第35卷第6期
2010年12月
广西大学学报:自然科学版J o u r n a l o f G u a n g x i U n i v e r s i t y :N a t S c i E d V o l .35N o .6D e c .2010
收稿日期:2010-07-22;修订日期:2010-08-29
基金项目:国家863项目资助课题(2003A A 430200)
通讯联系人:何清华(1946-),男,湖南岳阳人,中南大学教授,博士生导师;E -m a i l :h q h @m a i l .c s u .e d u .c n 。
文章编号:1001-7445(2010)06-0984-05非对称液压缸的动态特性仿真研究
郝前华1,何清华1,2,贺继林1,2,廖力达1,舒敏飞1
(1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;
2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100)
摘要:根据液流的连续性原理,通过对非对称液压缸进行受力分析,研究非对称液压缸的动态特性。在此基础
上,提出非对称液压缸的数学模型,得到了液压缸阻尼比、固有频率间的关系。根据其数学模型,运用M A T -L A B 软件对挖掘机铲斗液压缸动态特性进行仿真,得到了非对称液压缸的速度响应曲线和大腔的压力曲线,
直观地揭示了其动态特性。通过对影响铲斗液压缸动态特性的主要因素的分析,提出了加快其速度响应和改
善其运动平稳性的实用措施,指出降低铲斗液压缸的超调量与提高铲斗液压缸的响应速度存在矛盾,需要针
对具体情况协调考虑。
关键词:动态特性;非对称液压缸;仿真
中图分类号:T H 137 文献标识码:A
S i m u l a t i o ns t u d y o nd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f
a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r
H A OQ i a n -h u a 1,H EQ i n g -h u a 1,2,H EJ i -l i n 1,2,L I A OL i -d a 1,S H UM i n -f e i
1
(1.S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y ,C h a n g s h a 410083,C h i n a ;
2.H u n a nS u n w a r dI n t e l l i g e n t M a c h i n e r y C o .L t d .,C h a n g s h a 410100,C h i n a )A b s t r a c t :O nt h eb a s i s o f c o n t i n u i t y p r i n c i p l eo f f l u i d s ,d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s o f a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r a r e i n v e s t i g a t e db y m e a n s o f f o r c e e q u i l i b r i u m a n a l y s i s .B a s e d o nt h e p r o p o s e d m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e c y l i n d e r ,r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd a m p i n gr a t i o a n dn a t u r a l f r e q u e n c y i s o b t a i n e d a s w e l l a s t h e s i m u l a t i o nr e s u l t s o f d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s o f h y d r a u l i cc y l i n d e r o f t h e b u c k e t o f a n e x c a v a t o r i n M A T L A B .T h e v e l o c i t y r e s p o n s e c u r v e a n d p r e s s c u r v e o f t h e l a r g e c h a m -
b e r r e v e a l t h e d y n a m i
c c h a r a c t e r i s t i c s v i s u a l l y .M e a s u r e s t oi n c r e a s e t h e v e l o c i t y r e s p o n s e a n dt o i m p r o v e t h e m o t i o n s t a b i l i t y o f t h e b u c k e t c y l i n
d
e r a r e p r o p o s e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o
f t h e m a i n f a c t o r s i n f l u e n c i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s .T h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nd e c r e a s i n go v e r s h o o t a n d i n c r e a s i n
g r e s p o n s e s p e e d o f t
h e c y l
i n d e r n e e d s t o b e r e s o l v e d b y c o n s i d e r a t i o n s t o s p e c i f i c c i r c u m -
s t a n c e s .
K e y w o r d s :d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s ;a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r ;s i m u l a t i o n
非对称液压缸具有结构紧凑、工作可靠及生产成本低等优点,因而广泛应用于车辆、工程机械、矿山机械等的液压系统中。非对称液压缸作为液压系统的主要执行元件,其动态特性是评价液压系统性能
的一个重要指标[1-3]。非对称液压缸在输入流量或负载发生变化时,输出压力会发生变化,活塞就会出
第6期郝前华等:非对称液压缸的动态特性仿真研究现加速或减速的瞬态过程。非对称液压缸的动态特性分析就是对这一瞬态过程中的输出压力和活塞运
动速度变化进行分析[4]。对液压系统的动态特性,国内有很多学者做了研究。罗艳蕾[5]对液压节流调
速系统动态特性进行了仿真,崔昊等[6]对一开关型阀控液压缸进行了仿真与优化,史显忠等[7]对由对
称阀控非对称液压缸组成的转向系统的动态特性进行了研究。
本文通过对非对称液压缸动态特性进行分析研究,着重以山河智能机械股份有限公司的S W E 90挖掘机铲斗液压缸(非对称液压缸)为例进行仿真分析,指出影响其响应快速性和运动平稳性的主要因素。
1 模型的建立
非对称液压缸———负载系统如图1所示,无杆腔为工作腔,通高压油,推动活塞克服外负载向右运动,有杆腔的油液则通过节流阀回油箱。为使分析简化,假设其回油腔直接通油箱,即P 2=
0。非对称液压缸的数学模型由活塞的力平衡方程和其工作腔的流量连续方程组成
。
图1 非对称液压缸———负载系统 F i g .1 T h e l o a d e ds y s t e m o f a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r 非对称液压缸活塞上力平衡方程[4]为
A 1P 1=m d u d t
+B u +F L ,(1)式中:A 1为非对称液压缸进油腔面积(m 2);P 1为非对
称液压缸进液腔压力(P a );m 为非对称液压缸运动部件
质量(k g );u 为非对称液压缸活塞运动速度(m /s );B 为
粘性阻尼系数(N ·s /m );F L 为负载力(
N )。非对称液压缸工作腔的流量连续方程
[4]Q 1=A 1u+C i P 1+V 1βe d P 1d t
,(2)式中:Q 1为非对称液压缸进液管路流量(m 3
/s );C i 为非对称液压缸内泄漏系数[m 3/(s ·P a )];V 1为非对称液压缸进油腔及相连油管的液体容积(m 3);β为液体体积弹性模量(P a )。
对式(1)和式(2)作L a p l a c e 变换并整理得
A 1P 1(s )=(m s +
B )u (s )+F L (
s ),(3)Q 1(s )=A 1u (s )+C i +V 1βe
s P 1
(s ),(4)非对称液压缸的输入量为流量和外负载,输出量为速度和力,因工作腔的工作压力反映输出力,故输出量为非对称液压缸活塞速度和工作腔压力。
取Q 1(
s )为输入,u (s )为输出,可作出非对称液压缸的方框图,如图2所示。图2 非对称液压缸方框图
F i g .2 T h eb l o c kd i a g r a m o f a s y mm e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r
由式(3)、(4)可求非对称液压缸输出u (s )为985
广西大学学报:自然科学版第35卷
u (s )=A 1Q 1(s )-C i +V 1βe s F L (s )(A 21+C i B )s 2ω2n
+2ξn s ωn +1 ,(5)式中,ωn 为非对称液压缸固有频率,ωn =(A 21+C i B )βe V 1m ;ξn 为非对称液压缸阻尼比,ξn =ωn 2(A 21+C i
B )V 1B βe
+C i m 。取Q 1(s )为输入,P 1(s )为输出,由式(3)、(4)可求非对称液压缸输出P 1(
s )为P 1(s )=(m s +B )Q 1(s )+A 1F L (s )(A 21+C i B )s 2ω2n +2ξn s ωn +1 。(6)
非对称液压缸的输出速度随外负载或流量的变化而变化,其变化关系可用传递函数表示如下: ①外负载F L (
s )单作用下的液压缸传递函数为G F u (s )=u (s )F L (s )=-C i +V 1βe s (A 21+C i B )s 2ω2n +2ξn s ωn
+1 。(7)
②流量单作用下的液压缸传递函数为
G Q u (s )=u (s )Q 1(s )=A 1(A 21+C i B )s 2ω2n +2ξn s ωn +1 。(8)非对称液压缸的输出压力随外负载或流量的变化而变化,即工作腔的工作压力随外负载或流量的变化而变化,其变化关系可用传递函数表示如下:
①外负载F L (
s )单作用下的液压缸传递函数为G F P (s )=P 1(s )F L (s )=A 1(A 21+C i B )s 2ω2n
+2ξn s ωn +1 。(9) ②流量单作用下的液压缸传递函数为
G Q P (s )=P 1(s )Q 1(s )=m s +B (A 21+C i B )s 2ω2n +2ξn s ωn +1 。(10)
2 实例仿真分析
2.1 参数的确定
以山河智能S W E 90挖掘机为对象,测得其液压系统中铲斗液压缸相关参数如下:液压缸内径d 1,88m m ;移动部分质量m 1,24.2k g ;铲斗质量m 2,252k g ;最大行程l 1,730m
m ;多路阀至铲斗缸的管道长度l 2,6000m m ;多路阀至铲斗缸的管道内径d 2,12.
7m m ;油液体积弹性模量βe ,1.7×109
P a ;粘性阻尼系数[8]B ,13255N ·s /m 。
2.2 仿真模型的建立
因为铲斗液压缸的泄漏相对较小,所以动态仿真分析时忽略了泄漏系数的影响[9]。在式(2)中,必须知道铲斗液压缸进油腔及相连油管的液体容积。因此,假定铲斗液压缸活塞初始位置处于液压缸中位。
空载情况下,当挖掘机铲斗液压缸活塞伸出时,铲斗内收,作用在活塞杆上的负载力F L 主要是986
第6期郝前华等:非对称液压缸的动态特性仿真研究由铲斗自重通过连杆传递到活塞杆上的负载力F L ′。该负载力F L ′
与铲斗液压缸瞬时长度L 有关[10]。为简化分析,假设在时间t =0时,对液压缸输入一阶跃负载力F L =
2500N ,同时输入一阶跃流量Q 1=
110L /m i n 。根据式(7)、(8)可求得外负载和流量单作用下液压缸活塞的速度,根据式(9)、(10)可求得外负载和流量单作用下液压缸工作腔的输出压力。在外负载和流量的共同作用下,由叠加原理可知,液压缸的输出压力和速度是它们单独作用于液压缸所引起的输出之和。
根据式(5)、(6)和图2非对称液压缸方框图,在M A T L A B 软件中建立铲斗液压缸仿真模块图,如图3所示
。
图3 铲斗液压缸动态特性计算机仿真框图
F i g .3 T h e b l o c kd i a g r a m o f c o m p u t e r s i m u l a t i o no f t h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c o f b u c k e t h y d r a u l i c c y l i n d e r
2.3 仿真结果及分析
铲斗液压缸动态特性仿真结果如图4、图5所示。从图4、图5中可以看出,铲斗液压缸在阶跃流量和阶跃负载力的作用下,活塞速度和大腔压力经过振荡而趋于稳定。其性能指标见表1
。
图4 液压缸速度响应曲线
F i g .4 V e l o c i t y r e s p o n s e c u r v e o f h y d r a u l i c c y l i n d e
r 图5 液压缸大腔压力曲线F i g .5 P r e s s c u r v e o f t h e l a r g e c h a m b e r o f h y d r a u l i c c y l i n d e r
表1 铲斗液压缸的性能指标
T a b .1 P e r f o r ma n c e i n d e xo f b u c k e t h y d r a u l i cc y l i n d e r
项目
上升时间/s 峰值时间/s 超调量调整时间/s 速度
0.0025099599053080.0037899599053080.4021722098691590.005869959905308压力0.0010286027986650.0025099599053080.6234623070308400.001028602798665
2.3.1 响应快速性
铲斗液压缸固有频率ωn 与其响应速度相关,提高铲斗液压缸固有频率ωn ,可以提高其响应速度,987
广西大学学报:自然科学版第35卷
减少上升时间,峰值时间和调整时间。当忽略泄漏系数的影响时,铲斗液压缸固有频率ωn =A 21βe V 1m
。因此,增大A 1和βe ,减少V 1和m 可以增大固有频率ωn 。对于铲斗液压缸,提高响应速度的措施:适当增大铲斗液压缸内径、缩短铲斗液压缸相连管路和设置排气装置。
2.3.2运动平稳性
从表1铲斗液压缸的性能指标中可知,速度响应曲线和大腔压力曲线的超调量比较大,应考虑优化。铲斗液压缸阻尼比ξn 与其超调量有关,增大铲斗液压缸阻尼比ξn ,可以削弱铲斗液压缸的振荡性
能。当忽略泄漏系数的影响时,铲斗液压缸阻尼比ξn =ωn 2A 21V 1B βe ,即ξn =V 1B
2A 21βe m 。因此,通过减少铲斗液压缸内径A 1和油液体积弹性模量βe ,增大铲斗液压缸进油腔及相连油管的液体容积V 1来增大阻尼比ξn ,可以降低铲斗液压缸的超调量。
从以上分析可知,降低铲斗液压缸的超调量与提高铲斗液压缸的响应速度相互矛盾,需要针对具体情况协调考虑。
3 结 语
通过对非对称液压缸的理论分析,建立了非对称液压缸的数学模型。以S W E 90挖掘机铲斗液压缸为例,运用M A T L A B 软件进行仿真,仿真结果揭示了非对称液压缸的动态特性。同时,通过对非对称液压缸动态特性的影响因素进行分析,指出非对称液压缸响应速度与其固有频率ωn 有关,运动平稳性与其阻尼比ξn 有关,提高固有频率ωn ,可以提高其响应速度,增大阻尼比ξn ,可以降低其超调量,削弱其振荡性能,从而为非对称液压缸液压系统的设计与性能优化提供了理论依据。
参考文献:
[1] 韩慧仙.液压挖掘机动臂液压缸再生回路控制[J ].液压气动与密封,2008,28(5):48-50.
[2] 赵殿华,李兰英,张华.双液压缸翻转式重型备胎架的设计[J ].工程机械,2008,39(4):42-46.
[3] 赵宏强,高斌,李美香,等.潜孔钻机回转液压系统键合图模型的仿真研究[J ].广西大学学报:自然科学版,2008,
33(1):45-48.
[4] 许贤良,王传礼.液压传动系统[M ].北京:国防工业出版社,2008.
[5] 罗艳蕾.利用M a t l a b 实现液压节流调速系统动态特性仿真[J ].机械与电子,2002(4):73-75.
[6] 崔昊,王育才,吕建国.基于M A T L A B /S I M U L I N K 的阀控液压缸动态特性仿真与优化[J ].机械传动,2007,31(4):
67-68.
[7] 史显忠,屈福政.对称四通阀控非对称液压缸动态分析[J ].起重运输机械,2006(9):67-69.
[8] 彭勇.基于机液联合仿真的挖掘机负载独立流量分配系统动态特性研究[D ].长沙:中南大学机电工程学院,
2010.
[9] 陈远玲,付玉林.负载敏感系统响应特性仿真研究[J ].广西大学学报:自然科学版,2008,33(4):378-382.
[10]同济大学.单斗液压挖掘机[M ].北京:中国建筑工业出版社,1980.
(责任编辑 梁 健)988
第35卷第6期 2010年12月 广西大学学报:自然科学版J o u r n a l o f G u a n g x i U n i v e r s i t y :N a t S c i E d V o l .35N o .6D e c .2010 收稿日期:2010-07-22;修订日期:2010-08-29 基金项目:国家863项目资助课题(2003A A 430200) 通讯联系人:何清华(1946-),男,湖南岳阳人,中南大学教授,博士生导师;E -m a i l :h q h @m a i l .c s u .e d u .c n 。 文章编号:1001-7445(2010)06-0984-05非对称液压缸的动态特性仿真研究 郝前华1,何清华1,2,贺继林1,2,廖力达1,舒敏飞1 (1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083; 2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100) 摘要:根据液流的连续性原理,通过对非对称液压缸进行受力分析,研究非对称液压缸的动态特性。在此基础 上,提出非对称液压缸的数学模型,得到了液压缸阻尼比、固有频率间的关系。根据其数学模型,运用M A T -L A B 软件对挖掘机铲斗液压缸动态特性进行仿真,得到了非对称液压缸的速度响应曲线和大腔的压力曲线, 直观地揭示了其动态特性。通过对影响铲斗液压缸动态特性的主要因素的分析,提出了加快其速度响应和改 善其运动平稳性的实用措施,指出降低铲斗液压缸的超调量与提高铲斗液压缸的响应速度存在矛盾,需要针 对具体情况协调考虑。 关键词:动态特性;非对称液压缸;仿真 中图分类号:T H 137 文献标识码:A S i m u l a t i o ns t u d y o nd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r H A OQ i a n -h u a 1,H EQ i n g -h u a 1,2,H EJ i -l i n 1,2,L I A OL i -d a 1,S H UM i n -f e i 1 (1.S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y ,C h a n g s h a 410083,C h i n a ; 2.H u n a nS u n w a r dI n t e l l i g e n t M a c h i n e r y C o .L t d .,C h a n g s h a 410100,C h i n a )A b s t r a c t :O nt h eb a s i s o f c o n t i n u i t y p r i n c i p l eo f f l u i d s ,d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s o f a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r a r e i n v e s t i g a t e db y m e a n s o f f o r c e e q u i l i b r i u m a n a l y s i s .B a s e d o nt h e p r o p o s e d m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e c y l i n d e r ,r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd a m p i n gr a t i o a n dn a t u r a l f r e q u e n c y i s o b t a i n e d a s w e l l a s t h e s i m u l a t i o nr e s u l t s o f d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s o f h y d r a u l i cc y l i n d e r o f t h e b u c k e t o f a n e x c a v a t o r i n M A T L A B .T h e v e l o c i t y r e s p o n s e c u r v e a n d p r e s s c u r v e o f t h e l a r g e c h a m - b e r r e v e a l t h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s v i s u a l l y .M e a s u r e s t oi n c r e a s e t h e v e l o c i t y r e s p o n s e a n dt o i m p r o v e t h e m o t i o n s t a b i l i t y o f t h e b u c k e t c y l i n d e r a r e p r o p o s e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e m a i n f a c t o r s i n f l u e n c i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s .T h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nd e c r e a s i n go v e r s h o o t a n d i n c r e a s i n g r e s p o n s e s p e e d o f t h e c y l i n d e r n e e d s t o b e r e s o l v e d b y c o n s i d e r a t i o n s t o s p e c i f i c c i r c u m - s t a n c e s . K e y w o r d s :d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s ;a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r ;s i m u l a t i o n 非对称液压缸具有结构紧凑、工作可靠及生产成本低等优点,因而广泛应用于车辆、工程机械、矿山机械等的液压系统中。非对称液压缸作为液压系统的主要执行元件,其动态特性是评价液压系统性能 的一个重要指标[1-3]。非对称液压缸在输入流量或负载发生变化时,输出压力会发生变化,活塞就会出
系统动态特性分析。 （1）时域响应解析算法――部分分式展开法。 用拉氏变换法求系统的单位阶跃响应，可直接得出输出c(t)随时间t 变化的规律，对于高阶系统，输出的拉氏变换象函数为： s den num s s G s C 11)()(?=? = （21） 对函数c(s)进行部分分式展开，我们可以用num,[den,0]来表示c(s)的分子和分母。 例 15 给定系统的传递函数： 24 50351024 247)(23423+++++++=s s s s s s s s G 用以下命令对 s s G ) (进行部分分式展开。 >> num=[1,7,24,24] den=[1,10,35,50,24] [r,p,k]=residue(num,[den,0]) 输出结果为 r= p= k= -1.0000 -4.0000 [ ] 2.0000 -3.0000 -1.0000 -2.0000 -1.0000 -1.0000 1.0000 0 输出函数c(s)为： 01 11213241)(+++-+-+++-= s s s s s s C 拉氏变换得： 12)(234+--+-=----t t t t e e e e t c （2）单位阶跃响应的求法： 控制系统工具箱中给出了一个函数step()来直接求取线性系统的阶跃响应，如果已知传递函数为： den num s G = )( 则该函数可有以下几种调用格式： step(num,den) (22) step(num,den,t) (23) 或 step(G) (24) step(G,t) (25) 该函数将绘制出系统在单位阶跃输入条件下的动态响应图，同时给出稳态值。对于式23和25，t 为图像显示的时间长度，是用户指定的时间向量。式22和24的显示时间由系统根据输出曲线的形状自行设定。
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述 每个结构都有自己的动力特性,惯称自振特性。了解结构的动力特性就是进行结构抗震设 计与结构损伤检测的重要步骤。目前,在结构地震反应分析中,广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法,但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如下: [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+??????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵,均为n 维矩阵;{} )(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵;{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵;{})(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵;{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数就是结构的自振频率f (其倒数即自振周期T )、振型Y(i)与阻尼比ξ,这些数值在结构动力计算中经常用到。 任何结构都可瞧作就是由刚度、质量、阻尼矩阵(统称结构参数)构成的动力学系统,结构一旦出现破损,结构参数也随之变化,从而导致系统频响函数与模态参数的改变,这种改变可视为结构破损发生的标志。这样,可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损,进而提出修复方案,现代发展起来的“结构破损诊断”技术就就是这样一种方法。其最大优点就是将导致结构振动的外界因素作为激励源,诊断过程不影响结构的正常使用,能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史,积累了丰富的经验,振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高,结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测,并可得到比较精确的结构动态特性(如频响函数、模态参数等)。目前,许多国家在一些已建与在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多,目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法与自由振动法。稳态正弦激振法就是给结构以一定的稳态正弦激励力,通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型与对应的阻尼比。 传递函数法就是用各种不同的方法对结构进行激励(如正弦激励、脉冲激励或随机激励等),测出激励力与各点的响应,利用专用的分析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数,进而可以得出结构的各阶模态参数(包括振型、频率、阻尼比)。脉动测试法就是利用结构物(尤其就是高柔性结构)在自然环境振源(如风、行车、水流、地脉动等)的影响下,所产生的随机振动,通过传感器记录、经谱分析,求得结构物的动力特性参数。自由振动法就是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后突然释放,使之产生一个初速度,以激发起被测结构的自由振动。 以上几种方法各有其优点与局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率与阻尼比,但其缺点就是,采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性,而采用多点激振需较多的设备与较高的试验技术;传递函数法应用于模型试验,常常可以得到满意的结果,但对于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来,从而获得比较满意的传递函数,这在实际测试工作中往往有一定的困难。 利用环境随机振动作为结构物激振的振源,来测定并分析结构物固有特性的方法,就是近年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的,现已被广泛应用于建筑物的动力分析研究中,对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或悬索桥的环境随机振源来自两方面:一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变化而影响到上部结构的振动(根据动力量测结果,可发现其频谱就是相当丰富的,具有不同的脉动卓越周期,反应了不同地区地质土壤的动力特性);另一方面主要来自过桥车辆的随机振动。
技术篇 2007年 第十期 某装备结构动态特性分析 霍 红 (中北大学,太原 030051) 摘 要:利用试验模态分析法获得了某机枪结构的模态参数,分析了机枪的动态特性,并通过基于模态试验的灵敏度分析方法,获得了影响该机枪动态特性的敏感部位,为改善机枪动态特性提供了依据. 关键词:机枪;灵敏度分析;动态特性;分析 中图分类号:TP302.7 文献标识码:A 文章编号:1005 8354(2007)10 0001 02 Analysis on structural dyna m ic characteristics for certai n equi p m e nt HUO H ong (N orth U n i ve rs i ty o f Ch i na ,T a i yuan 030051,Chi na) Abstract :A ccor ding to modal analysism etho d,modal parametersw ere derived and structural dynam ic charac teristics were analyzed.U sing sensitivit y analysis of model test ,t he dyna m ic characteristics and sensitive p oints of a m achine gun were obt ained.These woul d be used to i m prove dyna m ic propert y of t hemachine gun. K ey words :machine gun;sensitivity analysis ;struct ural dyna m ic characteristics ;analysis 收稿日期:2007 08 22 作者简介:霍红(1968 ),女,实验师,研究方向:火炮、自动武器与弹药工程. 0 引 言 当今为提高自动武器的机动性,广泛采用弹性枪架,但随着重量的减轻,武器系统的振动加剧.而武器系统的振动又直接影响到射击精度,特别是弹丸出膛 口时的横向位移、横向速度以及弹丸初始扰动等对武器射击精度影响尤其明显 [1] .为此,需掌握武器系统 的固有特性,为分析和优化机枪的动力学特性提供依据,以提高其射击精度.而系统固有特性一般可由理论分析方法和试验方法获得,前者是利用有限元分析法,后者是利用试验模态分析法,随着试验技术的发展和测量仪器精度的提高,利用试验模态分析法得到的结果越来越受到重视,并且常常作为验证有限元模型正确性的主要依据,所以,常采用理论分析和试验两种方法相结合建立模型 [1,2] ,以获得接近实际的结 果,为进一步分析如结构修改设计及结构动力特性优化设计提供良好的基础.本文以某机枪为例,采用试验模态分析法识别机枪系统的模态参数和分析其动 态特性,并在此基础上进行了灵敏度分析,获得机枪动力学特性对各参数变化的灵敏度,为机枪的动力学特性优化设计提供依据. 1 机枪结构试验模态分析 1.1 模态测试系统 模态测试系统基本由以下几部分组成:激励部分、信号测量和数据采集部分、信号分析和频响函数 估计部分 [3] .其测试系统框图见图1所示. 图1 机枪模态试验系统框图 1
HAGC系统动态特性研究分析 摘要 三十多年前，高压液压伺服系统开始流行，模拟的基本分析工作，伺服系统也开始需要开发和研究，然而这些研究只集中在相对较轻的任务系统组成的一个伺服阀，用一个小的甚至零弹簧力，双作用液压缸。通常，这些系统低自然频率(5到20赫兹)、低阻尼比和低液压。 直到六七十年代伺服系统引入了重型计量的钢铁工业中。第一次使用是为了所谓的，不断的差距预应力磨机。最重要的发展是自申请已被引入了的闭环电液伺服控制系统。 然后，过去10年的快速发展，电子与建模技术的应用液压自动计量(HAGC)成为了一个需求为高质量的平轧制产品刺激的研究成果，进一步提高系统的效率和准确度。这些研究中大多数集中在系统设计上。 由于复杂的控制系统的复杂，简化了一个连轧机液压系统包括在内的整体控制模型，包括流量执法机构不能准确模拟实际的行为(例如,伺服阀、液压元件和气缸)。虽然该算法的基本原理的可以证明系统复杂性的，尤其在大模型的情况下，但它是无法评价性能的液压系统的设计。 提高AGC系统的未来取决于液压体系的计量器具，甚至与一个优秀的控制算法，不能完善没有响应速度快、稳定、液压系统。目前，在计量体系在文献中报道的液压系统的数学模型是不足的，特别是与复杂模型相比。 在最近的发展体系中，利用HAGC原理的长程液压缸是相互促进，共同发展的。然而，它可以被质疑的长冲程气缸反应一样好，而且在短冲程单元中所扮演的角色是单作用气缸两倍。这篇文章的目的是探讨液压系统的非线性效应,并比较各缸的设计性能，各使用一个位置和压力模式。
理论 保罗利用常微分方程的稳定性的影响，为一个单作用气缸研究出一套数学模型，来检验在不同压力线的长度。在其他文章里，拉普拉斯变换块被应用于定量比较各液压系统的设计。 在这篇文章中，常微分方程先来解释每个液压部件的物理意义，紧随其后的是生成一个状态矩阵方程。 一个HAGC系统示意图显示为双作用气缸三线一回的安排，如图1中所示。 形成一套完整的液压系统的六个动态元件为： 伺服阀 输电线路 液压缸 磨机(动力学、固有频率、模量和阻尼效应) 回流管线 传感器 控制功能，就好像机体的补偿，曾被认为是文学，并不包括在这篇文章里。 图1 液压控制系统
课程名称：机械动力学与动态特性分析 任课老师：蒙艳玫 学院：机械工程学院 专业：机械制造及其自动化 姓名：韦荣发 学号： 1211301011
1、用机械网络分析一下系统的简化模型： 碎石机（用双重动力减震器） 画出上述系统的机械网络图，设计和分析减振效果 解：（1）由上图可得其机械网络图，如图1-1所示。 图1-1 （2）设计与分析 由图1-1机械网络图可知，整个系统会因偏心质量而发生振动，已知偏心质量m ，偏心距为e ，因此，激振力为： 由以上条件，根据基尔霍夫 节点定律列出位移响应方程： pcos wt （1）
导纳阵为： 所以，若要消除m2、K2系统的振动，即在m2点激振时，其位移响应等于零， 则其自导纳H22=0，所以，。所以： 即，，此频率就是反共振频率，当激振力的频率等于该频率时，m2 和m3的位移等于零.因此在设计减振器时，只要合理的选择减振器的质量、刚度，使它在单独振动时的固有频率等于激振力的频率，就能够消碎石机的振动。 2、结合实际研究课题，以一实际结构或机器为对象， （1）作FRFS测试分析，试述： 1）目的 结合甘蔗实地种植情况和蔗地地形, 利用ADAMS View建立一个轮式小型甘蔗收割机的样机模型, 对其行走转向性能进行仿真分析, 并在平路面基础上建立了田间常见障碍物模型,进一步对收割机越障性能进行仿真研究; 通过虚拟仿真和物理试验相结合的方法,分析比较了不同轴承及间距对刀轴刚性及甘蔗断面切割质盆的影响,并在此基础上提出了一种高刚性的轴承布局方法,为设计低破头率的小型甘蔗联合收获机切割器提供了依据. 2）方法、原理 ①选用多体动力学仿真软件ADAMS View作为仿真分析的软件平台 ②将切割器的结构在Pro/E软件中建立三维实体模型,然后将模型导入到ANSYS软件中,将轴承利用弹性单元进行模拟 3）实验装置，过程 选用多体动力学仿真软件ADAMS View作为仿真分析的软件平台, 对轮胎、悬架转向盘和地面进行。简化建模。模型中所用到的是全局坐标系: 坐标原点在两前轮中心连线中点, 收割机前进方向为X轴负向, 垂直水平面向上为Y轴正向, Z轴正向由右手定则确定, 其质量和转动惯量与实际底盘相同。根据甘蔗种植情
煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.32No.10Oct.2011 第32卷第10期2011年10月 引言 随着水下机器人技术的不断发展，水下机器人的作业范围和作业水深不断增加。在恶劣的海洋环境下，要完成复杂的水下作业任务，水下机器人上搭载的机械手的作用显得尤为重要。没有机械手，水下机器人充其量只是一个观察探测台架。目前，水下机械手多为液压驱动关节式，主要包括线性关节和转动关节，线性关节主要依靠直线液压缸的伸缩实现有限范围内的摆动，转动关节则依靠液压马达实现有限范围的转动或连续回转，每个关节都可以通过液压伺服系统精确控制，实现机械手自身的作业动作。 阀控非对称缸是水下液压机械手的重要驱动环节，由于其结构的不对称及非线性等特点，可能产生跳跃谐振或等幅振荡，直接影响整个机械手液压伺服系统的动态特性。本文主要研究水下液压机械手线性关节的阀控非对称缸位置伺服系统，在具体分析阀控非对称缸控制特性的基础上进行动态特性的推导、建模及仿真，为各线性关节伺服控制系统的设计和分析提供参考。 1阀控非对称液压缸位置伺服系统建模 以非对称液压缸为研究对象，进行动态特性分 析和数学建模，系统物理模型如图1所示。 图1 伺服阀控非对称液压缸模型 （1）伺服阀的负载压力-流量特性 图1中，各物理量以箭头方向为正，以液压缸正向移动Y ＞0为例，伺服阀的流量方程为 Q 1=C d WX v 2（p s －p 1）/r 姨＝A 1d y （1）Q 2=C d WX v 2p 2/r 姨＝A 2d y d t （2）式中Q 1———液压缸无杆腔流量，m 3/s ； Q 2——— 液压缸有杆腔流量，m 3/s ；C d ——— 阀的流量系数，取c d =0.7；W ——— 窗口面积梯度，m ；X v ——— 伺服阀位移，m ；p 1——— 伺服阀无杆腔压力，MPa ；p 2——— 伺服阀有杆腔压力，MPa ；p s ——— 油源压力，MPa ；r ——— 液压油密度，kg/m 3。流经伺服阀2个节流窗口的流量并不等于负载流量Q L ，定义为 阀控非对称缸液压伺服系统建模与仿真分析 李玲珑 1,2 ，孙斌1，张奇峰1 （1.机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳110016；2.中国科学院研究生院，北京100039） 摘要：结合水下液压机械手线性关节的阀控非对称缸位置伺服系统，分析了阀控非对称缸的负载压力-流量特性，建立了阀控缸流量连续性方程和液压缸的力平衡方程，推导了阀控缸位置控制系统动态特性的数学模型，只增加负载环节就可以构成新的液压伺服系统模型。采用MAT -LAB 软件对阀控缸位置控制系统进行动态特性仿真分析，验证了系统模型的正确性。 关键词：液压位置伺服控制；阀控非对称缸；仿真中图分类号：TH137.5文献标志码：A 文章编号：1003－0794（2011）10－0089－03 Model and Simulation Analysis of Asymmetrical Hydraulic Cylinder Controlled by Servo-valve LI Ling-long 1,2，SUN Bin 1，ZHANG Qi-feng 1 （1.State Key Laboratory of Robotics,Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016, China;2.Graduate School of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China ） Abstract:Based on asymmetric cylinder position servo system of linear joints of underwater hydraulic manipulator,Load pressure-flux characteristics of asymmetric cylinder controlled by servo-valve was analyzed.Flux continuity equation of cylinder controlled by servo -valve and the balance equation of hydraulic cylinder were established.The dynamic characteristics mathematics model for position control system in cylinder controlled by servo-valve was deduced,a new hydraulic servo control system would be obtained through changing load based on this model ．MAT-LAB language software was used to carry through dynamic characteristics simulation analysis for position control system in cylinder controlled by servo-valve. Key words:hydraulic position servo control ；asymmetrical cylinder controlled by valve ；simulation p 1 p 2 p 5A 2 A 1V 2 V 1 Q 2Q 1 p r X M B y K e F l Y 89
各种液压缸工作原理及结构分析(动画演示)
各种液压缸工作原理及结构分析（动画演示） 什么是液压缸液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸的结构液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。缸体组件缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。 (1)法兰式连接，结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。(2)半环式连接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。(3)螺纹式连接，有
外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。(4)拉杆式连接，结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。只适用于长度不大的中、低压液压缸。(5)焊接式连接，强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。液压缸的基本作用形式：标准双作用：动力行程在两个方向并且用于大多数应用场合：单作用缸：当仅在一个方向需要推力时，可以采用一个单作用缸；双杆缸：当在活塞两侧需要相等的排量时，或者当把一个负载连接于每端在机械有利时采用，附加端可以用来安装操作行程开关等的凸轮．弹簧回程单作用缸：通常限于用来保持和夹紧的很小的短行程缸。容纳回程弹簧所需要的长度使得它们在需要长行程时很讨厌；柱塞式单作用缸：仅有一个流体腔，这种类型的缸通常竖直安装，负载重置使缸内缩，他们又是被成为“排量缸”，并且对长行程是实用的；多级伸缩缸：最多可带4个套简，收拢长度比标准缸短．有单作用或双作用，它们与标准缸相比是比较贵的，通常用于安装空间较小但需要较大行程的场合， 串联缸：一个串联缸足由两个同轴安装的缸组成的，两个缸的活塞由一个公共活塞杆链接，在两缸之前设置杆密封件以便使每个缸都能双作用，当安装宽度或高度受限制时．串联
供应链动态特性分析对策(doc 13页)
信息技术与供应链动态特性* 摘要随着市场竞争的加剧，供应链管理倍受关 注，但供应链动态特性却严重影响了供应链管理的 运作效率。为此，本文系统分析了供应链动态特性 产生的原因及缓解对策，并论述了信息技术在改善 供应链动态特性方面所起的重要作用。 关键词供应链牛鞭效应动态特性信息技 术 1引言 随着全球经济一体化和信息技术的高速发展，顾客个性化需求的不断增加，企业之间的竞争日益加剧，加上政治、经济、社会环境等方面的巨大变化，使得整个市场需求的不确定性大大增加。面对一个变化迅速且无法预测的买方市场， *西南交通大学经济管理学院青年教师科研基金资助项目
价格波动和理性对策，并提出了相应的对策，文献[2]则对需求预测因素进行了定量分析，等等；国内学者对该问题的研究还不多，仅有的也只是重申了文献[1]中所述的四种因素。此外，现有文献主要研究了供应链动态特性中的波动放大效应，却较少涉及对时间延迟问题的分析。为此，本文将深入系统地分析供应链动态特性产生的原因及缓解对策，并着重论述信息技术对供应链动态特性的改善。 2供应链动态特性分析 为研究供应链的动态特性，先引入一个简单的供应链模型，如图1所示。图中所示的供应链系统由顾客、零售商、批发商、制造商和供应商组成。基本的运作程序是：顾客向零售商订货；零售商收到订单后，根据库存情况再向批发商订货；批发商向制造商订货；制造商收到订单后，制订生产计划，组织产品生产。制造商将产品运送到批发商仓库；批发商收到货物后，发货给零售商；零售商最终将货物送到顾客手中。在此供应链系统中，信息传递是通过递送订单完成
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述 每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。了解结构的动力特性是进行结构抗震设 计和结构损伤检测的重要步骤。目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反 应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如 下： [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+? ?????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n 维矩阵； {})(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵；{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵；{})(t y 为速度响应的n 维随机过程列阵；{})(t y 为加速度响应的n 维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率f （其倒数即自振周期T ）、振型Y(i)和 阻尼比ξ，这些数值在结构动力计算中经常用到。 任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统， 结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种 改变可视为结构破损发生的标志。这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提出修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断”技术就是这样一种方法。其最 大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便 地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测 量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展 也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥 梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态 参数等）。目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试
橡胶件的静、动态特性及有限元分析 北方交通大学 硕士学位论文 橡胶件的静、动态特性及有限元分析 姓名：郑明军 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：谢基龙 2002.2.1 file:///E|/Material/new download/Y476948/Paper/pdf/fm.htm2007-7-3 11:31:00
目录 文摘 英文文摘 第一章绪论 1.1引言 1.2选题背景 1.3本论文的主要研究内容第二章橡胶类材料的本构关系 2.1引言 2.2橡胶材料的本构关系2.2.1橡胶材料的统计理论2.2.2橡胶材料的唯象理论2.3橡胶材料的应力应变关系2.4小结 第三章非线性橡胶材料的有限单元法 3.1引言 3.2非线性橡胶材料的罚有限元法3.3非线性橡胶材料的混合有限元法3.4非线性橡胶材料的杂交有限元法 3.5ANSYS软件的非线性有限元分析方法3.6小结 第四章橡胶材料常数的研究 4.1引言 4.2测定橡胶材料常数的实验方法 4.3 Mooney-Rivlin型橡胶材料常数C1和C2的测定4.4橡胶硬度对Mooney-Rivlin型橡胶材料常数的影响 4.4.1橡胶硬度与弹性模量的关系4.4.2橡胶柱的压缩试验 4.4.3橡胶柱的有限元分析 4.4.4橡胶支座的有限元分析 4.4.5不同硬度下橡胶材料常数C1和C2的确定5小结 第五章橡胶夹层的断裂分析 5.1引言 5.2双悬臂橡胶夹层梁的有限元分析5.2.1试验研究 5.2.2有限元分析 5.2.3计算结果分析 5.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.3.1双悬臂橡胶夹层梁界面J积分5.3.2双悬臂橡胶夹层梁应变能释放率G 5.3.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.4双剪切橡胶夹层的有限元分析 5.5双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 5.5.1双剪切橡胶夹层界面断裂韧性 5.5.2双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 6小结 第六章橡胶弹性车轮动态特性分析 6.1引言 6.2橡胶弹性车轮的特点 6.3橡胶弹性车轮的结构 6.4橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.1橡胶弹性车轮的有限元分析 6.4.2橡胶弹性车轮的减振效果 6.4.3橡胶硬度对弹性车轮动态特性的影响6.5小结 第七章结论 7.1橡胶材料常数的研究 7.2橡胶夹层的断裂分析 7.3橡胶弹性车轮动态特性分析 参考文献 致谢