液压传动第十二章液压元件和系统的动态特性分析

实验七液压泵的特性实验

一、实验准备知识

预习思考题

1．液压泵的功能和种类

2．液压泵的特性

3．液压泵的动态特性和静态特性分别指的是什么？

实验基础知识

液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。

液压泵（液压马达）按其在单位时间内所能输出（所需输入）油液体积可否调节而分为定量泵（定量马达）和变量泵（变量马达）两类；按结构形成可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。

液压泵或液压马达的工作压力是指泵（马达）实际工作时的压力。对泵来说，工作压力是指它的输出压力；对马达来说，则是指它的输入压力。液压泵（液压马达）的额定压力是指泵（马达）在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。

液压泵（液压马达）的排量（用V表示）是指泵（马达）轴每转一转，由其密封容腔几何尺寸变化所算得的排出（输入）液体体积，亦即在无泄漏的情况下，其轴转一转所能排出（所需输入）的液体体积。

液压泵（液压马达）的理论流量（用qt表示）是指泵（马达）在单位时间内由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出（输入）的液体体积。泵（马达）的转速为n时，泵（马达）的理论流量为 qt=Vn。

实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的．因此输出功率小于输入功率。两者之间的差值即为功率损失，功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。

容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩（主要是内泄漏）而造成的流量上的损失。对液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量q减小。设泵的流量损失为qt，则泵的容积损失可用容积效率ην来表征。

ην =ttttqqqqqqq111

泵内机件间的泄漏油液的流态可以看作为层流，可以认为流量损失q1和泵的输出压力P成正比，即

q1 = k1P 式中，k1为流量损失系数。

基于Modelica的液压起升机构动态特性分析

第３ｌ卷第５期　振动与冲击　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＳＨＯＣＫ　

２０１１中国国际工业博览会第六届“工程与振动”科　’。－＋－“＋　‘＋“＋“＋’。＋“＋　。＋”＋”　技论坛推荐优秀论文｝　

・・＋”＋・‘＋“＋”＋・・－４－－．－＋・・——　一・。＋－　

基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ的液压起升机构动态特性分析　

明媚　，孟光　，荆建平　，。　

（１．上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０；２．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海２００２４０）　

摘　要：在多领域统一建模仿真平台Ｍ　ｒｋｓ下，采用Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言建立液压起升机构的多场耦合仿真模型，对　

吊重瞬间离地起升这一典型工况进行动态仿真，分析液压起升机构的动态特性，以及变量泵容积调速系统在减小冲击方　

面的影响。结果表明，采用建立的仿真模型能够较好地模拟起升机构性能，反映液压耦合的作用，为起升机构的设计提供　理论依据。　关键词：起升机构；液压系统；多场耦合；Ｍｏｄｅｌｉｃａ／ＭＷｏｒｋｓ　

中图分类号：ＴＨ２１　文献标识码：Ａ　

Ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｈｏｉｓｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｏｄｅｌｉｃａ　

ＭＩＮＧ　Ｍｅｉ　，ＭＥＮＧ　Ｇｕａｎｇ　，ＪＩＮＧ　Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ　’　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｕｌｔｉｆｉｅｌｄ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｏｄｅｌｉｃａ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ａｎｄ　ａ　ｕｎｉｆｅｄ　

哈工大-液压控制系统习题答案

1008107&100809专用

一、负载匹配

1.阀控缸动力机构，纯弹性负载mNk/104.46，供油压力)/107(726mNMPPas，活塞运动规律)10sin(01.0ty（m），求满足最佳匹配时A、0Q。

解：对于弹性负载，v=dy/dt, F=ky,

则Vm=0.1m/s, Fm=4.4*106*0.01=4.4*104N

故A=1.06Fm/Ps=1.06*4.4*104/7*106=6.66*10-3m2=66.6cm2

Q0=√3/2A*Vm=8.16*10-4m3/s=48.94L/min.

2.阀控缸动力机构，纯质量负载kgm4000，供油压力26/1044mNMPPas，活塞运动规律)10sin(16.0tv，求满足最佳匹配时A、0Q。

解：对于质量负载， F=m*dv/dt

则Vm=0.16m/s, Fm=4000*1.6=6400N

故A=1.06Fm/Ps=1.06*6400/4000000=1.696*10-3 m2=16.96cm2

Q0=√3/2A*Vm=3.32*10-4m3/s=19.94 L/min.

3、设计某动力机构。Ps=210bar，所求出的活塞有效面积为A，伺服阀空载流量为Qo。如果降低供油压力重新设计动力机构，Ps=105bar，负载条件不变，这时新活塞有效面积为多大？伺服阀空载流量为多少？比原伺服阀空载流量大多少倍？（提示：应计算新阀在Ps=210bar时的空载流量，然后与旧阀比较。）

解：因为负载条件不变，所以Fm和vm均不变

因为已知PS=210bar下活塞有效面积A和伺服阀空载流量Q0

所以PS1=105bar下活塞有效面积A1和伺服阀空载流量为

在同一压力下比较，符合静态方程：

105bar下的静态方程：

210bar下的静态方程：

所以新阀在PS=210bar下空载流量

即同样条件下比原伺服阀空载流量大

4、P160, 2题。

液压系统的模拟仿真与分析

液压系统是一种将流体力学原理应用到机械领域的重要技术。液压系统主要将驱动源如液压泵、压缩空气、机械传动等能量源的动力能源，将其通过液压传动部件（液压处置）的转换作用，转化成液压能并输送到执行机构(缸)执行运动，从而实现预期的机械动作。

在实际生产和工程应用中，液压系统总是被广泛应用于各种机床、机器人、冶金设备、船、飞机及各种工业装备和农业机械、林业机械等，尤其在工程实际中，对于液压系统协调性及其动态特性的了解和分析都是非常重要的。最近，液压系统的模拟仿真与分析工作在机械和自动化行业中也变得越来越重要，这是因为模拟仿真与分析可为液压系统分析和设计提供有效的工具，并能减少原型设计所需的开发时间和费用。

液压系统模拟工作的目标是基于系统及其子系统的建立，通过进行实验、设计和分析，来预测系统的运行和调整，然后确定设计和实际测试所需的最佳方案。对液压机械系统的研究可帮助提高运转速度和精度，降低噪声和维护成本，提升安全性能和增强设计的经济效益等。

液压系统仿真模拟主要应用于两个方面: 第一个方面是在设计阶段使用仿真对系统进行优化设计和测试，以确保对整个系统进行适当的调整。第二个方面是在运营阶段，用仿真对系统进行分析和修复。为了实现这两个方面的目标，需要建立液压系统模拟仿真模型，并使用该模型对系统进行分析和修复。

液压系统仿真的基本原理是使用计算机软件(例如Matlab，Simulink等)构建液压系统的一份模拟，该模拟包括所有的液压元件及其动态特性参数，并通通过仿真模型，用计算机模拟液压系统运动、力和通过液压系统传输介质的流速和压力等信息。其中，对于液压系统中的液流，常使用较为复杂的流体力学模型来模拟它的行为。

液压系统仿真模拟的建模方法有很多种，包括建立动态数值模型(Dynamic Numeric Model, DNM)、建立星型图结构模型(Flow-mass model)和建立复杂宏结构模型等。其中，动态数值模型是最常见的建模方法，其基本思想是将液压系统分解成多个子系统及其组成部分，按照各个元件修改时间的基本原则，建立该系统数学模型。因此，这种方法构建的模型具有较高的准确性，但建模复杂度也较高。

液压传动特性认识与液压元件习题与答案

学习单元1

液压传动特性认识与液压元件习题

一、填空题

1、液压系统工作压力取决于，执行元件的运动速度决定于。

2、液体的粘度一般有三种表示方法、、。

3、液压马达是将输入的能转化为能。

4、液压控制阀按用途可分为、、三大类。

5、液压系统由、、、

四部分组成。

6、泊努力方程的物理意义是

，它是定律在流体力学中的体现。

7、一台公称压力为6.3MPa的液压泵，若将其出油口通油箱，问其出油口的压力为。

8、当调速阀所承受的负载很高时，调速阀相当于一个。

9、液控单向阀的液控口不通压力油时，它相当于一个。

10、液压泵是将输入的能转化为能。

11、液体的粘度一般有三种表示方法：动力粘度、、，其中可测量的是。

12、流量控制阀分为、两大类。

13、粘性的大小用来表示，其与温度的关系是

。

14、节流调速回路它用定量泵供油，用节流阀(或调速阀)改变进入执行元件的流量使之变速。根据流量阀在回路中的位置不同，分为、

和三种回路。

液压机液压传动与控制系统设计手册

导言：

在现代工业中，液压传动与控制系统起到了至关重要的作用。液压机是一种广泛应用于工程和制造领域的机械设备，它利用液体的力学性质传输和控制力，实现各种工作任务。本文旨在为液压机液压传动与控制系统的设计提供一份全面而又深入的手册，帮助读者更好地理解和应用这一技术。

第一章：液压传动基础

1.1 液压传动的基本原理

液压传动是利用液体在封闭的系统中传递能量，实现力或运动控制的方法。通过利用液压元件，如液压缸、液压马达和液压阀，液压传动系统能够转换机械能为液压能，并将其再次转换为机械能。

1.2 液压元件的基本工作原理

主要介绍了液压元件的基本组成和工作原理，包括液压缸、液压马达、液压泵和液压阀。液压传动系统中的这些元件起到了关键的作用，通过合理地设计和组合，可以实现各种工作任务。

1.3 液压流体的特性与选用

探讨了液压系统中所使用的液压流体的特性和选用。液压流体应具有一定的黏度、抗磨性和耐高温性能，同时还需要考虑系统的工作压力和环境因素。

第二章：液压控制系统

2.1 液压控制系统的基本组成

介绍了液压控制系统的基本组成，包括执行元件、执行元件、控制元件和电气元件。这些组件相互配合，实现对液压传动系统的精确控制。

2.2 液压控制系统的工作原理

详细阐述了液压控制系统的工作原理，包括液压马达的控制、液压缸的控制和液压阀的控制等方面。通过对系统工作原理的理解，能更好地设计和操作液压传动系统。

2.3 液压控制系统的性能参数

列举了液压控制系统的主要性能参数，包括系统的输出力、速度、位置精度以及系统的动态响应。这些参数对于系统设计和优化非常关键。

第三章：液压传动系统的设计

3.1 液压传动系统的设计要点

讨论了液压传动系统的设计要点，包括选用合适的液压元件、合理布局和连接、确定工作压力和流量，并注意系统可靠性和安全性等方面。

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

液压传动

一、液压传动基本概念：液压传动是在流体力学、工程力学和机械制造技术基础上发展起来的一门较新的应用技术，它是现代基础技术之一，被广泛地应用于各工业部门。

液压传动和液力传动都是利用液体为工作介质传递能量的，总称液体传动。但二者的根本区别在于：液压传动是以液体的压力能进行工作的；而液力传动是以液体的动能传递能量的，如液力联轴器。二者的传动原理完全不同。

二、液压传动工作原理：液压传动是利用液体的压力能传递能量的传动方式。其工作原理是：液压泵将输入的机械能变为液压能，经密封的管道传给液压缸（或液压马达），再转变为机械能输出．带动工作机构做功，通过对液体的方向、压力和流量的控制，可使工作机构获得所需的运动形式。由于能量的转换是通过密封工作容积的变化实现的，故又称容积式液压传动。

图示的液压千斤顶为例说明液压传动的工作原理液压千斤顶是一个简单而又较完整的液压传动装置。手柄1带动柱塞2做往复运动。当柱塞上行时，液压泵3内的工作容积扩大，形成负压，油箱5中的液体在大气压作用下推开吸液阀4进入泵内，排液阀关闭；当柱塞下行时，吸液阀关闭，液体被挤压产生压力，当压力升高到足以克服重物10时，泵内工作容积缩小，排液阀6被推开，压力液体经管路进入液压缸．推动活塞8举起重物做功。反复上下摇动手柄，则液体不断从油箱经液压泵输入液压缸，使重物逐渐上升。当手柄不动时，排液阀关闭，重物稳定在上升位置。工作时截止阀7应关闭，工作完毕打开截止阀，液压缸的液体便流回油箱。

三、液压传动系统的组成：液压传动系统简称液压系统。它是由若干液压元件组合起来并能完成一定动作的整体。液压元件是由若干零件构成的专门单元，一般是可以通用的、标准化的．如泵、马达、阀等。不论是简单的液压千斤顶装置，还是复杂的液压系统，都可归纳为五个组成部分。

(一) 液压泵

它将原动机供给的机械能转变为液压能输出，是系统的动力部分。

图示为液压泵原理图

(二) 液动机（液压缸或液压马达）

液压传动知识点

一、液压传动：以液压油作为工作介质，利用液体的压力能实现能量传递。

二液压传动的工作特性

1）力的传递按照帕斯卡原理进行。

（2）液压传动中压力取决于负载。

（3）负载的运动速度取决于流量。

（4）液压传动中的能量参数：压力P

流量Q

1) 力的传递按照帕斯卡原理进行。

小活塞底面单位面积上的压力为：P1=F/A1

大活塞底面上的压力为:P1=W/A2

根据流体力学中的帕斯卡原理，平衡液体内某一点的压力等值地传递到液体各点，因此有:P=P1=P1=F/A1=W/A2

2) 液压传动中压力取决于负载

只有大活塞上有了重物W（负载），小活塞上才能施加上作用力F，并使液体受到压力，所以负载是第一性的，压力是第二性的。即有了负载，并且作用力足够大，液体才受到压力，压力的大小取决于负载。

3) 负载的运动速度取决于流量

液压传动中传递运动时，速度传递按照容积变化相等的原则进行。

A1·L1=A2·L2 V1=L1/t V2=L2/t

A1·V1=A2·V2=Q

Q 为流量，负载（重物）的运动速度取决于进入大液压缸的流量Q 。

三，液压系统组成

1、动力元件 — 泵（机械能 —— 压力能）

把原动机的机械能转换成液体压力能的转换元件

2、执行元件 — 缸、马达（压力能 —— 机械能）

把液体的液压能转换成机械能的转换元件

3、控制元件 — 阀（控制方向、压力及流量）

对液压系统中油液的压力、流量或流动方向进行控制或调节的元件

4、辅助元件 —油箱、油管、滤油器、压力表

在系统中起储存油液、连接、滤油、测量等作用

四，液压传动的优缺点

液压传动设计实验报告

1. 了解液压传动系统的基本原理和组成部分；

2. 掌握液压传动系统的性能参数测量方法和分析思路；

3. 掌握液压元件的使用方法和操作技巧；

4. 提高实际操作能力和问题解决能力。

实验原理：

液压传动系统由液压泵、液压阀、液压缸和液压管路等组成，通过液体的压力传递运动和力量。液压泵将机械功转化为液压能，通过液压管路将液压能传递给液压阀，液压阀控制液压能的分配和流速，进一步传递给液压缸。液压缸中的液压能被转换为机械能，完成工作任务。

实验装置：

液压传动实验台、电子测力仪、数字压力表、液位计、转速计、温度计等实验设备。

实验步骤：

1. 打开液压传动实验台的电源，确保各设备工作正常； 2. 检查液压传动系统的密封性和泄漏情况，确保液体不泄漏；

3. 测量液压泵的出口压力和流量，并记录数据；

4. 测量液压阀的流量和阀口开度，并记录数据；

5. 测量液压缸的压力和行程，并记录数据；

6. 测量液压系统运行过程中的温度变化，并记录数据；

7. 根据实验数据，计算液压传动系统的效率、功率和效益；

8. 对实验结果进行分析和总结。

实验结果分析：

通过实验数据的测量和计算，我们可以得到液压传动系统的性能参数，如压力、流量、效率等。根据实验结果，我们可以评估液压传动系统的运行状态，找出系统中存在的问题，并采取相应的措施进行修复和改进。

结论：

通过本次实验，我们对液压传动系统的基本原理和组成部分有了更深入的了解，掌握了液压传动系统的性能参数测量方法和分析思路，提高了实际操作能力和问题解决能力。实验结果表明，液压传动系统在正常工作条件下能够稳定运行，并能够满足工作任务的要求。但在实际使用过程中，还需注意系统的密封性和泄漏情况，及时进行维护和保养，以保证系统的长期稳定运行。