液压的控制系统课后的题目问题详解.docx
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液压的控制系统课后的题目问题详解
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qL=pL=xV=0。
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Kq=qL，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。
xV
压力增益Kp=
pL，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xV
流量-压力系数Kc=-qpLL，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。
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
Kq
Kc
Kp
7、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
Kc0=0，Kp0=，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏
流量Kc0=
rc2W
32
32Cdps
Kp0=2，两者相差很大。
p0rc2
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d=810-3m，径向间隙rc=510-6m，供油压
5。
力ps=70105Pa，采用10号航空液压油在40。
C工作，流量系数Cd=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Kq0CdWps
零位流量-压力系数Kc0rcW
c032
32Cd
零位压力增益Kp02rc2
将数据代入得
Kq01.4m2s
Kc04.41012m3sPa
Kp03.171011Pam
2、已知一正开口量U=0.0510-3m的四边滑阀，在供油压力ps=70105Pa下测得零位泄
露流量qc=5L，求阀的三个零位系数。
cmin
解：
正开口四边滑阀的零位系数为：
零位流量增益Kq0qc
q0U
零位压力增益Kp0Kq02psp0Kc0U
将数据代入得
Kq01.67m2s
123
Kc05.9510msPa
Kp02.81011Pam
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？
4A2
答：
液压弹簧刚度Khep，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
Vt
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。
Dm=610-6m3rad，马达容积效率为
习题
1、有一阀控液压马达系统，已知：
液压马达排量为95%，额定流量为qn=6.6610-4m3s，额定压力pn=140105Pa，高低压腔总容积
Vt=310-4m3。
拖动纯惯性负载，负载转动惯量为Jt=0.2kgm2，阀的流量增益
e=7108Pa。
试求出以阀芯位移xv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
QLKqXVKcPL
2
PLDmJtsm
XVs5.95104s21.32102s1
2、阀控液压缸系统，液压缸面积Ap=15010-4m2，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a=1.7710-4m2，负载质量mt=2000kg，阀的流量-压力系数
Kc=5.210-12m3sPa。
求液压固有频率h和液压阻尼比h。
计算时，取e=7108Pa，
=870kgm3。
解：
总压缩体积VtApLal9.177103m3
管道中油液的等效质量
m0alAp21106kg
a2
液压缸两腔的油液质量
m1ApL7.38kg
则折算到活塞上的总质量
mtmt+m0+m13113kg
所以液压固有频率h
4eA，p148.5rads
Vtm，t
液压阻尼比h
Vt
Ap
Kc
emt5.34103
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
ps14010Pa，负载质量mt300kg，负载位移规律为xpxmsint，负载移动的最大振幅xm810m，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WxVm。
计算时，取Cd0.62，870kgm3。
解：
负载速度Lxpxmcost
负载力FLmtxpmtxm2sint
132
功率NFLLmt3x2msin2t
LL2tm
则在2t=时，负载功率最大
2
最大功率点的负载力FL*2mtxm2
*2
最大功率点的负载速度L*xm
2
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，Kv（0.2～0.4）h，穿越频率c稍大于开环放大系数Kv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Kv取决于Kf、Kq、Ap，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Kv取决于
Kf、Kq、Ap，在单位反馈系统中，Kv仅由Kq和Ap所确定，而Ap主要由负载的要求确定
的，因此Kv主要取决于Kq，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Ctp。
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Kc0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Kn是液压弹簧刚度Kh和结构刚度Ks1、
Ks2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，s＞＞h，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s＜＜h，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XP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ps20105Pa，滑阀面积梯度
870kgm3。
kg6dB
活塞杆与负载连接刚度Ks，负载质量mL，总压缩容积Vt，油的体积弹性模量e，阀的输
入位移xi，活塞输出位移xp，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
Kv<2nn
1-（n）2
s2
液压弹簧刚度Kh4eAphVt
开环放大系数KvKqKf
vAp
反馈放大系数Kf1
l1l2
综上所述，将各系数代入不等式，可得系统的稳定条件为：
l14eKcAp
l1l2KqVt
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pL20150P，a负载流量qL60Lmin。
求此电液伺服阀的流量增益及压力增益。
伺服阀控制的液压缸面积为
2、已知一电液伺服阀的压力增益为5105PamA，
Ap50104m2。
要求液压缸输出力F5104N，伺服阀输入电流i为多少？
解：
负载压力PLF1107PaAP
则伺服阀输入电流iPL20mAKP
5、已知电液伺服阀额定流量为10Lmin，额定压力为210105Pa，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
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