搜索
查看: 2314|回复: 9

液压速度控制技术 张海平

[复制链接]
  • TA的每日心情
    开心
    2018-10-25 11:48
  • 签到天数: 568 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2017-11-23 17:49:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
    液压速度控制技术
    《液压速度控制技术》一书面向实际,深入剖析了液压技术在多种工况下控制速度(流量)的近百种方法,大量采用压降图方法对回路进行深入分析,帮您快速读懂和掌握复杂液压回路图。
    本书作者为液压技术专家博士工程师张海平先生,他长期在德国蔡勒公司从事研发工作,现担任中国液压气动密封件工业协会专家委员会特别顾问、燕山大学和兰州理工大学客座教授等职务。
    内容简介
    本书系统、深入地剖析了液压技术在多种工况下控制速度(流量)的百余种方法:从简单液阻控制开始,直到国外二十世纪八九十年代发展起来的各种负载敏感控制方法——AVR、CLSS、LSC、LUDV、EPC、容积控制等,很多回路采用压降图方法作了详尽的分析。这些都是当前每个从事液压系统设计的技术人员都应该了解和掌握的关键技术。
    本书适合于机械类专业从业人员,各类机械、特别是工程机械和农业机械的系统设计师,以及大学、高职液压专业教师等参考使用;也可以作为在校机械类本科生和研究生流体动力控制专业课程补充读物,以及在职液压技术人员的培训教材,可以帮助他们深入认识液压技术的各种速度(流量)控制方法,为技术创新打下基础。
    前言
    亲爱的读者,首先,感谢你购买和阅读本书。
    我猜想,你是或将是液压机械的使用者、调试员或设计师。你打算阅读这本书,一定是希望知道,液压技术是怎么实现速度控制的。液压作为一门传动与控制技术,可完成的和只能完成的任务就是推动和限制某个机械部件运动。既然是运动,当然必须控制速度:太慢,则效率太低;太快,也会影响任务的合理完成,甚至导致事故发生。所以,你的愿望是朴素而又合理的。
    不过,如果我现在告诉你:“液压技术,在绝大多数场合,都不能直接控制运动速度,很少有液压元件能够直接控制执行器的速度!”你会不会大叫:“又上当啦,又被一个‘砖家’骗了!既然不能,何必要写此书?”不过,你也先不必忙于合上书本,且看完下面这段话。
    你肯定知道,汽车驾驶员要对汽车的速度负责。可是,仔细想一想,汽车驾驶员能直接控制速度吗?不能!大多数汽车的驾驶员只能通过加速踏板控制进入气缸的燃料量,或通过制动踏板消耗汽车的运能,间接地控制汽车速度。汽车的实际运动速度还取决于许多其他因素。
    液压技术也是这样,大多数液压元件只能通过控制进入执行器的流量来间接地影响执行器的运动速度,就是所谓的调速阀也不例外。唯一的例外——排量可变的马达,在输入流量不变的前提下,改变马达的排量,可以算是直接改变马达的转速。
    因此,本书主要是围绕液压技术如何控制流量来展开讨论的。这确实是有点“挂羊头,卖狗肉”,名不副实。但这是真实情况,与其糊弄,不如坦白:你关心的是控制速度问题,液压只能控制流量,间接地影响速度。
    尽管液压技术控速能力有限,可是,截至2014年很多场合,还没有比它更适当的控制方式,所以液压技术还是获得了广泛的应用。明确地意识到流量控制与速度控制之间的差别,有助于正确应用液压技术。
    应用液压传动技术的目的,就是为了利用液压执行器(液压缸和马达等),把液压能转化为需要的机械能,克服负载的反抗——力或转矩,使负载按希望的速度进行运动,或到指定的位置。在这里,是流量决定了速度。因此,如何调节流量,使执行器的运动速度(加速度)满足主机设计师及用户的要求,同时,还要尽可能地节能、降低投资成本和运营成本,就成了液压系统设计师的最基本、也最具挑战性的任务。
    要造出优秀的液压系统,不仅需要性能优良的液压元件,还需要恰当的液压回路,能把它们最佳地组合在一起。在我编著《液压螺纹插装阀》[2]一书时,就有很多朋友提出,希望我多介绍一些实用的液压回路。只是那书篇幅已经不小,而近二三十年来,工业先进国家的液压技术在回路方面也有了长足的进步,出现了很多新的回路,即使单写一本书也是难以做到完全介绍、深入剖析的。
    有鉴于此,作者结合自己二十余年来在德国从事液压系统研发的经验和心得,编著本书,介绍分析液压技术控制速度(流量)的各种方法,特别是一些二十世纪八九十年代以后出现的,用于移动工程设备,但目前尚未见有学术专著论述的一些方法。希望帮助读者系统地、深入地了解近代液压的各种速度(流量)控制回路,为技术创新打下基础。
    著名的液压专家路甬祥教授指出:“在我们学科,大量是集成化的创新应用,根据应用的需要和需求,把已有的技术、最适合的技术集成起来,组成一个新的技术,这也是创新,而且是非常有作为的创新。”液压技术中还有很多组合的可能性未被充分研究与实现。只要博采已有的技术,深入了解其特点与局限性,融会贯通之后,新主意就容易出来了。要想不花苦功,守株待兔,等待灵感的到来,那几率是极低的。秉承这样的宗旨,本书尽可能搜罗已有的技术,对流量控制方法作系统性的梳理,分析各种组合的可能性,为读者的创新铺路。
    当然,本书不可能也不需要罗列所有速度(流量)控制回路,重点在于提供一些新的思考方法、思考角度。
    作者非常赞同中国液气密工业协会沙宝森先生提倡的“凡事都要具体,只有具体才能深入”。因此,在本书中,尽可能地多用图,把论述具体化,以便深入。
    本书采用压降图分析或表达液压回路,从而可以深入地、直观地反映出液压回路,特别是复杂回路中的压降过程和控制因素。因为压降是液压回路的核心本质。压降图可以通过测试验证,可以帮助使用者提高测试分析实际系统的能力,理解实测结果。
    本书对流量控制方法的剖析扩展到了非正常工况。因为,作为一个工程师,一定要清醒地认识到在非正常工况下可能出现的后果,才能防范事故,减少损 失。
    当前,由于环保节能的大趋势要求,固定液压设备受到电驱动技术的竞争和排挤,发展相对缓慢。移动液压设备,特别是在车辆、工程机械和农业机械上的应用,则迅速发展,所占比重已大大超过了固定液压设备。有鉴于此,本书力求内容符合这一趋势,较近代化。如HAWE、Eaton、Bucher的平衡阀,AVR、CLSS、LSC、LUDV、东芝等回路,马达变速回路、功率分流等,都是出现于二十世纪八九十年代,而国内至今鲜有书籍深入分析介绍过的。
    温故而知新,本书假定读者已读过大专或大学液压传动教材,对液压已有基础性的了解。从液压教材中已介绍过的基础知识出发,由简入繁,逐步深入,努力做到无缝衔接。有些回路可能读者已在其他书籍中看到,或从自己的工作中了解过,在本书中作者试图从另一个角度分析,以深化读者对它的认识。书中各部分大都以前面的介绍为基础,因此建议不要跳读。
    现代的一些工程机械的液压回路,如挖掘机旋挖钻、连续墙抓斗等,看上去相当复杂,但万变不离其宗,按执行器分解开来看,也不复杂。只要掌握了基本回路,理解整机的回路也就不难了。
    作者认为,对于液压技术人员:
    1)能掌握揭示液压技术内在规律的数学公式,肯定是好事。但是,公式推导要为分析实际工况服务,定性分析先于定量分析,因果关系重于数学公式。所以,本书尽可能地把一些复杂的数学推导放在附录中,以提高本书的易读性。
    2)尽管液压技术中准确计算是不可能的,但是还是应该尽可能地做一些估算,以减少盲目性。为此,作者把一些常用的计算公式都转化成EXCEL计算表格,放在书附光盘中,以便读者应用、检验、理解。
    由于国内的液压技术术语大多是舶来词,多人各自翻译,很不统一,有些直译未反映本意,似是而非,容易引起误解。本书尽可能列举各种同义词,纠正了一些名不副实的名称,以便利初学液压者。
    关于压力单位问题。作者查阅了欧美所有世界知名液压公司的产品样本:压力单位全都使用bar,没有一家公司的产品样本中出现过MPa这个单位。但为了执行我国关于法定计量单位的规定,作者不得不花了很多精力,把所引用的材料中的bar都一一改为MPa。但希望读者还是能非常熟悉bar:1bar=0.1MPa。这样,将来在阅读国外产品样本时才不会有困难。
    根据GB 3102.3—1993,质量流量的代号为qm,体积流量的代号为qv。鉴于在液压技术中,只使用体积流量,行业内也普遍接受代号q,所以为了简洁起见,本书中用q表示体积流量。
    截至2014年,在液压系统中使用的压力(工作)介质,虽说主要还是矿物油(约占85%~95%),但是,为了安全、环保等各种因素,其他液体,如难燃油、油包水、水包油悬浮液、可生物快速降解的合成酯、植物油等用做压力(工作)介质的也越来越多。为叙述简便起见,本书仍使用“液压油”代表所有压力介质。
    全面地来说,输送液体的有容积式和动力式两大类。因为液压技术中几乎不使用动力式泵,所以本书中略去“容积式”,简称其为“液压泵”或“泵”。
    “马达”一词,有时也用于称呼电动机和汽车发动机,但都属于不规范汉语,应该避免使用。按国家标准《GB/T 17446—2012流体传动系统及元件 词汇》,马达含“液压马达”和“气动马达”。因为本书不涉及气动,所以,本书中的“马达”专指“液压马达”。
    本书所附的光盘中有各章的数字版插图,读者在需要时,可以利用电脑放大观看。
    本书分段较多,排版较松,是希望层次清晰,给读者在阅读时留出喘息、思索、批注的空间。通过批注,提出问题、疑惑,纠正错误,才能加深理解。作者至今为止所翻阅过的所有国内外液压教科书或专著多少都有错误或可改进之处。如果读者有判断能力,少量错误并不可怕。通过发现和纠正错误也可以学习和提高自己。
    本书中很多内容不是抄现成的,而是作者自己想出来,编出来,译出来,属于“无中生有”,第一次见诸文字的,所以,尽管反复检查多次修改,难免还有错误。作者衷心欢迎读者提出意见和建议,
    同济大学訚耀保教授细致地审阅了本书全部初稿,哈尔滨工业大学姜继海教授审阅了第12章,香港联合出版集团资深编辑赵斌先生审阅了本书前言与尾声,他们都提出了中肯的指导性的改进意见,作者谨在此表示衷心感谢。并也在此特别感谢我的博士后导师巴克先生(前大学教授、博士工程师、多重名誉博士Wolfgang Backé)。是他提醒我,要注重实际,到实际中去,使我从一个脱离实际的教师变成一个研究实际问题的工程师,并注重归纳和提炼总结实践中的生动经历和经验。
    本书写作期间得到了上海同济大学“985三期”模块化专家引智计划资助,作者谨在此表示衷心感谢。
    感谢本书所引用的参考文献的所有作者。由于本书写作时间较长,有些引用文献可能遗漏标注,恳请有关作者谅解。
    目录
    前言
    第1章 绪论 1
    1.1 测试是液压技术的基础 1
    1.2 节能的必要性与基本途径 8
    1.3 压降图 10
    1.4 速度(流量)控制回路分类 11
    1.4.1 单泵回路与多泵回路 12
    1.4.2 单执行器回路和多执行器回路 12
    1.4.3 定流量回路与变流量回路 12
    1.4.4 开式回路与闭式回路 13
    1.4.5 液阻控制回路与容积控制回路 17
    1.4.6 简单液阻控制回路和含定压差阀控制回路 18
    1.4.7 开中心回路与闭中心回路 19
    1.4.8 初级回路与次级回路 21
    1.4.9 流量、压力与功率适应回路 22
    1.4.10 根据执行器的特点分类 22
    1.5 液压技术中的基本因果关系 24
    第2章 液压执行器中的因果关系 26
    2.1 负载决定压力 26
    2.1.1 简化稳态工况 26
    2.1.2 非稳态工况 36
    2.1.3 各种类型的负载 37
    2.1.4 液压系统中压力多变 43
    2.2 流量决定速度 48
    2.2.1 液压缸的流量速度特性 48
    2.2.2 液压缸终端缓冲装置 50
    2.2.3 流量突变时压力速度的动态变化过程 52
    2.2.4 马达的流量转速特性 54
    2.2.5 马达排量调节 58
    2.2.6 闭环速度调节系统 62
    第3章 液压源 64
    3.1 原动机的特性 64
    3.1.1 交流电动机 64
    3.1.2 直流电动机 71
    3.1.3 内燃机 73
    3.2 液压源的工况 75
    3.2.1 恒排量工况 75
    3.2.2 恒压工况 76
    3.2.3 恒压差工况 81
    3.2.4 恒功率工况 83
    3.2.5 外控调节排量概述 89
    3.3 液压泵的流量脉动 90
    3.3.1 流量脉动的原因 91
    3.3.2 流量脉动的影响 93
    3.3.3 降低流量脉动的措施 95
    第4章 液阻 98
    4.1 液压阀的本质 98
    4.2 固定液阻 103
    4.2.1 缝隙的液阻 103
    4.2.2 细长孔的液阻 104
    4.2.3 薄壁孔的液阻 104
    4.3 可变液阻 106
    4.4 节流阀 110
    4.4.1 单通道节流阀 110
    4.4.2 多通道节流阀 114
    第5章 单泵单执行器简单液阻控制回路 122
    5.1 进口节流回路 122
    5.1.1 组成 122
    5.1.2 特性 124
    5.1.3 实际应用 128
    5.2 出口节流回路 130
    5.2.1 组成 130
    5.2.2 特性 133
    5.2.3 实际应用 136
    5.3 旁路节流回路 139
    5.3.1 组成 139
    5.3.2 特性 141
    5.3.3 实际应用 144
    5.4 进出口节流回路 147
    5.4.1 组成 147
    5.4.2 特性 150
    5.4.3 实际应用 154
    5.5 综述 158
    5.5.1 可能配合的液压源工况 158
    5.5.2 其他可能的节流口组合 159
    第6章 单泵单执行器含定压差阀的液阻控制回路 162
    6.1 定压差阀 162
    6.1.1 基本结构与工作原理 162
    6.1.2 类型 163
    6.1.3 稳态特性 166
    6.1.4 动态特性 168
    6.2 使用二通流量调节阀的流量控制回路 170
    6.2.1 二通流量阀 170
    6.2.2 二通流量阀设置在执行器进口或出口 176
    6.2.3 用二通流量阀构成旁路节流回路 180
    6.2.4 用二通流量阀作为出口与旁路节流的一个控制回路 182
    6.2.5 用二通流量阀构成流量有级变换控制回路 183
    6.3 使用三通流量调节阀的流量控制回路 184
    6.3.1 三通流量阀 184
    6.3.2 三通流量阀的应用 188
    6.3.3 用三通流量阀构成流量有级变换控制回路 191
    6.4 定压差阀与流量感应口分离的回路 192
    6.4.1 进出口节流 192
    6.4.2 旁路节流 199
    第7章 其他使用液阻的流量控制回路 201
    7.1 平衡阀概述 201
    7.1.1 功能 201
    7.1.2 稳态特性 203
    7.1.3 系统稳定性和阀的瞬态响应特性 207
    7.1.4 其他特性 211
    7.1.5 一些应用回路 212
    7.2 各类平衡阀 215
    7.2.1 带附加阻尼三端口型平衡阀 217
    7.2.2 两级开启平衡阀 219
    7.2.3 布赫BBV型平衡阀 220
    7.3 先导控制节流下降阀(绿阀) 224
    7.4 差动回路 228
    第8章 执行器与换向(节流)阀的串并联回路 234
    8.1 执行器的串并联 235
    8.1.1 执行器并联 235
    8.1.2 执行器串联 238
    8.1.3 执行器混合连接 240
    8.2 换向阀的串并联 240
    8.2.1 换向阀的并联回路 241
    8.2.2 换向阀的串联回路 241
    8.2.3 换向阀的优先回路 243
    8.2.4 换向阀的混合回路 244
    8.3 换节阀的串并联 245
    8.3.1 换节阀的并联回路 246
    8.3.2 换节阀的串联回路 247
    8.3.3 换节阀的优先回路 248
    第9章 单泵多执行器的简单液阻控制回路 250
    9.1 定流量控制回路 250
    9.1.1 回路与工作原理 250
    9.1.2 工作通道开启过程 252
    9.1.3 能耗状况 253
    9.2 负流量控制回路 255
    9.2.1 回路与工作原理 255
    9.2.2 负流量变量泵 257
    9.2.3 工作通道开启过程 258
    9.2.4 能耗状况 260
    9.2.5 时间响应过程 262
    9.3 正流量控制回路 263
    9.3.1 回路与工作原理 263
    9.3.2 正流量变量泵 265
    9.3.3 工作通道开启过程 266
    9.3.4 不足之处 268
    9.4 小结 269
    第10章 单泵多执行器系统的负载敏感回路 272
    10.1 定压差阀前置的定流量负载敏感回路 272
    10.1.1 回路 272
    10.1.2 工作通道开启过程 274
    10.1.3 能耗状况 276
    10.2 定压差阀前置的变流量负载敏感回路 278
    10.2.1 回路 278
    10.2.2 能耗状况 279
    10.2.3 泵流量饱和问题 282
    10.2.4 优先通道 284
    10.3 自动流量降低回路——布赫AVR 285
    10.4 定压差阀后置的负载敏感回路 288
    10.4.1 定压差阀后置 288
    10.4.2 林德LSC 291
    10.5 定压差阀后置的负载敏感回路——力士乐LUDV 293
    10.5.1 结构特点 293
    10.5.2 工作原理 294
    10.5.3 力士乐SX-14型多路阀 295
    10.5.4 优先通道 297
    10.6 定压差阀在执行器出口的负载敏感回路——东芝 299
    10.6.1 回路组成 299
    10.6.2 工作原理 301
    10.6.3 能耗状况 304
    10.7 小结 304
    第11章 容积控制回路 310
    11.1 液压缸的容积回路 311
    11.1.1 液压缸开式容积回路 311
    11.1.2 液压缸闭式容积回路 312
    11.2 马达容积回路 315
    11.2.1 回路 316
    11.2.2 调节特性 317
    11.2.3 实用回路 321
    11.2.4 能耗状况 329
    11.3 液压变速器 330
    11.3.1 液压变速器(HST) 331
    11.3.2 机液复合传动 333
    11.4 多执行器的容积回路 334
    第12章 恒压网络 337
    12.1 恒压网络的组成与特点 337
    12.1.1 组成 337
    12.1.2 恒压网络的特点 340
    12.1.3 调节执行器速度的途径 340
    12.2 液压变压器 342
    12.2.1 液压缸型变压器 342
    12.2.2 马达型变压器 345
    12.2.3 液压变压器的应用 346
    12.3 蓄能器 349
    12.3.1 蓄能器类型与特点 349
    12.3.2 蓄能器基本特性 352
    12.3.3 网络恒压特性 354
    12.4 含中压层的恒压网络 357
    第13章 多泵系统的流量控制回路 359
    13.1 多泵单执行器系统的流量控制回路 359
    13.2 多泵多执行器系统的流量控制回路 363
    13.2.1 合流 363
    13.2.2 多泵的恒功率控制 366
    第14章 液电一体化 371
    14.1 电子正流量控制(EPC) 373
    14.2 电液流量匹配(EFM) 375
    14.3 执行器进出口独立控制 377
    14.4 电液控制综述 381
    14.4.1 电子控制器 381
    14.4.2 液压系统电控的三个水平和可能遇到的问题 382
    第15章 尾声 385
    15.1 给青年液压技术人员的一些建议 385
    15.2 关于液压技术的前景 389
    附录 391
    附录A 液压估算表格说明 391
    A-1 液压缸负载压力、流量速度 391
    A-2 液压泵马达负载压力、流量转速、功率 391
    A-3 液压缸容腔惯量系统 392
    A-4 转动惯量、马达-负载转动惯量系统 395
    A-5 流量脉动对压力速度的影响 396
    A-6 弹簧-惯量系统的固有频率 398
    A-7 间隙泄漏、滑阀泄漏 398
    A-8 管道压降 400
    A-9 通过固定液阻的流量 401
    A-10 滑阀开口流量 402
    A-11 滑阀稳态液动力 403
    A-12 滑阀阀芯移动摩擦力 404
    A-13 锥阀通流 404
    A-14 弹簧刚度与弹簧力 405
    A-15 进出节流口面积估算 406
    附录B 光盘内容 408
    参考文献 409


    评分

    参与人数 1金钱 +5 收起 理由
    guihang1975 + 5 很给力!

    查看全部评分

    回复 论坛版权

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    发表于 2017-11-23 21:28:00 | 显示全部楼层
    这本书写得很好,写了非常多的实例,从这本书中就可以看到传统液压为了解决速度控制发明了多少元件,但还是不能解决速度控制的精度问题,比如调速阀,是专门为速度控制发明的阀,精度也就5%左右,并且不能变速,为此后来又发明了比例调速阀,也就是节流口用比例电磁铁来控制,但精度还是有限,于是大闭环的伺服系统出来了,依靠传感器和高速采样、高频响伺服阀出来了,这一切都是在完成速度精确控制,但由于大闭环系统太复杂,调试太困难,价格太昂贵,并且还需要复杂的数学模型、复杂的算法、高频响的伺服阀,复杂的参数调试等等,实在太麻烦了。但这一切都将成为过去,数字液压彻底的解决了这一难题,将来的控制就是指哪打哪,如设定速度:100毫米每秒,行程1000毫米。返回速度200毫米每秒,行程1000毫米每秒。完毕,就这样简单,并且精度达到99--99.9%,并且价格极为便宜,不再需要任何液压知识和控制知识,只看说明书就直接搞定,这就是技术的进步,没有办法,谁也阻挡不了。就像数码相机代替柯达胶卷、计算器代替算盘,不可阻挡。
    回复 支持 1 反对 0

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    7 天前
  • 签到天数: 266 天

    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2018-2-23 09:39:28 | 显示全部楼层
    过完年也订了一本,还是看书舒服啊
  • TA的每日心情
    擦汗
    2018-4-10 21:57
  • 签到天数: 8 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2018-3-24 20:12:11 | 显示全部楼层
    看电子书的比较多  有电子书就好了

    该用户从未签到

    发表于 2018-4-12 15:00:06 | 显示全部楼层
    数字伺服系统的成功,彻底的改变了传统液压元件多,价格贵、设计麻烦、制造麻烦、使用麻烦、调试麻烦、维护麻烦等一系列难题,液压最后会变成一种人人会用的工具,这才是液压真正的技术进步。
  • TA的每日心情
    开心
    昨天 11:01
  • 签到天数: 209 天

    [LV.7]常住居民III

    发表于 2018-7-10 11:39:03 | 显示全部楼层
    楼主这书有电子版的吗?
    来自安卓客户端来自安卓客户端
  • TA的每日心情
    开心
    2015-3-13 16:49
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2018-7-14 15:49:02 | 显示全部楼层
    不断有新的方案出来的。拭目以待哈
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

    本版积分规则