基于HHT的液压缸动态特性分析新方法
第３０卷第７期 振动与冲击 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
基于ＨＨＴ的液压缸动态特性分析新方法
王新晴，梁升，夏天，何红阳，陈六海
（解放军理工大学，南京２１０００７）
摘 要：提出了一种基于Ｈｉｌｂｅｒｔ—Ｈｕａｎｇ变换的液压缸动态特性分析的新方法：运用经验模态分解，把周期激励下 液压缸油液压力波动信号分解为多个从高频到低频的本征模态函数分量，依据各分量的Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱以及自由振动频 率信息，对各分量分类并以此为基础重构信号，提取出反映液压缸动态特性的自由振动分量。此方法在某试验台液压缸 动态特性分析中，取得了良好的效果，提取出的自由振动分量，可以作为评价液压缸动态特性好坏的依据。 关键词：液压缸；动态特性；经验模态分解（ＥＭＤ）；Ｈｉｌｂｅｎ—Ｈｕａｎｇ变换（ＨＨＴ） 中图分类号：ＴＨ１３７．５１ 文献标识码：Ａ
Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＨＨＴ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ
ＷＡＮＧ Ｘｉｎ—ｑｉｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ，ＸＩＡ Ｔｉａｎ，ＨＥ Ｈｏｎｇ—ｙａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｌｉｕ—ｈａｉ
（ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ＨＨＴ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｏｉｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｕｎｄｅｒ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ ｉｎｔｏ ＩＭＦｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＥＭＤ．Ｔｈｅｎ，ＩＭＦｓ ｗｅｒｅ
ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｈｉｌｂｅｒｔ ｍａｒｇｉｎａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｅａｃｈ ＩＭＦ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｒｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．
Ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｗａｓ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｅｄ ｃａｎ ｂｅ ａ ｂａｓｉｓ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＭＤ）；Ｈｉｌｂｅ￣一Ｈｕａｎｇ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＨＨＴ）
液压缸在工作过程中，除了必须完成规定的动作
和满足静态特性外，还需要具有良好的动态特性。液
压缸的动态特性不良，往往会导致整个系统出现振动、 液压冲击、噪声以及工作器件运动失调等现象。特别
是对于起保压作用或在精密加工设备中的液压缸而
言，其动态特性好坏还直接关系到整个系统是否能正
常工作。 以往分析液压缸动态特性，一般是数学建模与仿 真的方法¨ Ｊ。由于液压传动介质的流动性、可压缩
性、粘性、易受污染等特性以及易受温度、压力等环境 的影响等原因，使得液压缸极易出现振动、噪声、冲击
等不正常工作状态，动态特性具有复杂多变的非平稳 特征 Ｊ。建立充分考虑非平稳特征的数学模型，不仅
工作量巨大，而且由于动态特性的复杂性，数学模型只
能揭示部分动态特性，所得结论和实际有所出入，当忽
收稿日期：２０１０一Ｏｌ一２８修改稿收到日期：２０１０—０７—１５ 第一作者王新晴男，博士，教授，１９６３年生 通讯作者梁升男，博士生，１９８６年生 略了弹簧、摩擦、内泄漏等非线性因素时，结论与实际
有较大差别，很难解释实际动态测试中，时域波形复 杂，频域尖峰繁多等异常现象 Ｊ。因而，这种方法只局
限于液压缸的设计，并不能对现实工作中的液压缸的
动态特性进行有效的分析与评价。 Ｈｉｌｂｅａ．Ｈｕａｎｇ变换是由Ｈｕａｎｇ等提出来的信号处
理方法。由于该方法在处理非平稳信号上表现出来的 强大性能和优势，使其广范应用于地震工程学 ｊ、故障
诊断 Ｊ、结构系统识别、生物医学工程等方面，成为信
号处理特别是非平稳信号处理领域研究的热点，但在 液压缸动态特性分析方面鲜有报道。
本文结合希尔伯特黄变换理论提出了一种液压缸
动态特性分析的新方法，并将其应用到某试验台夹紧
缸的动态特性分析中，提取出了反映液压缸动态特性
的自由振动信号。该方法不仅可以全面、客观地反映
液压缸的动态特性，对液压缸设计有所帮助，而且对液
压缸动态特性的测试与评价、液压缸故障诊断都有很
好的参考价值。
第７期 王新晴等：基于ＨＨＴ的液压缸动态特性分析新方法
１ Ｈｉｌｂｅｒｔ－Ｈｕａｎｇ变换
Ｈｉｌｂｅｒｔ—Ｈｕａｎｇ变换，由经验模态分解（Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ
Ｍｏｄｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，简称ＥＭＤ）与Ｈｉｌｂｅｒｔ谱分析
（Ｈｉｌｂｅｒｔ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ，简称ＨＳＡ）两部分组成：任意 的非平稳信号首先经过ＥＭＤ方法处理后被分解为若
干个ＩＭＦ分量；然后对每个ＩＭＦ分量进行Ｈｉｌｂｅｒｔ谱分
析得到相应分量的Ｈｉｌｂｅｒｔ谱；最后汇总所有ＩＭＦ分量 Ｈｉｌｂｅｒｔ谱就得到了原始非平稳信号的Ｈｉｌｂｅｒｔ谱，进一
步可以得到信号的Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱。 １．１ ＥＭＤ
ＥＭＤ方法是是一种自适应的信号分解方法，基于 信号的局部特征，能把复杂的信号分解为按照频率从
高到低产生的有限个基本模式分量之和，具有强大的 局部适应性，而且分解所得到的ＩＭＦ分量也大都具备
明确的物理意义 ｊ，将原始信号ＥＭＤ分解后得到的
ＩＭＦ分量根据不同的物理意义进行分类，在此基础上 进行信号重构，就可以提取出含有特定物理意义的信
号分量。篇幅所限，ＥＭＤ分解的具体方法可参见文 献 。 等。
１．２ Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱 Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱描述信号幅值随频率的分布情况。
与Ｆｏｕｒｉｅｒ变换与小波变换相比，由于后者基函数都是
预先设定好的，当需要处理的波形与规则的基函数相 比发生扭曲时，为了从数学上拟合原始波形，不得不引
入大量的“伪”谐波分量，而这种“伪”谐波分量是不具
备明确的物理意义的，这使得通过Ｆｏｕｒｉｅｒ变换与小波 变换得到的频谱图会产生一定程度的失真。而Ｈｉｌｂｅｒｔ．
Ｈｕａｎｇ变换中由具有自适应的ＥＭＤ方法基础上得到的
Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱不需要拟合任何基函数，不存在以上问 题，更能如实地反映信号幅值随频率的分布情况。
图１（ａ）与图１（ｂ）分别为正弦调频信号 ＝ ｃｏｓ（４￣・ｔ＋０．５ｓｉｎ（２１Ｔ・ｔ））的Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱与ＦＦＴ 幅值谱。该信号是典型的非平稳信号，其频率时刻变
化，在以２ Ｈｚ为中心的某一频带内连续波动。从Ｈｉｌ—
ｂｅｒｔ边际谱中可以看出该信号幅值连续分布于１．５ Ｈｚ
ｊ鹫 萼 五
妻ｔ
蓍 …
：ｆ ： １ Ｈｚ （ａ）Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱
；６
｝ ＼ ｎ ，
ｙ３－ｌｚ Ｃｏ）ＦＦＴ幅值谱
图１ 正弦调频信号的频谱图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｍａｇｅ ｏｆ ＳＦＭ ｓｉｇｎａｌ 一２．５ Ｈｚ的频带上。而ＦＦＴ幅值谱上只在１ Ｈｚ、２ Ｈｚ、
３ Ｈｚ、４ Ｈｚ上出现了离散的四个孤立的峰值点，其中 １Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚ三个频率，在原信号频率非平稳变化过
程中并没有出现，并不具备物理意义，它们是由于用简
谐函数拟合原始正弦调频信号而产生的。从这个例子
可以看出，Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱比ＦＦｒ幅值谱更如实的反映
信号特别是非平稳信号的幅值随频率的分帑情况。
２基于Ｈｉｌｂｅｒｔ－Ｈｕａｎｇ变换的液压缸动态特性
分析方法
基于ＨＨＴ的液压缸动态特性分析方法的具体步
骤如下： （１）建立周期激励下液压缸油液压力波动的微分
方程。周期激励下的液压缸油液压力波动信号实际上
由受迫振动信号、自由振动信号和噪声三者叠加而成。 解微分方程粗略计算出自由振动信号的频率 ，受迫
振动信号的频率 等于周期激励力频率 ，。
（２）采集周期激励下的液压缸油液压力波动 信号。
（３）采用ＥＭＤ方法将信号分解为／１个ＩＭＦ分量
与一个余项ｒ 。各ＩＭＦ分量按照频率从高到低产生且
大多具有明确的物理意义。 （４）对各个分量分别做Ｈｉｌｂｅｒｔ变换，得到各个分
量各自的Ｈｉｌｂｅｒｔ边际谱ｈ （ ）（ １，２，３，…，ｎ），各个 ｈ （ｃｃＪ）准确反映了各个ＩＭＦ分量幅值随频率的分布
情况。 （５）以 和 依据，对各个ＩＭＦ分量进行分类，
把可能包含自由振动信号的频率的分量、包含受迫振
动频率的分量各归为一类，在此基础上进行信号重构，
提取出反映液压缸动态特性的自由振动信号，以此信 号为基础对液压缸动态特性进行分析。
３ 实 例
图２为某试验台夹紧液压缸，此缸工作时ｄ处进
油，ｂ处回油，当活塞运行到指定位置时ｄ处油路闭锁
开关关闭，ｂ处油路仍然通油箱（即左腔油压始终为 ０ ＭＰ），在缸右腔液压油的支撑下活塞使左端的待测元
件固定，在测量元件相关特性时活塞会受到周期为
１６．７ Ｈｚ的冲击力Ｆ。而此时右腔油压不能有太大的轴 向波动，并且必须有很好的油液密封性，以使待测元件 的位置不会产生大的波动，保
证计量的准确性。因此，该试
验台要正常工作，此液压缸的
动态特性必须满足以下要求： 经过冲击后，油液压力必须快图２某试验台液压缸简图 速达到稳定状态而不能形成 Ｆｉｇ・２ Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ 持续的振荡，并且在此过渡过 山ｅ ｈｙｄｍｕ ｉ。ｃｙ ｉｎｄ。
汽车液压缸的液压系统动力学分析与优化设计
汽车液压缸的液压系统动力学分析与优化设计
液压系统是汽车工程中广泛应用的技术之一，而液压缸作为液压系统中的关键组件，对汽车的性能与安全起着重要作用。本文将对汽车液压缸的液压系统动力学进行分析，并提出优化设计的方法。
1. 液压系统动力学分析
液压系统动力学分析是研究液压系统在工作中的动态特性，包括压力变化、流量变化以及系统响应速度等。对于汽车液压缸来说，动力学分析是十分关键的，它直接影响到液压缸的工作效率和稳定性。
首先，我们需要研究液压系统中液压缸的压力变化。液压缸的压力变化是由阀门控制液压油的流动引起的，我们可以通过建立压力方程来对其进行分析。在建立压力方程时，需要考虑液压缸的工作条件、液压油的流动性质以及阀门的开闭状态等因素。
其次，液压系统的流量变化也是动力学分析的重要内容之一。流量的变化与液压缸的运动速度密切相关，因此通过分析流量的变化，可以预测液压缸的运动状态。在进行流量分析时，需要考虑液压油的粘度、管道的阻力以及阀门的流量特性等因素。
最后，我们还需要研究液压系统的响应速度。液压系统的响应速度反映了液压缸的动作速度，对于汽车的操控和安全性至关重要。在进行响应速度分析时，需要考虑液压油的流动速度、阀门的开闭时间以及液压缸的负载情况等因素。
2. 液压系统优化设计 基于上述动力学分析，我们可以对汽车液压缸的液压系统进行优化设计，以提高其工作效率和稳定性。
首先，需要优化液压系统中的阀门设计。阀门是液压系统中控制液压油流动的关键部件，其开闭速度直接影响液压系统的响应速度。通过改进阀门的结构和材料，可以提高其开闭速度，从而提高液压系统的响应速度。
其次，需要优化液压系统中的管道设计。管道的阻力对液压系统的流量变化有着重要的影响，因此通过改进管道的直径和形状，可以减小管道的阻力，提高液压系统的流量变化。
最后，需要优化液压系统中的工作介质选择。液压油的性质直接影响液压系统的压力变化和流量变化，因此选择适合的液压油可以提高液压系统的工作效率和稳定性。在选择液压油时，需要考虑其粘度、热稳定性以及抗氧化性等因素。
基于HHT的高速铁路弓网动态参数特征分析
基于HHT的高速铁路弓网动态参数特征分析
发表时间：2018-06-13T17:19:17.540Z 来源：《电力设备》2018年第3期 作者： 于迪
[导读] 摘要：高速铁路的弓网动态参数是评价弓网接触状态的有效指标，这些参数也间接反映了接触网的性能。
（中铁电气化局集团第一工程有限公司 北京市 100070）
摘要：高速铁路的弓网动态参数是评价弓网接触状态的有效指标，这些参数也间接反映了接触网的性能。本文通过HHT提取弓网动态参数的IMF分量，在此基础上计算相应的能量谱，并确定他们随时间的变化趋势，进而评价接触网的性能退化特性。对动态数据的有效分
析，为接触网的整体性能提供参考依据。
关键词：Hilbert Huang变换；(HHT)；接触网；动态参数；模态分解
1 引言
电气化铁路作为国家重要的基础设施、国民经济的大动脉以及大众化的交通工具，在现代运输体系中发挥着重要作用[1]。自中国铁路网中的第一条交流电气化铁路宝成铁路宝鸡—凤州段于1961年8月投入使用以来，中国电气化铁路走过了50多年的发展历程，目前总里程已
居世界第一位[2]，高速铁路更是达到了2.2万公里。在电气化铁路中，电力机车的受电弓通过与接触网的滑动接触以不间断地从接触网获取
电能，是牵引变电所把电能输送至电力机车的重要节点。在电力工程上，为了保证电能不间断传输，关键设备一般都配有备用设备，而牵
引供电系统接触网因其规模大、空间限制、动态特性限制等特点，无法配置备用设备，因此，弓网系统的可靠性在整个电气化铁路中显得
尤为重要。为了最大程度保证弓网系统的安全运行，在电气化铁路建成开通后需要定期对接触网各项参数进行测量以排除安全隐患，早期
的检测靠人工沿线路现场测量[3]，该方法精度差、效率低，无法满足现代电气化铁路高速、高密度的运行要求，因此铁路部门采用了6C系
统[4,5]，由各铁路主管部门负责调度，定期或不定期地对接触网进行检测，能获得相对准确的接触网动、静态检测数据，为分析接触网的
液压缸结构设计及运行特性分析
Ｈｖｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．０７．２０１３
液压缸结构设计及运行特性分析
刘晓明．叶 玮
（沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳 １１０８７０）
摘要：液压缸作为液压传动系统关键零部件之一．其动作可靠性直接影响液压系统工作性能好坏。从液压缸可靠性设计出发，基于液 压缸组成结构及工作原理．对液压缸主要结构参数进行了设计与强度校核，分析了液压缸运动过程中不同的缓冲状态，并建立了相应的 流量方程，基于能最守恒定律建立了液压缸往复运动过程活塞力平衡方程。通过建模仿真求得液压缸运动过程速度一时间特性曲线，分 析了不同结构参数下速度一时间特性 关键词：液压缸：活塞；缓冲；速度特性 中图分类号：ＴＨ１３７．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１３）０７—００１７—０５
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ
Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ
ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ’，ＹＥ Ｗｅｉ’ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｃｔｉｏｎ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｆ ｃｕｓｈｉｏｎ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｆｌｏｗ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｂａｌａｎｃｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ—ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ－ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｐｉｓｔｏｎ；ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
液压支架整体动态特性仿真分析
太原理工大学
硕士学位论文
液压支架整体动态特性仿真分析
姓名：任锡义
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程
指导教师：杨洁明
20100501太原理工大学硕士研究生学位论文
I液压支架整体动态特性仿真分析
摘 要
液压支架作为综合机械化采煤关键设备, 其动态性能的好坏直接影响
着整个综采工作面的可靠性及安全性。本文采用多体动力学仿真软件
ADAMS与液压系统仿真软件AMEsim联合仿真的方法，有效地对液压支
架的整体动态特性进行仿真分析，解决了动力学模型与液压系统模型难于
结合的问题。
首先实际测量液压支架主要部件的尺寸，利用三维建模软件Pro/E建立
液压支架的三维数字化模型，再利用MECH/Pro接口软件将建好的模型导
入ADAMS中，根据部件之间的运动关系施加约束与驱动。然后分析支架
立柱液压系统的工作原理，详细地阐述了液压支架承受冲击载荷的类型，
重点研究如何利用AMESim/HCD模块搭建支架立柱、液控单向阀、安全阀
及整个立柱液压系统模型并对它们进行参数设置和仿真，验证模型的准确
性。最后通过接口设置将机械结构模型与液压系统模型联合起来进行仿真。
通过联合仿真与结果分析得出：(1)在升柱和初撑阶段，当泵站调定压
力恒定时，增加泵站的流量可显著缩短升柱时间。当泵站流量恒定时，并
且升柱时立柱下腔压力达到了泵站溢流阀调定压力值，溢流阀调定压力值
越高升柱所需的时间越长，初撑力越大。得出泵站调定压力不变、增加泵
的排量比泵的排量不变、调节泵站压力对立柱升柱及初撑力影响大。(2)在太原理工大学硕士研究生学位论文
II降柱阶段，液控单向阀的控制口A等效直径的变化会引起其内部阀芯的振
荡，从而引起液压冲击，导致在降柱的过程中，立柱位移曲线出现波动，
影响支架的稳定性，通过仿真找到合适的等效直径值，尽量减小立柱位移
波动性。(3)在溢流承载阶段，通过适当增加安全阀弹簧的刚度，在不影响
其开启灵敏度的前提下，能够减小阀芯的振荡、从而减小液压冲击，使控
液压系统的动态特性与控制优化
液压系统的动态特性与控制优化
液压系统作为一种常见的动力传动系统，在各个领域都得到了广泛的应用。液压系统的动态特性和控制优化是研究和改进液压系统性能的重要方面。本文将从液压系统的动态特性入手，探讨其在控制优化方面的应用。
一、液压系统的动态特性
液压系统的动态特性是指在系统的输入和输出发生变化时，系统达到新的稳态条件所需要的时间和过程。液压系统的动态特性是由液压元件、流体和操纵系统等多个因素共同决定的。
1. 液压元件对动态特性的影响
液压元件的特性对液压系统的动态响应有着重要的影响。例如，液压缸的长度、导杆的直径和精度等因素会直接影响系统的响应速度和精度。而液压泵的流量和压力特性会影响系统的输出能力和稳定性。
2. 流体对动态特性的影响
流体的性质也会对液压系统的动态特性产生影响。例如，流体的黏度和温度会影响系统的阻尼特性和稳定性。此外，流体的压力损失和泄漏对系统的输出能力和响应速度也有一定的影响。
3. 操纵系统对动态特性的影响 操纵系统包括操纵器、传感器和控制装置等，对液压系统的动态特性有着重要的影响。操纵系统的响应速度和灵敏度决定了系统的控制性能和稳定性。
二、液压系统的控制优化
为了改善液压系统的动态特性，提高其控制性能和稳定性，需要进行控制优化。以下是几种常见的液压系统控制优化方法：
1. PID控制
PID控制是一种常用的反馈控制策略，在液压系统的控制中也有广泛应用。PID控制通过比较反馈信号与设定值，调节控制器的输出，从而实现对系统的控制。通过调节PID控制器的参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。
2. 自适应控制
自适应控制是指根据实时的系统状态和工作条件，自动调整控制器的参数和控制策略。通过自适应控制算法，液压系统可以根据不同的工况需求，调整系统的输出，提高其动态特性和稳定性。
3. 智能控制
智能控制是指应用人工智能技术，对液压系统进行智能化的控制。例如，使用模糊控制、神经网络控制和遗传算法等方法，对液压系统进行优化和自适应控制，提高系统的控制性能和效率。
泵控舵机液压缸动态特性研究
第３１卷第４期 ２００８年１２月 中 国 航海 ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＨＩＮＡ Ｖｏ１．３１ ＮＯ．４ Ｄｅｃ．２００８
文章编号：１０００～４６５３（２００８）０４—０３４５—０４
泵控舵机液压缸动态特性研究
白继平 ， 阮 健
（１．浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室，浙江杭州３１００３２；
２．浙江交通职业技术学院，浙江杭州３１１１１２）
摘要：泵控液压缸在工程机械中有着相当广泛地应用，其动态特性决定了整个液压系统的工作性能，为此对经简
化的泵控液压舵机系统进行动态特性研究。因为软件ＭＡＴＬＡＢ的工具箱ｓＩＭｕＬＩＮＫ在系统仿真方面的功能十
分强大，所以利用ＳＩＭＵＬＩＮＫ对液压系统进行物理建模、仿真，对泵控液压缸进行动态特性研究。仿真结果验证
此研究方法的可行性与正确性。此外，该研究方法简单、直观，可以应用于液压系统的设计、液压元件的选择与优
化和液压系统故障辅助诊断，也可以应用于轮机模拟器的仿真系统。
关键词：船舶、舰船工程；舵机；动态特性研究；泵控液压缸；仿真
中图分类号：Ｕ６６４．４ １ 文献标识码：Ａ
Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
Ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｏｆ Ｐｕｍｐ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｇｅａｒ
ＢＡＩ Ｊｉ—ｐｉｎｇ ～．ＲＵＡＮ Ｊｉａｎ
（１．Ｔｈｅ ＭＯＥ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ。
Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１１１２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｕｍｐ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｔｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—
差动液压缸动态特性分析及应用
《一重技术》
差动液压缸动态特陛分析及应用
高文成。．高英飞
（１．辽宁工学院副教授，辽宁 锦州 １２１００１；２．航天三院三十五所工程师，北京 １０００１３）
摘要：应用自动控制理论分析双作用单活塞杆液压缸差动连接时的动态特性，说明设计和使用这种回
路时应该注意的一些问题。 关键词：双作用单活塞杆液压缸；差动连接；方块图；传递函数；动态分析
中图分类号：ＴＨ１３７．１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３—３３５５（２００７）０２—００１４—０３
Ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ＂ｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｇａｏ Ｗｅｎｃｈｅｎｇ，Ｇａｏ Ｙｉｎｇｆｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎ ｔｗｏ－ａｃｔｉｏｎ ｓｉｎｇｌｅ—ｒｏｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｔｏ ｂｅ ｐａｉｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｔｈ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｗｏ－ａｃｔｉｏｎ ｓｉｎｇｌｅ－ｒｏｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ，ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，
ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ
双作用单活塞杆液压缸的差动连接ｆ简称差
动缸）是广泛采用的一种快速运动回路，这种回
路既简单又可以节省能源。我们从动态的角度来
分析这种回路的特性，并指出应用此回路时一些
值得注意的问题。
小型工程机械液压回转系统动态特性的研究
小型工程机械液压回转系统动态特性的研究
摘要：本文首先分析了小型工程机械的发展趋势和市场要求，以及小型工程机械液压回转系统的运动，分析了液压回转系统的动态特性是影响小型工程机械回转运动的主要因素，在小型工程机械中具有显著的典型性，提出了几种不同的改善小型工程机械回转系统动态特性的方案，根据现在的工程机械厂家对回转运动平稳性以及快速型都有着很高的要求，提出了解决现实问题的方法。
关键词：小型工程机械；液压回转系统；动态特性
引言
对小型工程机械而言，液压系统的回转系统对于其完成的各项功能动作来说至关重要，液压回转系统既要满足回转机构的平稳回转来达到稳定的停止，又要保证液压回转机构的快速回转运动以提高生产效率，就必须要有效的优化液压回转系统的动态特性。
1小型工程机械的发展概况
早在十八世纪，随着工业革命的到来，城市以及城市工业的迅猛发展，需要大量的劳动力，但是人力已经远远不能供得上工业的需求，所以这就促进了以拖拉机、伐木机、推土机、收割机等为代表的工程机械的快速发展。纵观工程机械的发展历程，先后经历了动力技术革命、传动技术革命、控制技术革命等几个阶段。工程机械发展到现在在动力方面已经渐趋成熟，而在传动和控制方面还有很大的发展空间。液压传动是上世纪50年代才出现的一种新型传动技术，由于液压具有功率密度高、结构简单、传动形式多样、占用空间小等特点。因此液压技术作为机械传动的一种方式，已成功应用到了工程机械的各个方面，随着控制技术革命以及液压技术向高压、快速、小轻型方面发展，液压技术和控制技术紧密结合，进一步提升了自动化及节省劳动力的作用，因而液压机械在工程机械方面被广泛的应用；从另一个角度讲，工程机械找到了良好的传动方式也为工程机械的发展提供了动力，其间出现了形形色色的小型工程机械。
2.工程机械的液压回转系统的运动学分析
2.1液压回转系统的组成
液压回转系统主要由双联定量齿轮泵、三位四通换向阀、双作用单活塞杆油缸组成，辅助元件有溢流阀、转向优先阀、散热器等。该系统为开式定量系统，液压泵为定量齿轮泵，转向阀为三位四通换向阀，通过操纵回转换向阀的操纵杆来改变液压油的流向，即实现左右回转的换向。
液压系统动态特性分析研究
液压系统动态特性分析研究
一、引言
液压系统是一种以液体为介质，通过流体传动进行能量转换的机电一体化控制系统。它在测量、控制、自动化等方面都有广泛应用，具有精度高，控制灵敏度大，传动功率大等特点。液压系统的动态特性研究旨在探究系统响应速度、稳定性、动态特性等方面，以提高其控制性能、效率和可靠性。
二、液压系统动态特性的基础概念
液压系统的动态特性主要包括系统响应速度、稳态误差和稳定性等几个方面。以下是一些关键概念的介绍：
1. 系统响应速度
系统响应速度是指系统输出结果（如某种物理量的变化）对应输入信号（如输入电压）变化的速度。在液压系统中，系统响应速度受到液压元件惯性、压力波速度、油路流动阻力、压力波反射等因素的影响。
2. 稳态误差
稳态误差是指系统输出结果没有达到期望值的偏离程度。在液压系统中，稳态误差受到阀门开度、负载变化、系统死区等因素的影响。 3. 稳定性
稳定性是指系统中的各种物理量是否在一定条件下能够长期稳定地运行。在液压系统中，稳定性受到液压元件的参数、时滞、阻尼等因素的影响。
三、液压系统动态特性分析的方法
液压系统动态特性分析是一种研究系统对外部信号变化做出响应的方法，可以通过模拟液压系统运行过程来分析它的动态特性。以下是一些常用的分析方法：
1. 线性系统理论
线性系统理论认为，当输入信号是线性的时，输出信号也是线性的。这种方法可以用于分析系统响应速度、稳态误差等方面的问题。
2. 仿真分析法
仿真分析法是通过数学模型对液压系统进行仿真，以评估系统性能和优化设计。这种方法可以用于分析系统的稳定性、响应速度、能量消耗等方面的问题。
3. 实验分析法 实验分析法是通过实验观测液压系统对外部信号的响应，以评估系统性能和优化设计。这种方法可以用于分析系统的稳态误差、响应速度等方面的问题。
四、液压系统动态特性优化的策略
针对液压系统响应速度、稳态误差和稳定性等方面的问题，可采用以下一些优化策略：
液压缸系统的动态特性分析
液压缸系统的动态特性分析
液压缸系统是一种常用的动力传输装置，在许多领域得到广泛应用。它的主要原理是利用液体的压力来产生力和运动。在液压缸系统中，液压缸作为关键元件，具有动态特性对系统性能起着重要的影响。本文将对液压缸系统的动态特性进行分析，以探讨其在工程实践中的应用和发展潜力。
首先，我们来了解一下液压缸系统的组成和工作原理。液压缸系统由液压缸、液压泵、液压阀和油箱等组成。其工作原理是通过液压泵将液体压力转化为机械能，然后通过液压阀对液体进行控制，最终由液压缸将液压能转化为力和运动。
在液压缸系统中，动态特性是指系统在运行过程中对外界变化的响应能力。例如，当外界施加一定的荷载或扰动时，液压缸系统能够快速调整系统参数以保持稳定运行。而动态特性的分析就是研究系统在此类外界变化下的响应过程及性能。
液压缸系统的动态特性受到多种因素的影响，其中最重要的是液压缸的结构和参数、液体的物性以及系统的控制方式等。首先，液压缸的结构和参数包括了活塞面积、有效面积、活塞杆直径等。这些参数决定了液压缸的力和速度输出能力，进而影响系统的动态特性。其次，液体的物性如黏度、密度等也会对系统的动态特性产生影响。较高的黏度会使液压缸系统的运动速度减慢，降低系统的动态特性。最后，系统的控制方式可以通过调节液压泵和液压阀等元件来实现。不同的控制方式会对系统的响应速度和稳定性产生不同的影响。
为了进一步探讨液压缸系统的动态特性，可以进行实验研究和数值模拟。实验研究可以通过搭建实际液压缸系统并测量相应的参数来获取系统的动态特性。这种方法相对简单直观，但成本较高且需要专业设备。而数值模拟则可以通过建立相应的数学模型，通过计算机仿真来分析系统的动态特性。数值模拟方法灵活易行，可以快速获取系统的响应曲线和参数。但需要建立准确的数学模型，并根据实际情况选择适当的数值方法。 在工程实践中，液压缸系统的动态特性分析对于系统设计和优化具有重要意义。例如，在工程机械领域，液压缸系统需要提供稳定的力和速度输出，以满足复杂工况下的要求。通过对系统动态特性的深入研究，可以优化系统的结构和参数，提高系统的响应速度和稳定性。此外，在液压输变电系统和机器人等领域，液压缸系统的动态特性分析也具有重要的应用价值。