液壓油有效體積彈性模量及測量裝置的研究.pdf

1、液壓系統(tǒng)廣泛應用于各類機械裝備中，作為工作介質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)動態(tài)性能的重要參數之一。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動態(tài)量，影響因素多，變化復雜，是個難以確定的軟參數。如何準確獲得彈性模量參數，一直是液壓領域基礎研究的熱點，對液壓系統(tǒng)特別是動態(tài)響應和穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)設計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，具有很強的工程應用背景和學術研究價值。
　　 本文首次引入液壓油動態(tài)彈性模量的概念，提出了動態(tài)彈性模量的數學模型。這一模型在充分考慮油液工作壓力、溫度、含氣量等工況參數綜合影響的基礎上，特別考慮了液壓系統(tǒng)工作時由于執(zhí)行器內油液體枳實時變動而引起的油液工作壓力及其分布的動態(tài)變化，有效改善了以往對彈性模量的描述過于單一、不夠準確的問題。研制了一種基于定義法的彈性模量檢測裝置。該裝置采用伺服電機加載，并通過高精

3、度壓力傳感器和位移傳感器直接測得封閉容器內油液的壓力、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、綜合測量誤差小于2.08％等優(yōu)點，可實現(xiàn)在線且準確測得液壓系統(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％，此時液壓伺服系統(tǒng)階躍響應的超調量減小約5～10％，且系統(tǒng)調整至穩(wěn)態(tài)輸出的過程也有所減短。提出了一種基于動態(tài)彈性模量的控制參數調整方法。該方法根據執(zhí)行器內

4、油液彈性模量的變化來實時調節(jié)系統(tǒng)增益，使控制參數與液壓固有頻率更加匹配，從而可保持系統(tǒng)結構不變的基礎上最大限度的提高系統(tǒng)動態(tài)性能。通過對該方法對應頻率分別為2Hz和8Hz正弦信號的跟蹤特性分析，計算和實驗結果表明系統(tǒng)的最大跟蹤誤差降低了25％～30％，相位滯后減小約3.50～8.60，過渡過程的超調現(xiàn)象得到明顯改善。
　　 論文主要研究內容如下：
　　 第一章，闡述了油液有效體積彈性模量的含義、特點及其在液壓系統(tǒng)設計與分

5、析中發(fā)揮的重要作用。綜述和總結了國內外關于彈性模量的影響因素、測量技術等研究方向的研究歷程，進而提出本課題的研究內容和研究目標。
　　 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。運用CFD軟件仿真分析了單個氣泡和氣泡群在油液中的運動特性，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氣泡的上升運動速度及形變特性的影響。
　　 第三章，建立了封閉容腔內

6、混氣油液有效體積彈性模量的數學模型，并數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，設計了一套抽真空除氣裝置和彈性模量測量裝置應用于一大型液壓源系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)內油液的彈性模量值。
　　 第四章，基于課題研究內容和上一代實驗系統(tǒng)的應用結果，研制了彈性模量綜合實驗臺。對其三大關鍵分系統(tǒng)：閉式系統(tǒng)及其抽真空處理、基于伺服電機加載的彈性模量測量裝置和伺服閥控缸系統(tǒng)，作了詳細的解決方案、原

7、理結構和關鍵參數設計。
　　 第五章，分別對不同工況條件下混氣油液的含氣量測量、抽真空處理、靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量的測量開展相關實驗研究。實驗結果揭示了抽真空前后油液含氣量和動、靜態(tài)彈性彈性模量的變化規(guī)律，重點分析了在一定溫度、體積變化率及工作壓力范圍內油液動態(tài)彈性模量的變化機理。
　　 第六章，實驗研究了抽真空處理前后液壓伺服系統(tǒng)對階趺信號和不同頻率正弦信號的響應特性。結果揭示了油液彈性模量動態(tài)變化對超調量、調整時