教案-汽车运行材料

《车辆液压系统与装置》教案

第一章液压控制系统基础

一概述

液压控制系统是以液压为动力的机械量（位移、速度和力等）的自动控制系统。它包括液压伺服系统和电液比例系统。

液压伺服系统具有体积小，重量轻、反应快、动态性能好等优点。因此，除了在国防工业和机械制造业得到广泛应用外，在汽车工业上也逐渐广泛地应用了这项技术。而且，由于汽车本身的性能要求和特点，使汽车工业中的液压控制技术有许多自身的特点。

液压控制系统除了具有普通液压传动系统的基本部分外，还有自身的不同于传动系统的结构特点，在应用上也有不同的目的。

液压传动系统的基本任务是驱动、调速和换向。它的性能要求侧重于静态特性，只有特殊需要时才研究动态特性，而且只讨论外载力变化时对速度的影响。它的性能指标一般是调速范围、低速平稳性、速度刚度和效率等。

液压伺服系统可实现对位置、速度、加速度、力和压力等各种物理量的自动控制，要求被控质量能自动地、稳定、快速而准确地跟踪指令的变化。因此，除了要满足以一定速度进行驱动的基本要求外，更侧重于动态特性（稳定性、响应）和控制精度。它的性能指标一般是自动控制理论里所描述的稳态性能指标和动态性能指标。伺服系统的控制精度很高（对被控制量加以检测、反馈并具有抗干扰能力，故精度高），但它对油的污染比较敏感，它的制作成本比较高。

电液比例控制系统是近二十年来发展起来的介于开关控制与伺服控制之间的控制系统，它已成为机电一体化的基本构成之一。近十年来得到了迅猛的发展，它用各种不同性能的电液比例阀替代了传动系统中的压力阀、流量阀和方向阀。它可以对各种参数进行无级调节、连续控制；它比传动系统的造价高，但却比伺服系统造价低；它对油液的过滤精度比传动系统要求高，却比伺服系统的要求低。近十年来，该项技术在汽车自动变速器的控制中也开始应用。

二液压控制系统的分类

根据不同的分类方法，液压控制系统有不同的叫法，根据主要控制元件的不同，首先划分为液压伺服控制系统（电液伺服控制系统）和电液比例控制系统。这两大系统根据不同的分类方法又有不同的叫法。液压伺服系统按控制系统中信

号传递介质来分类，可以有以下几种系统：

机液伺服系统：系统中的输入信号、输出信号和反馈信号都是机械量信号。例如车床中的仿形刀架，车辆中动力转向器等。

（2）电液伺服系统；系统中的输入信号和反馈信号、比较和放大信号都是电信号。系统的响应快，易于对系统进行修正，控制精度较高。

（3）气动伺服系统；系统中的输入信号、检测信号和放大信号都采用气动元件完成，可在恶劣的环境中工作且不污染环境。

如果采用被控物理量来分类，又可以分为下列几种类型：

（1）位置伺服系统

（2）速度伺服系统

（3）力伺服系统

电液比列系统也可以按照上述类似的分类方法进行分类。

虽然液压控制系统的种类和形式很多，但基本原理都可以按自动控制理论的论述归纳为有限的几种。

第一节液压控制系统的基本原理

一、转向助力系统的工作原理

在车辆和工程机械的转向助力装置中，一般都使用机液伺服系统。

在汽车的动力转向系统中，输入元件是方向盘和转向丝杆，反馈元件是转向摇臂、齿扇和转向螺母，它们都是机械式的，所以叫机液伺服系统。

液压控制系统的优点：

1、可以在运行过程中实现大范围的无级调速。

2、在同等输出功率下，液压装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。

3、采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳。

4、便于实现自动工作循环和自动过载保护。

5、由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。

6、液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。

液压控制系统的缺点：

1、损失大、效率低、发热大。

2、不能得到定比传动。

3、当采用油作为介质时还需要注意防火问题。

4、液压元件加工精度要求高，造价高。

5、液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高。

第二节液压控制阀概述

液压伺服阀是液压伺服控制系统中的核心元件

按接收信号的不同：电液伺服阀

机液伺服阀

气液伺服阀

按结构形式的不同：滑阀式

转阀式

喷嘴挡板式

液压阀的作用

（1）液压控制阀的输入量为机械量，输出为液压量，因此，液压控制阀起到了机-液信号转换的作用，可以说液压控制阀是一个能量转换器。

（2）无论是圆柱滑阀、喷嘴挡板阀，还是射流管阀，使滑阀、挡板或射流管产生运动所需要的功率是很小的，而阀的输出功率是很大的，它有足够的能力推动液压缸活塞带动负载运动，从这个角度来说，液压控制阀是一个功率放大器。

（3）液压缸的运动方向和运动速度是由液压控制阀控制的，它起到了控制作用，因此，液压控制阀又可以说是一个控制器。

一、阀的开口形式

零开口或零重叠

负开口或正重叠

正开口或负重叠

二滑阀的一般分析

滑阀根据控制窗口的数目，一般有四边滑阀（四通阀）、双边滑阀（三通阀）、单边滑阀（二通阀）。在动力转向系统中，一般是用四边控制滑阀；而在自动变速器的液压控制系统中，多用双边控制阀和单边控制阀。

1、四边控制滑阀的压力-流量特性

滑阀的压力-流量特性是指在稳态情况下，负载流量QL、负载压降PL和阀芯位移XV三者之间的函数关系：QL=（PL，XV），它表示滑阀本身的工作能力和性能。这种函数关系可以用方程，曲线或特性参数（阀系数）表示。

零开口四通滑阀的假设条件

1、阀为理想的阀

（1）节流边为绝对锐角，无径向间隙，无泄漏。

（2）节流口对称（即分别向两个方向滑移时，节流口面积变化相同）

（3）节流口匹配，即A1=A2

（4）节流口流量系数相等。

2、流体为理想的流体，即

（1）流体为不可压缩流体，即它体积弹性模量βe=∞

（2）流体粘度μ=0

（3）流体为均值流体，即油液密度等于常数

3、能源压力为理想压力，即

供油压力Ps为常数，回油压力P0为0

零开口四边滑阀的阀芯从零位向右位移XV时，由于各控制口是配作且是对称的，则两控制口的通流截面积相等：

A1=A2=ωXV （1-1）

ω是面积梯度，圆柱周边开口滑阀，其等于Πd

小孔流量公式

Cd为小孔流量系数