液壓油有效體積彈性模量及測(cè)量裝置的研究.pdf

1、液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械裝備中，作為工作介質(zhì)液壓油的有效體積彈性模量表征了系統(tǒng)的剛性，是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的重要參數(shù)之一。正是由于具備可壓縮性，通常將油液視作液壓系統(tǒng)中的彈簧。油液彈性模量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，影響因素多，變化復(fù)雜，是個(gè)難以確定的軟參數(shù)。如何準(zhǔn)確獲得彈性模量參數(shù)，一直是液壓領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)，對(duì)液壓系統(tǒng)特別是動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析具有重要意義。因此，研究液壓油有效體積彈性模量在不同工況條件下的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，是提高

2、系統(tǒng)性能的一種重要途徑，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景和學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。
　　 本文首次引入液壓油動(dòng)態(tài)彈性模量的概念，提出了動(dòng)態(tài)彈性模量的數(shù)學(xué)模型。這一模型在充分考慮油液工作壓力、溫度、含氣量等工況參數(shù)綜合影響的基礎(chǔ)上，特別考慮了液壓系統(tǒng)工作時(shí)由于執(zhí)行器內(nèi)油液體枳實(shí)時(shí)變動(dòng)而引起的油液工作壓力及其分布的動(dòng)態(tài)變化，有效改善了以往對(duì)彈性模量的描述過于單一、不夠準(zhǔn)確的問題。研制了一種基于定義法的彈性模量檢測(cè)裝置。該裝置采用伺服電機(jī)加載，并通過高精

3、度壓力傳感器和位移傳感器直接測(cè)得封閉容器內(nèi)油液的壓力、體積變化，具有加載壓力（0～20 MPa）和加載速度(0.35～4.45％/min)連續(xù)可控、綜合測(cè)量誤差小于2.08％等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在線且準(zhǔn)確測(cè)得液壓系統(tǒng)中的油液彈性模量。通過抽真空處理，使油液的含氣量由12.29％降至7.41％，此時(shí)液壓伺服系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量減小約5～10％，且系統(tǒng)調(diào)整至穩(wěn)態(tài)輸出的過程也有所減短。提出了一種基于動(dòng)態(tài)彈性模量的控制參數(shù)調(diào)整方法。該方法根據(jù)執(zhí)行器內(nèi)

4、油液彈性模量的變化來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益，使控制參數(shù)與液壓固有頻率更加匹配，從而可保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上最大限度的提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。通過對(duì)該方法對(duì)應(yīng)頻率分別為2Hz和8Hz正弦信號(hào)的跟蹤特性分析，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的最大跟蹤誤差降低了25％～30％，相位滯后減小約3.50～8.60，過渡過程的超調(diào)現(xiàn)象得到明顯改善。
　　 論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 第一章，闡述了油液有效體積彈性模量的含義、特點(diǎn)及其在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分

5、析中發(fā)揮的重要作用。綜述和總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于彈性模量的影響因素、測(cè)量技術(shù)等研究方向的研究歷程，進(jìn)而提出本課題的研究?jī)?nèi)容和研究目標(biāo)。
　　 第二章，理論分析了液壓油中由溶解氣體和游離氣體的含量、狀態(tài)變化引起的混氣油液彈性模量的含氣效應(yīng)。運(yùn)用CFD軟件仿真分析了單個(gè)氣泡和氣泡群在油液中的運(yùn)動(dòng)特性，揭示了氣泡尺寸、油液粘度、工作壓力和氣泡群體間的相互作用等因素對(duì)氣泡的上升運(yùn)動(dòng)速度及形變特性的影響。
　　 第三章，建立了封閉容腔內(nèi)

6、混氣油液有效體積彈性模量的數(shù)學(xué)模型，并數(shù)值仿真了在不同初始含氣量、油液溫度等條件下，彈性模量隨油液工作壓力的變化特性，基于理論分析，設(shè)計(jì)了一套抽真空除氣裝置和彈性模量測(cè)量裝置應(yīng)用于一大型液壓源系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)內(nèi)油液的彈性模量值。
　　 第四章，基于課題研究?jī)?nèi)容和上一代實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果，研制了彈性模量綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。對(duì)其三大關(guān)鍵分系統(tǒng)：閉式系統(tǒng)及其抽真空處理、基于伺服電機(jī)加載的彈性模量測(cè)量裝置和伺服閥控缸系統(tǒng)，作了詳細(xì)的解決方案、原

7、理結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)。
　　 第五章，分別對(duì)不同工況條件下混氣油液的含氣量測(cè)量、抽真空處理、靜態(tài)彈性模量和動(dòng)態(tài)彈性模量的測(cè)量開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了抽真空前后油液含氣量和動(dòng)、靜態(tài)彈性彈性模量的變化規(guī)律，重點(diǎn)分析了在一定溫度、體積變化率及工作壓力范圍內(nèi)油液動(dòng)態(tài)彈性模量的變化機(jī)理。
　　 第六章，實(shí)驗(yàn)研究了抽真空處理前后液壓伺服系統(tǒng)對(duì)階趺信號(hào)和不同頻率正弦信號(hào)的響應(yīng)特性。結(jié)果揭示了油液彈性模量動(dòng)態(tài)變化對(duì)超調(diào)量、調(diào)整時(shí)