了解该设备液压传动的动作原理，了解使用、操作和调整的方法。

因此学会看懂液压系统图，对一个操作和修理液压设备的工人、技术人员来说，是非常重要的，下面我们介绍阅读液压系统图的要求、方法和步骤。

液压系统图是表示该系统的执行机构所实现的动作的工作原理。

在此图中，各个液压元件及它们之间的连接或控制方式，均按规定的符号-----职能符号（或结构形式符号）----画出。

在使用一台液压设备时，首先要阅读该设备的液压系统图，以求较透彻的了解它的工作原理，正确使用它。

在调整或检修一台液压设备时，可根据液压系统图分析各种元件应有的作用或参数，及应有的合理数值，从而推论出产生某种故障的可能原因，或确定进一步试调的方案。

可见，正确阅读液压系统图，无论对于液压设备的使用、检修、调整、排除故障，都有重要作用。

下面介绍阅读液压系统图的要点和步骤，并进行实例分析，较系统地复习本篇所述的基本内容，和掌握阅读系统图的方法和步骤。

一、阅读液压系统图的要求1．应很好的掌握液压传动的基础知识，了解液压系统的基本组成部分、液压传动的基本参数等。

2．熟悉各种液压元件（特别是各种阀和变量机构）的工作原理和特性。

3．熟悉油路的一些基本性质及液压系统中的一些基本回路。

4．熟悉液压系统中的各种控制方式及液压图形符号的含义与标准。

除以上所述的基本要求以外，还要多读多练，特别要多读各种典型设备的液压传动系统图，了解其各自的特点，这样就可以起到“触类旁通”、“举一反三”和“熟能生巧”的作用。

二、阅读液压系统图的方法和步骤1．尽可能了解或估计该液压系统所要完成的任务，需要完成的工作循环，及为完成工作所需要具备的特性。

根据系统图的标题名称，或液压系统图上所附的循环图及电磁铁工作表，可以估计该系统实现的运动循环、所要具有的特性或应满足的要求，当然这种估计不会是全部准确的，但它往往能为进一步分析找出一些头绪，作一些思想准备，为下面进一步读图打下一定的基础。