Fundamentals of Fluid Power Control第4章翻译

1、4系统的稳态性能4.1为Pump-PRV-Servovalve组合确定操作期间力供应压力变化:一个图形的方法首先,考虑泵供应线路来说明图4.1所示的简单线路的一些计算问题。减压阀的破裂压力设置在150bar。每个组件的流动压特征显示,单位为流量升每分钟,压力bar,和电流毫安。稳态流动和流动连续性方程： 伺服阀输出端口的压差是P load,根据加载装置要求。非线性方程(4.1)并不难解决压力P的数值,但是可以通过一个生动的方程图(4.1)洞察电路互连图形的影响。在图4.2这样做是为了得到P load= 0的伺服阀加载压差和伺服阀电流为0,10和20 mA。随着电流的增加,负载流量增加,供应压力

2、P预计将下降。图4.2是绘测Qp和(Qrv+ Q sv)。两个曲线的交叉点给出了操作压力P。对于当前零伺服阀,泵流量比匹配减压阀流量比给出一个161bar的压力。随着电流的增加到10mA,然后到20 mA,压力降到155bar,然后到105bar。请注意,对于电流20 mA的伺服阀,减压阀因为它设置的破裂压力在150bar, 不是在操作中。这样一个graphi -卡尔的方法是快速实现和提供了一个比一个纯粹的数学数值解更具视觉冲击的方法。图4.1一个pump-PRV-servovalve供电分支电路连接。4.2回油节流缸的流量控制图4.3显示了流控制阀和止回阀系统放置的位置，这样避免负载失控。降

3、低速度设置为0.1米/秒。以下数据应用:泵流量= 45 L / min,负载质量M = 500公斤油缸内径= 76.2毫米A1 = 4.56×103平米活塞杆直径= 44.3毫米换向阀的压降在满泵流量时= 8bar 负载压力P（bar）图4.2供应压力的图形解决方案图4.3下降的回油节流流量控制的执行机构。 流控制阀门设置需要20bar的压力降抑制阀中的压力降和下降线可能会被忽视需要收回速度= 0.1 m / s(i) 降低流量控制流率如计算:所以,流控制阀门设置在19.20升/分钟。假定换向阀穿过任何端口的压降与流量的平方成比例。从系统的水箱末端开始,压力换向阀返回端口的压力是因为

4、流控制阀门需要20bar的最小压降,环空压力=(1.46 + 20)= P 2 = 21.46bar。稳态力方程是: 增加通过换向阀端口的压降给出了一个供应压力=(8)(27.36/45)2+ 4.3 = P > 7.26bar。这是一个非常低的压力,是由于负载质量影响力方程。(ii) 提升止回阀现在允许流控制旁路,图4.4所示。确定系统压力,假设减压阀设置为高值,所有泵流交付给执行机构。因此,Q in= 45L / min和Qout =(45)(1.425)= 64.13 L / min。通过换向阀的压降是供应端口处的8bar和返回端口处的。所以,P 1 = 16.25bar。图4.4

5、。执行机构和流量控制旁路起升稳态力方程是:供应压力现在由换向阀供应端口处增加的8bar压力降确定为Ps > 46.49bar。这是高于要求降低的，因此推断,应设置供应压力值大于46.48bar。起升速度是 一个下降速度2.3倍的因素。如果提升速度是不可接受的,那么控制起升方向的流量是必须的例如,将流量控制阀置于另一行。4.3比较平衡阀和一个偏心阀的表现以避免负载失控图4.5显示了恰当的阀布置在恰当的线路的环道以防止负载失控。偏心阀是由试图下降的其他支线压力先导控制的。系统是执行一个紧迫的操作,数据如下:圆筒孔直径=80mm A1=0.005平米活塞杆直径=60mm 负载质量为5KN要求压

6、力=100KN压力的第一顺序估计的损失可能被忽视。(i) 平衡阀当负载静止时的静压力：P 2 = (5000)/(0.0028) = 17.8 bar.平衡压力设置为(1.3)(17.8)= P cb = 23bar。 A平衡阀 b偏心阀图4.5。执行机构控制失控在整个孔中的压力克服平衡= 23/1.7913bar,对于挤压，考虑力的方程:(ii) 偏心阀 打开阀的试点的压力=平衡设置/ 2 = 23/2 = 11.5bar。 假设偏心阀是先导控制时,环空压力现在是零;在挤压状态,由前面推导出:可以看出所需的压力小于平衡阀使用时的压力。还记得,在每种情况下,供应压力不仅仅是足够的每个阀门操作。

7、实际例子4.1考虑一个流量控制的起升汽缸的起升和下降。这是通过流量控制阀在全桥下实现的,如所示的图。因此,提升和降低速度是相同的。然而,泵必须提供一个流速为60 L / min的流量当流量降低时，并且流量再生可以通过循环流量来减少这种流速要求。实际例子4.1 提升部分是远离能量提供单元;因此,系统在泵单元和执行机构间有长而灵活的软管。这个例子因此考虑沿着每个管的压力损失和方向阀与止回阀的压力损失。数据如下：止回阀流设置= 30 L / minA1=0.1平米 ,A2=0.05平米,负载质量M=20000Kg线长20米,13毫米直径流体的粘滞性换向阀口压降 2 bar 当30 L/min8 ba

8、r 当 60 L/min止回阀压降 3 bar 当 30 L/min加载速度在两个方向上都是: 下降对速度为60 L / min的吸管,压降是: 通过换向阀供应端口的压降是8bar: P 1 = P s (8 + 7.13) = P s 15.13.对速度为30 L / min的返回线路,压降是7.13 / 2 = 3.57bar。两个止回阀的压降是6bar。允许流量控制阀有至少20bar压降。在方向阀返回端的压降是2bar： P 2 = 3.57 + 6 + 20 + 2 = 31.57 bar.负载力平衡所以,任何敏感的供应压力都将使负载在设置的速度下降低。提升个体压降与下降时的完全一样,

9、绝对值现在是: P 1 = (7.13 + 8) = 15.13 barP 2 = P s (2 + 6 + 20 + 3.57) = ( P s 31.57) bar. 所以，负载力方程现在变成： P s = 101.07 bar. 一个高于此值的供应压力将创建一个通过流量控制阀的更大的压降并且是可以接受的。4.4驱动概念有许多控制马达和线性执行器的方法,图4.6展示了概念上最常见的驱动使用泵和马达。如果流体从马达传回到槽,而不是返回回到泵,那么它就是一个开放的回路,如图4.6(a)和4.6(c)所示。如果液体返回给泵,那么它被称为一个闭合回路,如图4.6(b)和4.6(d)所示,并且可以使

10、用小一点的槽。如果机器和实际的排水沟一起使用,一个增压泵也是必要的去弥补流回油箱的泄露流量；这一点将在稍后讨论。图4.6(e)说明了一个能量转换单位(PTU)把液体从强大的能量供应端转移到其他弱小的能量供应端。它需要这两台机器是耦合在一起的,并且两个都能够和任意泵或马达一起工作。位移也必须是不同的,因此,一台机器的位置取决于它工作在泵模型还是马达模型。当通过PTU的压力差距在摩擦压力范围内,那么它不会旋转和停止能量转换。图4.7显示了各种驱动器使用伺服阀控制流体流动的方向并且可能与马达或汽缸一起使用。通过伺服阀与反馈可以获得精确的速度和位置控制,同时电动机转速反馈控制也可以通过控制泵旋转斜盘电

11、动执行机构实现。当然,在实践中,需要其他组件确保安全运行和系统可行性,稍后将看到。(a)泵固定,开放系统 (b)泵固定的,封闭系统(c)泵变量,开放系统 (d)泵变量,封闭系统 供电电源 供电电源 1 2 (e)连接,可逆泵和马达能量转移单元图4.6。结合泵和马达的一些不同的方式。(a)伺服阀,开环 (b)伺服阀,闭环(c)用泵负载测试伺服阀-马达控制系统(d)伺服阀,开环 (e)伺服阀,闭环图4.7 用伺服阀的马达和气缸驱动。(b)液压回路图4.8使用一个变数泵液压驱动。用一个电力操作的执行机构控制一个泵旋转斜盘。当然,在实践中,需要其他组件,确保安全运行和系统可行性,稍后将看到。4.5泵和

12、液压马达连接:一个液压驱动 液压驱动,或流体静力传输(图4.8),用于移动应用,从而有效地在马达轮子旋转的所以方向上都有无限传动比。轮马达将是轴向活塞或径向活塞,与一些变化,很容易有独立轮控制如果需要。驱动线路是处于200bar的高压下,返回线路升高到5bar的低压。保护减压阀设置了一个高于预期的最大工作压力,在这种情况下,250bar。因此,正常操作允许液体从泵循环到马达,然后回到泵的吸入口,推进泵流量增加去弥补系统流体损失。止回阀桥确保这个正常流循环发生直到高压超过主减压阀设置的250bar;例如,因为在工作间轮马达的停滞。高压线通过减压阀连接到低压线路，当允许循环流量流回泵的入口是会消散

13、一些能量。整个过程因为止回阀桥的对称而可逆。 泵 马达将泵的输出流量和马达的进入流量相等然后得出: 泵 马达 考虑泵和马达的转矩方程有 流量比率和力矩方程的调整推出一组复杂的函数,但传输性能可能用下面的步骤评估:步骤 1 步骤2 步骤3 步骤4 传输效率: 计算将首先建立D p / D m位移比例，然后计算不同负载扭矩T m。典型的计算都包含在下面的例子。例4.2:静液压传动装置工作性能假设相同的机器设计,R p = R m:最大的泵位移泵速度马达位移 并且由外部泄露Rext控制，Tscp=Tscm=6NmP2=5 bar(提高)它遵循： 马达转矩（Nm） 实例4.2(a) 去确定提高泵所需的

14、流量组成，需要考虑一个负载压力P 1 = 200 bar。这发生在一个马达负载转矩为65.6 N m，马达泵的速度是0.835,并且传输效率60.2%上。理想泵流量速度DPP=4×10-6(150.8)=36.19L/min马达理想流量速度0.835Dpp=30.22L/min各种流量如线路图所示。实例4.2(b)因此,提高泵必须的组成流量是: Q组成= 35.6630.75 = 4.91 L / min。通过提高减压阀创造流量从而导致升压,然后设置大于这个值的提升泵流量速度。实例4.3：一个流体静力学的驱动负载转矩= 200 Nm空载泵流量流速= 60 L / min泵和马达漏泄抵

15、抗= 2.5×1011Nm-2/m3s马达转矩损失= 9+0.04mN可忽略的返回压力(i) 对给出一个最大运行速度为200rpm,计算马达的位移。(ii) 确定线压力 200rpm=20.95 rad/s 马达转矩方程：DmP=T+T损失 DmP=200+9+0.04Wm DmP=210 Nm* 泵和马达的流量连续性：Qpo-P/R=DmWm+P/R, 因此，位移和压力的解决： y=45.9或1.74 y=45.9 有Dm=45.9x 10-6 m3 /rad 和P=45.8bar。 y=1.74 有Dm=1.74x 10-6 m3 /rad 和P=1207bar。 所以，选择第一

16、个解： Dm=45.9x 10-6 m3 /rad P=45.8bar。4.6泵和电机轴连接:一个能量转移单位(PTU)这种方法是用来在一个回路中出现不可接受或原因不明的压力下降事件时确保压力维持,似乎在航空航天应用中特别寻求。另一个现有的健全的回路是用来供应流量到故障的回路,通过试图尽可能恢复故障回路的压力到最好的状态的方式。当然,这需要适当的从健全的回路获得足够的可用的流动,也是能量转移机制。能量转移的方法显示在图4.9。对于例子的目的,在图中,一个通过PTU渠道提供弥补流量流速到故障回路b 的健全回路，PTU的左侧充当马达，PTU的右侧作为泵。PTU操作可以单向或双向的。PTU旋转,因为

17、整个马达单位净压差大于泵单元净压差。这将创建一个超过摩擦力值的力矩不平衡，当一个回路由于故障条件发生压力变化。在实践中,一个位移可变的轴向活塞机是和一个弯曲线固定位移活塞机一起使用。机器作为马达必须有一个大于机器作为泵时的位移。因此,随着能量转移方向的改变，变位移机器的飞盘敲击也必须改变。如图4.10考虑。图4.9用于轴向可变活塞单元的能量转移能量从左到右转移,因为供应管道2的压降与供应管道1相关。因此,在左边的机器是充当马达而右边的机器是作为泵。应用以前建立的流量流速与马达和泵的力矩方程,并且假设为每台机器有相同的损失特征,给出: PTU流量流速，马达， (4.14) 泵 ， (4.15)

18、PTU 转矩， (4.16)在这里,粘滞系数B v和摩擦力矩T sc是所有机器的总和。考虑每一个相同的供应泵, QP1=QPO-P1RPS , (4.17) QP2=QPO-P2RPS , (4.18)能量供应a 能量供应b图4.10一个PTU在工作中假设所有的减压阀都运行在所有能量供应端,然后线性流量-流速-压力-降低特性可以用来给出: Qrv1=P1-PrvRv p1>prv (4.19) Qrv2=P2-PrvRv p2>prv (4.20)这里R v是减压阀的阻力。为了确定PTU性能的独特特性,在端口2一个突然的流量流速要求Q b 2被使用而端口1的负载流量流速是零。因此,

19、从图4.10中两边的流动连续性给出: QP1=Q1+Qrv1, (4.21) QP2=Qb-Q2+Qrv2, (4.22)插入前面定义的流量方程，然后给出: P1=Rt(QPO-Dm+prvRv), (4.23) P2=Rt(QPO+DP+PrvRv-Qb), (4.24) 1Rt=1Rps+1Rmp+1Rv , (4.25)另外,因为它已经表明,如果泵位移小于马达位移则PTU表现更好,然后令: Dp=Dm, <1 (4.26)结合转矩与流动方程和位移率方程给出: 个体的压力是通过遵守减压阀打开压力Prv定义的，这样检测可以在任意一个特别的设计引起低于减压阀设置的压力下进行。 驱动压差是

20、在摩擦死区时PTU操作停止,被定义为: （4.31）实例4.4：特性测定考虑到两台机器有以下数据: PTU机器，Rmp=1012Nm-2/m3s-1 供应泵， Rps=1012Nm-2/m3s-1 减压阀， Rv=0.25×1010Nm-2/m3s-1 减压阀打开压力，Prv=210bar 供应泵空载流量, Qpo=24L/min 固定位移机器位移，Dm=4×10-6m3/rad PTU总摩擦力矩，Tsc=12Nm PTU总粘性摩擦系数，Bv=0.04N mrads-1 1Rt=1Rps+1Rmp+1Rv=2×10-12+400×10-12=402

21、15;10-12, RtRv=0.25×1010Nm-2/m3s-1.减压阀抵抗显然是占主导地位。对从每个能量供给处出来的无载流量,每个减压阀增加的压力由下式给出: RvQPO=（0.25×1010）（0.4×10-3）=10bar.所以,如果减压阀的打开压力是210bar,无负载下的操作压力不是220bar,而是219bar当PTU的损失包括:TscDm=124×10-6=30bar, 完全明白PTU的运作,需要考虑特殊的速度和压力状况及其可能的范围。零速度情况从方程4.27知道，这发生在满足以下条件: 每个压力下降到减压阀设置值的情况去理解压力的表现,这被注意因为可能是RtRv,然后通过下面给出压力: 负载流量 图4.11测定PTU位移比范围。因此,每个压力下降到减压阀设置值的情况由下面给出: P1Prv=1 当 这给出 P2Prv=1 当 并且不可能 （4.35）相同压力情况下在每个回路中好的设计对相同的压力更能达成目的，因为通过定义，它们必须高于减压阀设置值。这个条件实现当: 考虑示例4.4数据,推断图4.11所示的操作条件是对于各种负载流动。在图4.11中，下列重点可以被观察到：位移比通常是限制在整体范围0.75 << 0.