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1、液压伺服与比例控制系统,第2章 液压放大元件,本章摘要 圆柱滑阀结构型式、工作原理、 静态特性 喷嘴挡板阀结构型式、工作原理、 静态特性 射流管阀结构型式、工作原理、 静态特性,一、按进、出阀的通道数划分 四通阀(图2-1a、b、c、d) 三通阀(图2-1e) 二通阀(图2-1f) 二、按滑阀的工作边数划分 四边滑阀(图2-1a、b、c) 双边滑阀(图2-1d、e) 单边滑阀(图2-1f) 三、按阀套窗口的形状划分 矩形、圆形、三角形等多种 四、按阀芯的凸肩数目划分 二凸肩、三凸肩、四凸肩,2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类,五、按滑阀的预开口型式划分 正开口(负重叠)、零开口(零重叠)和负开口
2、(正重叠),2.2 滑阀分析,滑阀有正开口、零开口、负开口三种。,滑阀的开口型式,正开口,零开口,负开口,正开口、零开口、负开口,滑阀的面积梯度及部分开口，可全周开口、 开方孔 、开园孔,2.2.1 零开口四边特性分析,桥路压力平衡方程,一、流量压力特性,桥路流量平衡方程,通过节流窗口的流量：,阀口配磨匹配条件： g1( xv ) = g3( xv ) g2( xv ) = g4( xv ) g2( xv ) = g1( -xv ) g4( xv ) = g3( -xv ) 则有： q1 = q3 q2 = q4 p1 = p3 p2 = p4 联立解得：,由以上公式推得负载流量为：,供油流量
3、为：,二、滑阀的静态特性曲线 1 阀的流量特性： 负载压降等于常数时， 负载流量与阀芯位移 之间的关系。 负载压降pL0时的 流量特性称为空载流 量特性。,2 阀的压力特性： 指负载流量等于常数 时，负载压降与阀芯 位移之间的关系。 通常所指的压力特性 是指负载流量qL0 时的压力特性。,(III) 阀的压力-流量特性： 指阀芯位移一定时，负 载流量与负载压降之间 的关系。 压力流量特性曲线族 (见图28)则全面描述 了阀的稳态特性。,三、阀的线性化分析和阀的系数 （1）阀的线性化分析 阀的压力-流量特性是非线性的。利用线件化理论对系 统进行动态分析时，必须将这个方程线性化。 利用负载压力流量
4、方程将其在某一特定工作点附近展成 台劳级数可得：,将流量方程在某一工作点(QL1、xv1、pL1)附近全微分，可得在此工作点处的流量方程:,(2-11),Kq流量增益，或流量放大系数，表示负载压力pL不变时， 当阀芯位移xv，有微小增量时所引起的流量增量；,Kc压力流量系数，表示阀芯位移不变时负载压力增量与 负载流量增量之间的关系，也称阀刚度。,（2）滑阀的特性系数 流量增益： 指负载压降一定时，阀单位输入 位移所引起的负载流量变化的大小。 流量-压力系数： 指阀开度一定时，负载压降变化所 引起的负载流量变化大小。 压力增益： 指qL0时阀单位输入位移所引起的 负载压力变化的大小。,阀芯左移：
5、 阀芯右移： 合并得：,三、零开口四边阀的特性曲线,其中：,2、理想零开口四边滑阀的阀系数 流量增益： 流量-压力系数： 压力增益：,理想零开口四边滑阀的零位阀系数 流量增益： 流量-压力系数： 压力增益：,四、实际零开口四边滑阀的静态特性 1、压力特性曲线和泄漏流量曲线,2、中位泄漏流量曲线,零位泄漏,实际零开口四边滑阀的零位阀系数 流量-压力系数： 压力增益： 流量增益：,2.4 正开口四边滑阀的特性,理想正开口四边滑阀结构,1、正开口四边阀的压力-流量特性方程,正开口四边阀的压力-流量特性方程,可分解 成2个流 量的叠加,正开口四边滑阀的压力流量方程 归一化方程：,二、正开口四边阀的阀系
6、数,动态数学模型,三、 正开口四边滑阀的流量压力特性曲线,四、正开口四边滑阀的零位阀系数 流量增益： 流量-压力系数： 压力增益：,实际系统往往不是对称的，但给予对称性的假设后，可以得到一个完整的解析表达式，于是就对该系统的静态特性进行深入的分析。其结论，对于非对称系统，在定义意义下也是正确的。,零开口四边阀的等效表示,x0时,x0时,四、实际零开口四边阀的零位阀系数,等价动态物理模型,动态数学模型,液压放大元件能将输入位移(机械量)转换并放大为具有一定压力的液体流量。,上一次课小结,流量与压力的乘积即功率，因此也可以说液压放大元件所输出的就是具有一定功率的液压信号。,液压放大元件也是控制液体
7、流量的大小及方向的控制元件，通常称为(液压)阀，如：滑阀、挡板阀等。,三通阀一般驱动差动缸,PL是用来平衡负载F的压力,一、零开口三通阀,2.2.3 三通滑阀的静特性,二、零开口三通阀的压力-流量特性,QL,零位时Kc很小！,零开口三通阀的阀系数,(2-37),(2-38),(2-39),零开口三通阀的零位阀系数也象四通阀一样，应根据其零位漏损量推算。,三、正开口三通阀的压力-流量特性,1,2,图为正开口三通阀，两个节流口同时工作以控制一个控制口，其控制压力为pc，负载流量为QL，设阀芯按图示方向移动，由图可知,正开口三通滑阀,和零开口三通阀一样引入负载压力pL，直接引用式(2-34)， 得,
8、(2-40),(2-27),(2-40),式(2-40)与式(2-27)相比，正开口四通阀流量方程中的pL改换成2pL，就变成正开口三通阀的流量方程了。因此，当把图中正开口四通阀压力流量曲线的pL/ps坐标1改为1/2后，就是正开口三通阀的压力流量曲线了。,图 正开口四通滑阀压力-流量曲线,正开口三通阀的三个零位阀系数为,(2-41),(2-42),(2-43),三通阀的流量增益与四通阀的流量增益相同，而三通阀的压力增益Kp较四通阀的小一半，这是因为三通间只控制一个控制腔压力pc，而另一腔的压力不可控所致。,2.2.3 三通阀的静特性,如果阀芯按图示方向移动，棱边1处的节流口打开，控制腔压力p
9、c增高，其最大值pcmax=ps时使活塞向右运动的力 F1=p1ApsA。 A 无杆端活塞面积， A 有杆端活塞面积。,1,2,四、三通阀、四边阀静特性比较,1、液压放大元件的流量增益Kq与半桥的节流边有关： 零开口阀是正开口阀的一半； 带固定节流孔时，Kq是正开口阀的一半。,2、液压放大元件的压力流量系数Kc与半桥、全桥有关： 半桥正开口三通阀是全桥正开口四通阀的2倍； 半桥零开口三通阀是全桥零开口四通阀2倍； 带2个固定节流孔的全桥与正开口四通阀全桥相等； 带1个固定节流孔的半桥与正开口三通阀半桥相等；,3、零开口的压力流量系数远小于正开口阀， 零开口的压力增益远在于正开口阀。 零开口的因
10、“内泄漏”引起的误差将远小于正开口阀。,四、三通阀、四边阀静特性比较,1、流量增益Kq，正开口是零开口的2倍，正开口是带固 定节流孔阀的2倍，半桥与全桥相等（因左右半桥流量相等）,等价动态物理模型,动态数学模型,四、三通阀、四边阀静特性比较,2、零位压力流量系数Kc0，正开口远大于零开口，半桥 是全桥的2倍,动态数学模型,压力放大器的等效,压力放大器的数学模型,四、三通阀、四边阀静特性比较,3、压力增益Kp，正开口远小于零开口，半桥是全桥一半,（1）作用在圆柱滑阀上的稳态液动力,2.2.4 滑阀的力特性,液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到稳态液动力。因沿阀芯径向的分力互相抵
11、消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。,图2.11 作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力,稳态液动力指向阀口关闭的方向,稳态液动力指向阀口关闭的方向,(2)、作用在滑阀上的液压卡紧力,(a)倒锥；(b)顺锥；(c)倾斜,(5.13),开一条均压槽时，K0.4；开三条等距槽时，K0.063；开七条槽时，K0.027。,侧向力指向阀芯卡紧方向,侧向力指向阀芯对中方向,2.2.5 滑阀的结构设计,1、为防止流量饱和，W67 xvmax; 2、 xvmax约为0.10.5; 3、保持凸肩为锐边，间隙为0.3微米。,2.3 喷嘴-挡板阀分析,喷嘴-挡板阀阀有单喷嘴-挡板阀和双喷嘴-挡板阀两种。,单喷嘴
12、-挡板阀相当于带1个 固定节流孔的正开口三通阀,双喷嘴-挡板阀相当于带2个 固定节流孔的正开口四通阀,2.3.1 单喷嘴-挡板阀（略）,2.3.2 双喷嘴-挡板阀,一、双喷嘴-挡板阀的压力-流量特性,Q1,Q2,Q3,Q4,二、双喷嘴-挡板阀的压力特性,二、双喷嘴-挡板阀的压力特性,三、双喷嘴-挡板阀零位的阀系数,2.3.3 双喷嘴-挡板阀的液流力,2.3.4 双喷嘴-挡板阀的设计,1、为防止流量饱和， x0=dn /16; 2、 x0约为0.1, d00.5。,2.4 射流管式液压放大元件,射流管阀一般用先导级 作为压力放大器用 阀系数由实验确定,1、射流管阀只有一个喷 孔堵塞后“事故归零”； 2、射流管喷孔较大。,2.6 放大元件的效率,
