一种耦合计算液压舵机压力、流量和温度的方法
专利汇可以提供一种耦合计算液压舵机压力、流量和温度的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种耦合计算液压 舵 机压 力 、流量和 温度 的方法，在计算模型中包含了液压舵机内油液的压力、流量和温度之间的相互耦合影响关系，提高了计算结果的 精度 和准确度，从而能更真实、准确地反映液压舵机的实际工作状况，能够实现较准确的液压系统热设计。，下面是一种耦合计算液压舵机压力、流量和温度的方法专利的具体信息内容。
1.一种耦合计算液压舵机压力、流量和温度的方法，其特征在于：将液压舵机的工作过程按照时间序列等分为N个计算区间，每个计算区间的时间步长为Δt，计算总时长tz＝N×Δt，第n个计算区间内包括以下步骤，其中1≤n≤N，且n为整数：
步骤1：计算液压舵机中油液的物理特性，包括油液的动力黏度μn和油液的密度ρn：
a、根据油液的动力黏度模型
计算油液的动力黏度μn，其中μ0为油液初始压力pref和油液初始温度Tref下的油液动力黏度，bp为压力差对油液动力黏度的一次相关系数，bt为温度差对油液动力黏度的一次相关系数，bt2为温度差对油液动力黏度的二次相关系数，pw为液压舵机的特征压力，Tw为液压舵机的特征温度，ps，n为液压舵机的进口油液压力，pr，n为液压舵机的出口油液压力，Ts，n为液压舵机的进口油液温度；Tr，n为液压舵机的出口油液温度，初始计算时使用设定值，当n＝1时，Tr，n的初始值选取为环境温度Tenv，当n＞1时，Tr，n的初始值选取为Tr，n-1；
b、根据油液的密度模型
计算油液的密度ρn，其中vs，n为油液比容，vs0为初始压力和初始温度下的油液比容，ap为压力差对油液比容的一次相关系数，ap2为压力差对油液比容的二次相关系数，at为温度差对油液比容的一次相关系数，at2为温度差对油液比容的二次相关系数，apt为压力差和温度差对油液比容的联合相关系数；
步骤2：计算液压舵机中伺服阀各通道的流量：
将步骤1得到的油液密度ρn代入伺服阀流量模型
计算得到液压舵机的进口油液体积流量qs，n，出口油液体积流量qr，n，进入作动筒a腔的油液体积流量qa，n和进入作动筒b腔的油液体积流量qb，n；其中q1，n为从伺服阀流入作动筒a腔的油液体积流量，q2，n为从作动筒b腔流入伺服阀的油液体积流量，q3，n为从作动筒a腔流入伺服阀的油液体积流量，q4，n为从伺服阀流入作动筒b腔的油液体积流量，Cd为流量系数，U为伺服阀的正开口量，xv，n为伺服阀的位移，w为伺服阀的面积梯度，pa，n为作动筒a腔的油液压力，初始计算时使用设定值，当n＝1时，pa，n的初始值取为1bar，当n＞1时，pa，n的初始值选取为pa，n-1，pb，n为作动筒b腔的油液压力，初始计算时使用设定值，当n＝1时，pb，n的初始值取为1bar，当n＞1时，pb，n的初始值选取为pb，n-1；
步骤3：计算作动筒a，b两腔的压力
a、根据微分模型
计算作动筒a腔的油液压力p′a，n，其中以pa，n-1作为微分模型中p′a，n的计算初值，当n＝1时，以1bar作为p′a，n的计算初值；B为油液的体积弹性模量，Va，n为作动筒a腔的体积，当n＝1时， 的初始值取为0，当n＞1时， 的初始值取为 为作
动筒a腔的油液质量流量，αp为油液的温度膨胀系数，ql，n为作动筒a腔与作动筒b腔之间泄流的油液体积流量，C为泄流系数，Sa为作动筒a腔的有效作用面积，xn为作动筒中活塞的位移，活塞处于中立位置时xn＝0，且右移为正，La为活塞向左运动最大行程，Ta，n为作动筒a腔的油液温度，以 作为微分模型中 的计算初值，当n＝1时，以0作为
的计算初值；
b、根据微分模型
计算作动筒b腔的油液压力p′b，n，其中以pb，n-1作为微分模型中p′b，n的计算初值，当n＝1时，以1bar作为p′b，n的计算初值；Vb，n为作动筒b腔的体积， 为作动筒b腔的油液质量流量，Sb为作动筒b腔的有效作用面积，Lb为作动筒活塞向右运动最大行程，Tb，n为作动筒b腔的油液温度，以 作为微分模型中 的计算初值，当n＝1时，以0作
为 的计算初值；
步骤4：计算作动筒活塞位移及负载流量
a、将步骤3得到的作动筒a，b两腔的油液压力p′a，n和p′b，n代入微分模型
计算作动筒活塞位移x′n，其中以x′n-1作为微分模型中x′n的计算初值，当n＝1时，以0m作为x′n的计算初值，m为活塞质量，Bl为活塞的阻尼系数，K为活塞的弹性系数，Fn为负载力，Fl，n为限制力，kl为限制力弹性系数；
b、将得到的作动筒活塞位移变化量dx′n/dt代入下面流量计算模型
计算得到进入作动筒a腔的油液体积流量q′a，n和进入作动筒b腔的油液体积流量q′b，n；
步骤5：计算步骤4得到的q′a，n与步骤2得到的qa，n的差值，以及q′b，n与qb，n的差值，若两个差值中任一个的绝对值大于设定误差ε1时，则重复步骤2至步骤5，并以步骤3计算得到的作动筒a，b两腔的油液压力p′a，n和p′b，n作为步骤2和步骤3中计算使用的作动筒a，b两腔的油液压力进行迭代计算，若两个差值的绝对值均小于设定误差ε1，则将步骤3得到的作动筒a，b两腔的油液压力p′a，n和p′b，n作为以下步骤中使用的作动筒a，b两腔的油液压力pa，n和pb，n，并继续以下步骤；
步骤6：计算液压舵机各部分的换热热流量：
a、根据模型
计算伺服阀内油液同伺服阀壳体的换热热流量 其中kv为伺服阀内油液同伺服阀壳体的换热系数，Av为伺服阀内油液同伺服阀壳体的换热面积，Tv，n为伺服阀壳体的温度，初始计算时使用设定值，当n＝1时，Tv，n的初始值选取为环境温度Tenv，当n＞1时，Tv，n的初始值选取为Tv，n-1；
b、根据模型
计算作动筒a腔内油液同作动筒壳体的换热热流量 其中ka，n为作动筒a腔内油液
同作动筒壳体的换热系数，Aa为作动筒a腔内油液同作动筒壳体的换热面积，Tc，n为作动筒壳体的温度，初始计算时使用设定值，当n＝1时，Tc，n的初始值选取为环境温度Tenv，当n＞
1时，Tc，n的初始值选取为Tc，n-1，Nua，n为作动筒a腔内油液同作动筒壳体换热的努赛尔数，λoil为油液的导热系数，Da为作动筒a腔同作动筒壳体的换热计算的特征长度，Rea，n为作动筒a腔的雷诺数，Proil，n为油液的普朗特数，va，n为作动筒a腔油液的流速，cpo为油液的比热；
c、根据模型
计算作动筒b腔内油液同作动筒壳体的换热热流量 其中kb，n为作动筒b腔内油液
同作动筒壳体的换热系数，Ab为作动筒b腔内油液同作动筒壳体的换热面积，Nub，n为作动筒b腔内油液同作动筒壳体换热的努赛尔数，Db为作动筒b腔同作动筒壳体的换热计算的特征长度，Reb，n为作动筒b腔的雷诺数，vb，n为作动筒b腔油液的流速；
d、根据模型
计算作动筒壳体同伺服阀壳体之间的导热热流量 其中ks为作动筒壳体同伺服阀
壳体间的导热系数，As为作动筒壳体同伺服阀壳体间的导热面积；
e、根据模型
计算作动筒壳体同环境的自然对流换热热流量 其中kexc，n为作动筒壳体同环境的自然对流换热系数，Aexc为作动筒壳体同环境的自然对流换热面积，Nuexc，n为作动筒壳体同环境自然对流换热的努赛尔数，λair为空气的导热系数，Dexc为作动筒壳体同环境的自然对流换热计算的特征长度，Ran为作动筒壳体同环境的自然对流换热计算的瑞利数，Prair为空气的普朗特数，g为重力加速度，βn为空气的体积膨胀系数，且βn＝1/Tc，n，v为空气的运动黏度；
f、根据模型
计算作动筒壳体同环境的辐射换热热流量 其中ε为作动筒壳体材料的发
射率，σ为黑体辐射常数，A为作动筒壳体同环境的辐射换热面积；
步骤7：计算液压舵机各部分的温度：
a、根据微分模型
计算作动筒a腔的油液温度T′a，n，其中以Ta，n-1作为微分模型中T′a，n的计算初值，当n＝1时，以环境温度Tenv作为微分模型中T′a，n的计算初值，ma为作动筒a腔中油液的质量，Δha，n为作动筒a腔中油液焓的变化量， 为作动筒对外做功的功率；
b、根据微分模型
计算作动筒b腔的油液温度T′b，n，其中以Tb，n-1作为微分模型中T′b，n的计算初值，当n＝1时，以环境温度Tenv作为微分模型中T′b，n的计算初值，mb为作动筒b腔中油液的质量，Δhb，n为作动筒b腔中油液焓的变化量；
c、根据微分模型
计算液压舵机的出口油液温度T′r，n，其中以Tr，n-1作为微分模型中T′r，n的计算初值，当n＝1时，以环境温度Tenv作为微分模型中T′r，n的计算初值，mr为液压舵机的出口油液控制体质量，Δh3，n为q3通道内对应油液焓的变化量，Δhbr，n为作动筒b腔回油对应油液焓的变化量，Δh4，n为q4通道内对应油液焓的变化量，Δh2，n为q2通道内对应油液焓的变化量，Δh1，n为q1通道内对应油液焓的变化量，Δhar，n为作动筒a腔回油对应油液焓的变化量；
d、根据微分模型
计算作动筒壳体的温度T′c，n，其中以Tc，n-1作为微分模型中T′c，n的计算初值，当n＝1时，以环境温度Tenv作为微分模型中T′c，n的计算初值，cps为作动筒壳体材料的比热，mc为作动筒壳体的质量；
e、根据微分模型
计算伺服阀壳体的温度T′v，n，其中以Tv，n-1作为微分模型中T′v，n的计算初值，当n＝1时，以环境温度Tenv作为微分模型中T′v，n的计算初值，cpsv为伺服阀壳体材料的比热，mv为伺服阀壳体的质量；
步骤8：计算步骤7中得到的液压舵机的出口油液温度T′r，n与步骤1、步骤6和步骤
7中计算使用的出口油液温度Tr，n的差值；若差值的绝对值大于预定误差ε2，则重复步骤1至步骤8，并用步骤7中得到的T′a，n、T′b，n、T′r，n、T′c，n、T′v，n、 和 作为步骤
1至步骤8中计算使用的Ta，n、Tb，n、Tr，n、Tc，n、Tv，n、 和 进行迭代计算，若差值的绝对值小于预定误差ε2，则将步骤7得到的T′a，n、T′b，n、T′r，n、T′c，n和T′v，n作为经过该计算区间计算后Ta，n、Tb，n、Tr，n、Tc，n、和Tv，n、的计算结果；若n＜N则开始第n+1个计算区间的计算，当n＝N停止计算过程。
一种耦合计算液压舵机压力、流量和温度的方法
技术领域
背景技术
发明内容
的计算初值；
具体实施方式
library(Version 4.2)中查得vs0＝1.1876e-3m/kg，ap＝-6.514e-10，ap2＝1.645e-18，at＝7.984e-4，at2＝6.755e-7，apt＝-3.461e-12。
2
动筒a腔的有效作用面积，取值为8590mm，xn为作动筒中活塞的位移，活塞处于中立位置时xn＝0，且右移为正，La为活塞向左运动最大行程，取值为44mm，Ta，n为作动筒a腔的油液温度，以 作为微分模型中 的计算初值，当n＝1时，以0作为 的计算初值；
筒b腔的有效作用面积，取值为8590mm，Lb为活塞向右运动最大行程，取值为66mm，Tb，n为作动筒b腔的油液温度，以 作为微分模型中 的计算初值，当n＝1时，以0作为
的计算初值；
10N/m；
阀壳体的换热系数，本实施例中取值为72W/mK，Av为伺服阀内油液同伺服阀壳体的换热面
2
积，取值为12000mm，Tv，n为伺服阀壳体的温度，初始计算时使用设定值，当n＝1时，Tv，n的初始值选取为环境温度Tenv＝50℃，当n＞1时，Tv，n的初始值选取为Tv，n-1；
例中取值为38000/mm，Nub，n为作动筒b腔内油液同作动筒壳体换热的努赛尔数，Db为作动筒b腔同作动筒壳体的换热计算的特征长度，取作动筒内径，取值为110mm，Reb，n为作动筒b腔的雷诺数，vb，n为作动筒b腔油液的流速；
63830/mm，Nuexc，n为作动筒壳体同环境自然对流换热的努赛尔数，λair为空气的导热系数，取值为2.67e-2W/m/K，Dexc为作动筒壳体同环境的自然对流换热计算的特征长度，取作动筒外径，取值为120mm，Ran为作动筒壳体同环境的自然对流换热计算的瑞利数，Prair为空气的
2
普朗特数，可查表得到，g为重力加速度，取值为9.8m/s，βn为空气的体积膨胀系数，且βn
2
＝1/Tc，n，v为空气的运动黏度，取值为17.95e-6/m/s；
0.52，σ取值为5.67e-8W/m/K4，A取值为63830/mm2；
正开口量为0m，活塞左行程为44mm，活塞右行程为66mm，活塞有效作用面积8590mm，活塞质量为5kg，活塞泄流量为3.8e-3L/min/bar，试验环境温度为25℃。采用热电阻式温度传感器对舵机进口和出口油液温度进行测量，每间隔5分钟记录一次。采用本发明方法计算舵机出口油液温度，并采用传统方法计算相同工况下的舵机出口油液温度，这里说的传统方法指功率损失法，各计算结果及误差如下表所示：
试验结果 25 32.6 38.1 42.9 46.8 50.5 54.2
本发明方法计算结果 25 30.4 36.7 40.1 44.7 48.6 51.9
本发明方法计算误差 0％ 6.7％ 3.7％ 6.5％ 4.5％ 3.8％ 4.2％
传统方法计算结果 25 29.1 34.7 38.2 42.6 45.8 47.8
传统方法计算误差 0 10.7％ 8.9％ 11.0％ 9.0％ 9.3％ 11.8％
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