液压控制系统课后思考题

第二章

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？

理想滑阀：径向间隙为零，节流工作边锐利的滑阀 实际滑阀：存在径向间隙，节流工作边有圆角的滑阀

3、什么是三通阀、四通阀?什么是双边滑阀、四边滑阀?它们之间有什么关系?

“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通。

“双边滑阀”、“四边滑阀”是指换向阀有两个、四个可控的节流口。 一般情况下，三通阀是双边滑阀，四通阀是四通阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么?

阀的工作点是阀的压力—流量曲线上的点。零位工作点即曲线的原点，又称零位阀系数。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？ 流量增益Kq=?qL，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 ?xV?qL，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 ?pL流量-压力系数Kc=-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=?rW，Kp0=32?2c32?Cdps2c??r，两者相差很大。

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、为什么说零开口四边滑阀的性能最好，但最难加工？

（1） 从四边滑阀角度：

四边滑阀有四个可控的节流口，双边滑阀有两个可控的节流口，单边滑阀只有一个可控的节流口，因此，四边滑阀的控制性能最好；

（2） 从零开口角度：

零开口具有线性流量增益，性能比较好；负开口阀由于流量增益具有死区，将引起问题误差；正开口阀在开口区内的流量增益变化大，压力灵敏度低，零位泄漏量大。因此零开口阀性能最好；

四边滑阀需要保证三个轴向配合尺寸，双边滑阀需保证一个轴向配合尺寸，单边滑阀没有轴向配合尺寸。零开口阀还要保证零开口，径向配合要求。因此，零开口四边滑阀结构工艺复杂、成本高，难加工。

9、什么是稳态液动力，什么是瞬态液动力？

稳态液动力：在阀口开度一定的稳态流动情况下，液流对阀芯的反作用力。方向总是指向使阀口关闭的方向。

瞬态液动力：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。与阀芯的移动速度成正比，起粘性阻尼力的作用，方向始终与阀腔内液体的加速度方向相反。

14、喷嘴挡板阀的零位压力为什么取0.5ps左右，Dn和xfo对其性能有什么影响？

因为在零位压力灵敏度最高，为了满足这一要求，进行公式推导，可得出零位的控制压力为

pco?11ps，此时，零位的压力灵敏度最高；而且控制压力pc能充分的调节，因此，取pco?ps22作为设计准则。

没有影响，不管这两个值如何变化，都能得出这一关系。

15射流管阀有什么特点，工作原理与滑阀和喷嘴挡板阀一样吗？

工作原理不一样。优点：(1)射流管阀的最大优点是抗污染能力强，对油液清洁度要求不高，从而提高了工作的可靠性和使用寿命。(2)压力恢复系数和流量恢复系数高，一般均在70%以上，有时可达90%以上。

缺点：(1) 其特性不易预测，主要靠实验确定。(2)与喷嘴挡板阀的挡板相比，射流管的惯量较大，因此其动态响应特性不如喷嘴挡板阀。(3)零位泄漏流量大。(4)当油液粘度变化时，对特性影响较大，低温特性较低。

滑阀是节流原理，射流管阀：压力油的压力能通过射流管的喷嘴转换为液流的动能，液流被接收后，又将动能转换为压力能。

第三章

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（或称液压动力机构）是指利用液压能源，具有一定功率，直接推动负载运动的液压装置，由液压放大元件（液压控制元件）和液压执行元件组成的。液压放大元件可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵；液压执行元件是液压缸、液压马达。

有阀控和泵控两种两种控制方式。

四种基本组成类型：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。

2、 负载类型对液压动力元件的传递函数有什么影响？

答：负载对液压动力元件的传递函数为

XP?XVS(S2?n?K2?

?nS?1)当?n减小时，则传递函数增大，系统响应变快； 当?增大系统变得稳定；

当K增大时，则传递函数增大，系统的穿越频率会变大，则系统响应变快。

3、 无弹性负载和有弹性负载时，描述传递函数的性能参数分别有那几个？它们对系统动态特性有什么影

响？

答：无弹性负载描述传递函数的性能参数有流量系数Kq、总流量—压力系数Kce、有效体积弹性模量

?e、粘性阻尼系数Bp。当Kq增大时，传递函数增大，系统的穿越频率会变大，则系统响应变快。其中

wh?4?eApVtmt2，

?e越大，则wh越大，系统带宽越大，系统反应越快。其中

Bm4ApVtK，Bp较小，可以忽略不计，则?h可近似为?h?ce?emtAP?h?KceAP?emtVt??emtVt，Kce增

大，系统更稳定。

无弹性负载描述传递函数的性能参数有流量系数Kq、总流量—压力系数Kce、有效体积弹性模量?e、粘性阻尼系数Bp、负载弹簧刚度K。前四个性能参数影响相同，K的主要影响是用一个转折频率为wr的惯性环节代替无弹性负载时液压缸的积分环节。随着负载刚度减小，转折频率将降低，惯性环节就接近积分环节。

4、 何为液压弹簧刚度？为什么要把液压弹簧刚度理解为动态刚度？

答：液压弹簧刚度是液压缸两腔在完全封闭的情况下，由于液体的压缩性形成的液压弹簧刚度。

Kh?24?eApVt它表示液压缸中的被压缩液体所产生的复位力与活塞的位移成正比，在动态时，在一定频率范围内，液压阀的泄露来不及起作用，相当于一种封闭状态。液压缸对外力的响应特性中反映出这样一种液压弹簧的存在，对阀控液压执行元件来说，可理解为动态刚度。静态时不起作用。

5、 液压固有频率和活塞位置有关，在计算系统稳定性时，四通阀控制双作用液压缸和三通阀控制差动液压

缸应取活塞的什么位置？为什么？

答：四通阀控制双作用液压缸应取活塞的中间位置，因为，活塞在中间位置时，液体压缩性影响最大，动力元件固有频率最低，阻尼比最小，此时 稳定性最差。

三通阀控制双作用液压缸应取活塞的最大位置。

6、为什么液压动力元件可以得到较大的固有频率？

?h?答：，由式子可知，增大固有频率的方法很多：1）可以通过增大液压缸的面积，2）减小总压缩比，3）减小折算到活塞上的总质量，和4）提高油液的有效体积弹性模量

4?eAP2Vtmt7、为什么说液压阻尼比?h是一个“软量”？提高阻尼比的简单方法有哪几种？它们各有什么优缺点？ 答：因?h?KceAp?emtVt?BP4APVt，?h由Kce和BP决定，BP较Kce小的多可忽略， ?emt Kce中Ctp较Kc小的多，故?h由Kc值决定。Kc随工作点不同会有很大的变化。其变化范围达20~30倍，所以是一个难以准确估计的软量。提高阻尼比方法，及其优缺点入下：

（1）设置旁路泄露通道。缺点是增大了功率损失，降低了系统的总压力增益和系统刚度，增加外负载力引起的误差。另外，系统性能受温度变化影响较大。

（2）采用正开口阀。可以增加阻尼，但也要使系统刚度降低，而且零位泄露量引起的功率损失比第一种办法还打，并且会带来非线性流量增益，稳态液动变化等问题。

（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。 8、何谓液压动力元件的刚度？AP2Kce代表什么意义？

答：1）负载干扰力对液压缸的输出位移和输出速度有影响，这种影响可用刚度表示。液压动力元件的刚度，包括阀控液压缸的动态位置刚度和动态速度刚度。 2）AP2Kce代表低频段的动态速度刚度

9、三通阀控制液压缸和四通阀控制液压缸的固有顾率有什么不同?为什么?

答：三通阀控制液压缸和四通阀控制液压缸的传递函数形式是一样的，但前者的液压固有频率是后者的

12。

原因：在三通阀的控制差动液压缸中只有一个控制腔，因而只形成一个液压弹簧。四通阀的控制双作用液压缸中有两个控制腔，形成两个液压弹簧，总刚度是一个控制腔的二倍。 10、阀控液压马达和泵控液压马达的特性有何不同，为什么? 答：1）.泵控液压马达的液压固有频率较低

2）.泵控液压马达的阻尼比较小，比较恒定

3）.泵控液压马达的增益和静态速度刚度比较恒定

4）.泵控液压马达的液压固有频率和阻尼比较低，所以动态特性不如阀控液压马达好。但由于总泄露

系数较小，故静态速度刚度要好。

总之，泵控液压马达相当是线性元件，动态特性更易预测。但是其液压固有频率小，还要附加变量控制伺服机构，因此总的响应特性较差。

11、为什么把Kv称为速度放大系数?速度放大系数的量纲是什么?

答：1）P47，由于传递函数中包含一个积分环节，所以在稳态时，液压缸活塞的输出速度与阀的输入位移成比例．比例系数

KqAp即为速度放大系数(速度增益)。2）量纲为S?1

12、何谓负载匹配?满足什么条件才算最佳匹配?

答：1）负载匹配定义： 根据负载轨迹来进行负载匹配时，只要使动力元件的输出持性曲线能够包围负载轨迹，同时使输出特性曲线与负载轨迹之间的区域尽量小，便认为液压动力元件与负载相匹配。

2） 如果动力元件的输出特性曲线不但包围负载轨迹，而且动力元件的最大功率点与负载的最大功率点重合，就认为动力与负载是最佳匹配。

13、如何根据最佳负载匹配确定动力元件参数? 答：可以采用解析法确定液压动力元件的参数。

在阀最大功率点有FL??q2ApPs (1)，VL??0m (2)在供油压力一定的情况下，可由(1)得到，33AP3FL??可由（2）得到，q0m?3VLAp?AP 2Ps14、泵控液压马达系统有没有负载匹配问题?满足什么条件才是泵控液压马达的最佳匹配?

答：有。计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度，就可以得到相应的计算公式。 15、在长行程时，为什么不宜采用液压缸而采用液压马达？

答：液压缸是实现的对直线位移的控制，马达是实现对转角的控制。若采用长行程需要液压缸有很长活塞和缸体，体积增大。而液压马达是回转运动的执行元件，能够很好的适应长行程要求。

第四章

1． 什么是机液伺服系统？机液伺服系统有什么优缺点？

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液伺服系统。 优点：系统结构简单、工作可靠、容易维护

缺点：通常是采用双边阀，性能品质指标不如电液伺服系统，调整不容易。 2. 为什么常把机液位置伺服系统称作助理放大器或助力器？

因为系统的动力元件由四边滑阀和液压缸组成，反馈是利用杠杆来实现的。

3. 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决定？

因为机液位置伺服系统是通过阀的位移来控制缸的位移，而Kv、ζn、Wn和动力元件密切相关。 4. 为什么在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要？

在机液伺服系统中，增益的调整是很困难的，因此在系统设计时，开环放大系数Kv取决于Kf、Kq和Ap。在单位反馈系统中，Kv仅由Kq和Ap决定，而Ap仅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？如何提高系统阻尼？这些方法各有什么优缺点？

（1）设置旁路泄露通道。增加了泄漏系数Ctp；增大了功率损失，降低了系统的总压力增益和系统的刚度，增加了负载力引起的误差，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Kco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。 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？

Kn是液压弹簧刚度Kh和结构刚度Ks1、Ks2串联后的刚度，比最小的还小。 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？

全闭环系统中，对于惯性比较小和结构刚度比较大的伺服系统，往往是Ws>>Wh,因而可以认为液压固有频率就是综合谐振频率。在大惯量伺服系统，往往是Ws<

9.为什么机液伺服系统多用在精度和响应速度要求不高的场合？

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