液压放大元件.ppt

北京工业大学机电学院 液压伺服控制系统 部分 主讲教师 王新华 机电伺服驱动技术 第2章液压放大元件 内容摘要圆柱滑阀结构 工作原理 静态特性喷嘴挡板阀结构 工作原理 静态特性射流管阀结构 工作原理 静态特性 第2章液压放大元件 概述液压放大元件 机械运动控制流体动力的元件 输入 机械信号 输出 液压信号 功率放大 驱动执行元件单级 多级液压放大器液压放大元件 滑阀 喷嘴挡板阀 射流管阀滑阀和喷嘴挡板阀 节流式 射流管阀 分流式优点 动态性能好 工作可靠 结构简单 输出功率大发展方向 特性研究 最佳参数设计 最佳工作状态研究 新颖工作原理 新型放大元件的研制与开发 2 1圆柱滑阀的分类 结构型式及工作原理 一 圆柱滑阀的分类1 按进 出阀的通道数划分四通阀 两个控制油口 双作用液压缸或马达三通阀 一个控制油口 差动液压缸 需有反向运动的固定偏压二通阀 单边阀 一个可变节流口 需和固定节流口配合 差动液压缸2 按滑阀的工作边数 有效节流口数 划分四边滑阀 a b c 四个可控节流口 控制性能最好 三个轴向尺寸双边滑阀 d e 两个可控节流口 控制性能居中 一个轴向尺寸单边滑阀 f 一个可控节流口 控制性能最差 没有轴向尺寸3 按阀套窗口的形状划分 环形和断续节流窗口 矩形 圆形 三角形等多种 矩形 全周 非全周开口 面积与位移成比例 线性流量增益 多使用圆形 工艺性好 增益非线性 使用性能要求不高的场合 2 1圆柱滑阀的分类 结构型式及工作原理 4 按阀芯的凸肩数目划分二凸肩 三凸肩 四凸肩二通阀 一般两凸肩 三通 四通阀 两个或以上凸肩 二凸肩四通阀 结构简单 长度短 导向性差 凸肩易被卡 不能做成全周开口 阀芯两端回油流道流动阻力不同 两端面受液压力不等 处于静不平衡状态 阀芯采用液压或气动操纵有困难 三凸肩 四凸肩四通阀 导向性和密封性好 最常用结构型式 2 1圆柱滑阀的分类 结构型式及工作原理 5 按滑阀的预开口型式划分径向间隙为零 节流边锐利的理想滑阀 凸肩与阀套槽宽尺寸关系 正开口 负重叠 零开口 零重叠 和负开口 正重叠 径向间隙和工作边圆角 由流量增益曲线确定阀的预开口型式更合理 零开口 线性流量增益 性能好 加工困难负开口 流量增益具有死区 引起稳态误差 使用少正开口 流量增益变化大 压力灵敏度低 零位泄露量大 2 1圆柱滑阀的分类 结构型式及工作原理 二 常用圆柱滑阀的典型结构环形节流窗口阀套和四凸肩阀芯的四边滑阀 a 圆形断续节流窗口阀套和双凸肩阀芯的四边滑阀 b 非圆断续节流窗口阀套和三凸肩阀芯的四边滑阀 c d 2 1圆柱滑阀的分类 结构型式及工作原理 三 圆柱滑阀的工作原理单边滑阀的工作原理 a P1F1 PSF2双边滑阀的工作原理 b P1 PS 2 F1 2F2 P1F1 PSF2四边滑阀的工作原理 c 2 1圆柱滑阀的分类 结构型式及工作原理 静态特性 稳态 恒压源时的特性 包括 1 流量特性 负载压力pL恒定 qL与xV关系 2 压力特性 负载流量qL 0 pL与xV关系 2 压力 流量特性 pL qL xV关系表示了阀的工作能力和性能 即输入与输出量之间的稳态对应关系 可用方程 曲线 阀系数表示 阀系数 流量放大系数 压力放大系数 流量 压力放大系数静参数 xVmax qLmax ps Kq Kp Kc 2 2滑阀静态特性一般分析 2 2滑阀静态特性一般分析 一 滑阀压力 流量方程的一般表达式 每一桥臂流量qi 每一桥臂压降pi qL pL ps qs假设条件 1 ps C p0 0 2 忽略压力损失 3 不可压缩 4 Cd1 Cd2 Cd3 Cd4 Cd 2 2滑阀静态特性一般分析 各桥臂的流量方程 式中节流口液导 2 2滑阀静态特性一般分析 消去中间变量pi qi 得负载流量qL 负载压力pL和阀芯位移xV之间的关系 2 2滑阀静态特性一般分析 阀口对称 匹配条件 g1 xv g3 xv g2 xv g4 xv g2 xv g1 xv g4 xv g3 xv 则有 q1 q3q2 q4p1 p3p2 p4联立解得 2 2滑阀静态特性一般分析 由以上公式推得负载流量为 供油流量为 二 滑阀的静态特性曲线 I 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pL 0时的流量特性称为空载流量特性 2 2滑阀静态特性一般分析 II 阀的压力特性 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qL 0时的压力特性 2 2滑阀静态特性一般分析 2 2滑阀静态特性一般分析 III 阀的压力 流量特性 阀芯位移一定时 负载流量与负载压降之间的关系 压力 流量特性曲线族则全面描述了阀的稳态特性 当负载所需的压力和流量能够被阀的最大位移时的压力 流量曲线包围时 阀能满足负载要求 2 2滑阀静态特性一般分析 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 必须将方程线性化 将负载压力 流量方程在某一特定工作点附近展成台劳级数 得 2 2滑阀静态特性一般分析 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qL 0时阀单位输入位移所引起的负载压力变化的大小 2 2滑阀静态特性一般分析 根据 所以有 负载压力流量线性化方程 结论 1 阀系数是描述和确定系统稳定性响应特性和稳态误差的重要参数 2 流量增益影响系统的开环增益 流量 压力系数影响阻尼比和速度刚度 压力增益表示启动大惯量或大摩擦力负载能力 随工作点而变 3 最重要工作点 原点 流量增益最大 开环增益最高 流量 压力系数最小 阻尼比最低 该点稳定 其它点均能稳定 2 3零开口四边滑阀的静态特性 一 理想零开口四边滑阀的静态特性径向间隙为零 工作边锐利 假设 1 不可压缩 2 供油ps恒定 3 窗口理想对称 匹配 无泄漏 4 Cd为常数 5 仅在窗口处产生压力损失 2 3零开口四边滑阀的静态特性 1 理想零开口四边滑阀的压力 流量方程 2 3零开口四边滑阀的静态特性 3 合并 匹配且对称A2 xv A1 xv 在两方向上合并 若为矩形口 A2 AXV xv 0 Signxv 1 xv 0 Signxv 0 xv 0 Signxv 1 引入符号函数 Signum 2 3零开口四边滑阀的静态特性 4 归一化处理 无量纲化 令 其中 理想零开口四边滑阀的压力 流量特性方程的无因次形式 2 3零开口四边滑阀的静态特性 5 无因次压力 流量曲线 窗口匹配对称 曲线对称与原点 马达工况区 泵工况区 压力 流量特性是阀的稳态性能的完全描述 由压力 流量特性曲线可以获得阀的全部静态性能参数压力 流量特性又称综合静态特性 2 3零开口四边滑阀的静态特性 2 理想零开口四边滑阀的阀系数 1 流量增益 流量放大系数 2 流量 压力放大系数 3 压力增益 压力放大系数 2 3零开口四边滑阀的静态特性 零位阀系数 零位流量放大系数 零位流量 压力放大系数 零位压力放大系数 阀静态放大系数Kq Kc KP随阀工作点而变 压力 流量曲线的原点是阀最重要的工作点 Kq0最大 系统开环放大系数最高 Kc0最小 阻尼系数最小 不易稳定原点处的静态放大系数称零位静态放大系数 零位阀系数 Kq0直接影响系统的稳定性 Kq0取决于Ps和W Ps一定时 唯一取决于W W是阀最重要的参数 2 3零开口四边滑阀的静态特性 二 实际零开口四边滑阀的静态特性径向间隙 正负重叠量 工作边存在小圆角 钝角 中位存在泄漏 具有匹配对称控制窗口的实际零开口滑阀和液压桥路 当阀芯有一位移xv时 各窗口处油液流动方向 2 3零开口四边滑阀的静态特性 1 实际零开口四边滑阀的压力 流量方程 1 两个阀腔的连续性方程 其中 由匹配对称 A1 A3 A2 A4 又Q1 Q3 Q2 Q4 因此 有 2 3零开口四边滑阀的静态特性 2 实际零开口滑阀的压力 流量特性方程 油源对滑阀的总供油量 实际零开口滑阀的供油量方程 对比 2 3零开口四边滑阀的静态特性 可得 可见 上述结果对任何一个匹配和对称的滑阀都成立 2 3零开口四边滑阀的静态特性 2 实际零开口四边滑阀的静态特性 实际滑阀中位特性可由实验确定 假设 窗口匹配对称 关闭负载通道 qL 0 负载通道和供油口接压力表 回油接流量计 1 压力特性曲线 在供油压力ps一定时 改变阀芯位移xv 测出负载压力pL 作出压力特性曲线 原点处的斜率就是零位压力增益 微小的阀芯位移xv 负载压力pL很快增加到供油压力 阀的零压力增益很高 2 3零开口四边滑阀的静态特性 2 泄漏流量曲线 在供油压力ps一定时 改变阀芯位移xv 测出泄漏流量ql 作出泄漏流量曲线 阀芯中位时泄漏量qc最大 密封长度最短随阀芯位移xv增加 回油密封长度增大 泄漏流量急剧减小 泄漏流量曲线可用来度量阀芯中位时的液压功率损失 3 中位泄漏流量曲线 阀芯调整到中位 满足xV qL pL 0 改变供油压力ps 测中位泄漏流量qc 由qL 0 qc即为油源对阀的供油量qs 由此得中位泄露流量曲线 2 3零开口四边滑阀的静态特性 3 中位泄漏流量曲线 可用来判断阀的加工配合质量确定阀的零位流量 压力系数 由 可知 特定供油压力下的中位泄漏流量曲线的斜率即位阀在该供油压力下的零位流量 压力系数 对新阀 中位泄漏流量小 线性规律 流动层流型 磨损阀 中位泄漏流量大 呈抛物线规律 阀口被冲蚀 流动紊流型 但曲线斜率增加不大 流量 压力系数变化不大 仍可按新阀来计算 2 3零开口四边滑阀的静态特性 3 实际零开口四边滑阀的零位阀系数 层流状态下液体流经锐边小缝隙的流量 层流状态下零位泄漏流量 实际零开口四边滑阀的零位流量 压力系数 实际零开口四边滑阀的压力增益 2 4正开口四边滑阀的静态特性 1 理想正开口四边滑阀的压力 流量方程 中位时 四个窗口均有相同的正开口量U 且规定 xV U 匹配对称 且阀芯按图示方向有一位移xV 则有A1 A3 W U xV A2 A4 W U xV 2 4正开口四边滑阀的静态特性 由式 可得 理想正开口四边滑阀的压力 流量方程 归一化处理 无因次压力 流量方程 2 4正开口四边滑阀的静态特性 线性度比零开口四边滑阀好 四个桥臂高度对称 是比较理想的线性元件 在正开口区域以外 同一时刻只有两个节流控制窗口起作用 其压力 流量特性与零开口阀一样 2 无因次压力 流量特性曲线 2 4正开口四边滑阀的静态特性 3 理想正开口四边滑阀的零位阀系数 由式 微分 并令 则有 流量增益 流量 压力系数 压力增益 Kq0是理想零开口四边滑阀的2倍 因为负载流量受两个节流窗口控制 且差动变化 节流窗口总面积变化2WxV 2 4正开口四边滑阀的静态特性 因此 正开口四边滑阀能提高零位流量增益并改善压力 流量曲线线性度 Kc0取决于面积梯度 Kp0与面积梯度无关 在零位附近 实际零开口阀类似于正开口阀 正开口四边滑阀的零位泄漏量应是窗口3 4泄漏量之和 即 此时 每个窗口面积WU 每个控制窗口前后压差ps 2 零位泄漏量大 不适合功率较大场合应用 用零位泄漏量表示的Kq0和Kc0 2 5双边滑阀的静态特性 双边滑阀用来控制差动液压缸 一 零开口双边滑阀的静态特性 1 零开口双边滑阀的压力 流量方程 U 0 零开口双边滑阀 阀芯偏离零位时 只有一个节流窗口 另一个关闭 因此 压力 流量方程 阀芯下移 xV 0 2 5双边滑阀的静态特性 阀芯上移 xV 0 归一化处理 无因次压力 流量方程 xV 0 xV 0 无因次压力 流量曲线与零开口四边滑阀一样 只是坐标轴加以改变 双边滑阀的零位工作点 xV qL 0和pc0 ps 2 曲线对称于该点 2 5双边滑阀的静态特性 为使阀在零位点工作 液压缸两腔活塞面积应满足 pc0 ps 2因此 在没有外负载力作用时 只要使活塞面积满足 Ah 2Ar若有单向恒定外负载力时 活塞面积应满足 Ar Ah 1 2 FL psAh 2 零开口双边滑阀的零位阀系数 在零位工作点对压力 流量方程求偏导 可得 流量增益 流量 压力系数 压力增益 与零开口四边滑阀相比 Kq0是一样的 Kp0为其一半 2 5双边滑阀的静态特性 二 正开口双边滑阀的静态特性 1 正开口双边滑阀的压力 流量方程 U 0 正开口双边滑阀 流过节流窗口1 2的流量 因此 压力 流量方程为 2 5双边滑阀的静态特性 归一化处理 无因次压力 流量方程 无因次压力 流量曲线与正开口四边滑阀一样 只是坐标要加以改变 pL ps 1改为pc ps 0 pL ps 0改为pc ps 0 5 pL ps 1改为pc ps 1 纵坐标乘以 2 5双边滑阀的静态特性 2 正开口双边滑阀的零位阀系数 在零位工作点对压力 流量方程求偏导 可得 流量增益 流量 压力系数 压力增益 与正开口四边滑阀相比 Kq0是一样的 Kp0为其一半 因为四边滑阀有两个控制通道 双边滑阀只有一个 零位泄漏流量为 2 6滑阀受力分析 操纵阀芯需克服的各种阻力 包括 固体摩擦力 液动力 惯性力 粘性摩擦力 弹性力 外负载力等运动阻力大小是设计滑阀操纵元件的主要依据 一 作用在滑阀阀芯上的液动力 液流流经滑阀时 液流速度大小 方向发生变化 动量发生变化 产生液动力 稳态液动力 瞬态液动力 1 稳态液动力 液流速度大小 方向沿流道变化 液动力轴向分量与滑阀开口量成比例 称液压弹簧 方向总是指向使阀芯关闭的方向 2 瞬态液动力 液流速度大小 方向随时间变化 液动力轴向分量与滑阀开口量的变化率成比例 称阻尼力 其方向 若液流未经节流进入阀腔 液动力使阀芯关闭 起稳定作用 若液流经节流流出阀腔 液动力推开阀芯开启 产生不稳定作用力 2 6滑阀受力分析 1 稳态液动力 在阀口开度一定的稳定流动情况下 液流对阀芯的反作用用力 稳态轴向液动力大小为 动量定理 阀口射流最小断面处流速 理想矩形窗口流量 因此 稳态液动力为 对于理想滑阀 稳态液动力为 对于滑阀 稳态液动力方向总是指向使阀口关闭的方向 其作用与阀的对中弹簧作用相似 是由液流引起的一种弹簧力 实际上 液动力受径向间隙和工作边圆角的影响 使阀口过流断面增大 射流角减小 使液动力增大 稳态液动力与阀开口量呈非线性 2 6滑阀受力分析 2 6滑阀受力分析 1 零开口四边滑阀的稳态液动力 有两个串联的阀口同时起作用每个阀口的压降 总的稳态液动力稳态液动力刚度 空载时达到最大 即仅负载压力PL C时 与xV成比例 PL当变化时 呈非线性 2 6滑阀受力分析 2 正开口四边滑阀的稳态液动力 四个节流窗口同时起作用总的稳态液动力等于每个窗口产生的液动力之和 即由匹配和对称 A1 A3 W U xV A2 A4 W U xV 由此 稳态液动力 空载时达到最大 即正开口的空载稳态液动力是零开口的2倍 2 6滑阀受力分析 2 瞬态液动力 阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化 导致阀腔内液流速度随时间变化 其动量变化对阀芯产生的反作用力 瞬态液动力大小为 液体不可压缩 理想矩形窗口流量 2 6滑阀受力分析 因此 瞬态液动力 其中 阻尼系数 瞬态液动力与阀芯移动速度成正比 起粘性阻尼作用Bf与L有关 L称阻尼长度 液动力方向与阀腔内液体的加速度方向相反 液动力的方向与阀芯位移方向相反 起正阻尼作用 Bf 0 L为正 液动力的方向与阀芯位移方向相同 起负阻尼作用 Bf 0 L为负 2 6滑阀受力分析 1 零开口四边滑阀的瞬态液动力 L2正阻尼长度 L1负阻尼长度 阀口的压降 利用零开口四边滑阀的瞬态液动力 其中 阻尼系数 L2 L1 Bf 0 正阻尼 L2 L1 Bf 0 负阻尼 它对阀稳定工作不利 2020 3 17 56 可编辑 2 6滑阀受力分析 2 正开口四边滑阀的瞬态液动力 L2正阻尼 L1负阻尼利用总的瞬态液动力 代入 2 6滑阀受力分析 则有 其中 PL 0时 是零开口四边滑阀的2倍 L1 L2 L称阻尼长度 其值为正时 使瞬态液动力起阻尼力作用 通常设计时 取L1略大于L2 以保证一定的阻尼力 阀芯操纵力一般大大超过阀芯总轴向力 以切除可能滞留在控制窗口处的脏物颗粒 2 6滑阀受力分析 二 滑阀的驱动力 由力平衡方程 驱动阀芯的运动的总的驱动力 式中 Fi 总驱动力mv 阀芯及阀腔油液质量Bv 阀芯及阀套间的粘性摩擦力Bf 瞬态液动力阻尼系数Kf 稳态液动力刚度FL 任意负载力 2 7滑阀的输出功率和效率 效率随负载变化 负载并非恒定 不可能保持在最佳设计值上 系统的稳定性 响应速度和精度等指标比效率更重要 一 零开口四边滑阀输出功率 设供油压力ps 供油流量qs 阀的负载压力PL 负载流量qL 负载流量为 滑阀输出功率 则有 2 7滑阀的输出功率和效率 则有 无因次滑阀输出功率 其中 负载功率随负载压力变化的曲线 当 滑阀输出功率 极值法 令当即且阀口开度最大 则最大输出功率为 2 7滑阀的输出功率和效率 二 零开口四边滑阀输出效率 滑阀放大器的效率 当采用定量泵 溢流阀作液压能源时 ps qs均恒定 qs选取应大于滑阀最大负载流量 即q0m 溢流阀功率损失是由滑阀造成的 应算在滑阀效率内 输入滑阀的功率是不变的 psqs psqLmax psq0m因此 滑阀效率为 2 7滑阀的输出功率和效率 零开口四边滑阀的无因次负载流量为因此 零开口四边滑阀的效率为比较 当xv一定时 曲线形状与相同 滑阀的最大效率也出现在处 2 7滑阀的输出功率和效率 以 代入阀在最大输出功率时的系统最高效率为 效率包括滑阀本身的节流损失和溢流阀的溢流损失 是整个液压伺服系统的效率 当采用变量泵供油时 qs可自动调节 满足负载流量qL要求 即qs qL 滑阀在最大输出功率时的最高效率为 无溢流损失 2 8滑阀设计 滑阀设计包括 结构型式的选择和基本参数的确定满足负载和执行元件对滑阀稳态特性要求 对系统动态特性要求结构简单 工艺性好 驱动力小 工作可靠 一 结构型式选择 1 滑阀工作边数的选择 2 节流窗口形状的选择 3 预开口型式的选择 4 阀芯凸肩数的选择 二 基本参数选择与设计计算 1 面积梯度W 2 阀芯最大位移xvmax 3 阀芯直径d 4 其他尺寸 阀芯长度L 凸肩宽度b 阻尼长度L1 L2 2 9喷嘴 挡板阀 一 喷嘴 挡板阀的典型结构和工作原理 两种喷嘴 挡板放大器 锐边喷嘴 挡板 平端面喷嘴 挡板结构简单 加工容易 运动部件质量小 对油液污染不敏感零位泄露流量大用于小功率系统和两级放大器的第一级 前级 喷嘴 挡板放大器 单喷嘴 挡板放大器和双喷嘴 挡板放大器 1 单喷嘴 挡板放大阀 结构组成 固定节流孔 喷嘴前腔 喷嘴 挡板 结构特点 喷嘴和挡板构成可变节流孔 喷嘴前腔和负载腔相连 喷嘴端面和挡板间形成间隙 间隙可调 档板随控制信号产生位移 工作原理 挡板位置改变 可变节流孔截面积改变 喷嘴流量变化 工作原理 前腔压力pc变化 执行机构运动 运动速度取决于负载流量QP 小功率操纵挡板 输出端得到很大的功率N pcQp 喷嘴和固定节流孔的结构特点 入口120o锥角 改善流线 较大的流量系数 棱边均严格保持锐边 lj dj 3 属于短孔兼有长孔的成分 进入孔口渐缩 脱离孔壁后在孔内渐扩 贴附孔壁 2 9喷嘴 挡板阀 2 双喷嘴 挡板放大阀 2 9喷嘴 挡板阀 结构特点 两个单喷嘴挡板阀连成推挽形式 工作原理 挡板处于两喷嘴中位时 两负载腔压力相等 pp 0 偏离中位时 如向左偏离xd pc1升高 pc2降低 输出pp pc1 pc2 最大偏离距离2xd 2 9喷嘴 挡板阀 为使可变节流孔处的节流作用发生在喷嘴与挡板之间 而不是喷嘴孔内 对挡板和喷嘴之间的起始距离xd0应有限制 一般要求可变节流孔的最大截面积不大于喷嘴孔截面积的一半 即 即 双喷嘴挡板阀零位时挡板受力自动满足静平衡 温度 压力 零飘程度小 灵敏度提高 实际应用较多 多作为电液伺服阀前置液压放大级 要求左右两边元件有几何 液压的对称性 装配时一般对喷嘴和固定节流孔进行选择配对 2 9喷嘴 挡板阀 二 单喷嘴 挡板阀的静态特性 结构 固定节流孔 喷嘴 挡板 可变节流口 环形面积 控制固定节流孔与可变节流口之间压力pc单喷嘴 挡板阀是三通阀 控制差液压缸工作原理 可变液阻增减 固定节流孔流量与压降减增 pc增减 2 9喷嘴 挡板阀 静态特性 压力特性 稳态工作状态下 封闭负载腔时 pc与xf关系 压力 流量特性 不封闭负载腔时 每一xf的pc与qL关系 1 压力特性 封闭负载腔时 连续性定理 q1 q2 其中 固定节流孔液导 可变节流孔液导 2 9喷嘴 挡板阀 不封闭负载腔时 连续性定理 qL q1 q2 令 称a为相对液导 2 9喷嘴 挡板阀 对于封闭负载时 qL 0 即q1 q2 时 由此 令 单喷嘴 挡板阀的压力特性方程 无因次化形式 喷嘴挡板阀的主要参数 DN D0 xf0 ps p0 2 9喷嘴 挡板阀 因此 可得单喷嘴 挡板阀的压力特性曲线 当xf 0时 挡板处于零位 喷嘴前腔压力为pc pc0 p0 0 因此 有 可见 不同液导比a的零位压力pc0不同 若xf是靠近喷嘴端面 且p0 0 则有 2 9喷嘴 挡板阀 无因次形式 取a 1 作出单喷嘴挡板阀的压力特性曲线 可见 负载压力不但随 而变 而且随而变 为获得最高的压力灵敏度 应有最佳值 即 2 9喷嘴 挡板阀 若使零位时的压力灵敏度最高 应使 即 斜率最大 压力灵敏度最高 零位时 即 零位时 又有 得零位时控制压力为 2 9喷嘴 挡板阀 在此点 不但零位压力灵敏度最高 而且控制压力pc能充分调节 在时 通常 取a 1或零位时作为设计准则 因此 要求差动液压缸活塞两边的面积比为2 1 2 9喷嘴 挡板阀 2 压力 流量特性 不封闭负载腔时 流量连续性定理 qL q1 q2设回油压力p0 0 挡板位移靠近喷嘴端面 因此 有 2 9喷嘴 挡板阀 则得 单喷嘴挡板阀的压力 流量特性方程为 无因次化 取 因此 无因次压力 流量特性方程为 又有 由此 可得无因次压力 流量特性曲线 2 9喷嘴 挡板阀 喷嘴档板阀的零位阀系数由压力 流量特性方程可得阀系数其中 零位条件 零位流量放大系数 零位流量 压力放大系数 2 9喷嘴 挡板阀 零位压力放大系数 若a 1时 单喷嘴档板阀的零位阀系数为 零位流量放大系数 零位流量 压力放大系数 零位压力放大系数 单喷嘴档板阀的线性化压力 流量特性方程 2 9喷嘴 挡板阀 单喷嘴档板阀的零位泄漏流量 当a 1时 零位泄漏流量为 2 9喷嘴 挡板阀 三 双喷嘴 挡板阀的静态特性 两个结构相同的单喷嘴档板阀组合在一起差动原理工作是四通阀 可控制双作用液压缸 1 压力 流量特性 2 9喷嘴 挡板阀 压力 流量特性 xf pL qL之间的稳态关系 当xf向上偏移时 流量连续性方程为设回油压力p0 0 且阀具有几何对称和液压对称性 则有 上述方程无因次化 令则无因次压力 流量特性方程为 2 9喷嘴 挡板阀 由上述方程可以求出双喷嘴档板阀的无因次压力 流量方程 采用列表法可作出压力 流量特性曲线 取a 1 选定 取 由方程求出 将 值列表 作压力 流量特性曲线 2 9喷嘴 挡板阀 可见 双喷嘴档板阀的压力 流量特性曲线线性度好 线性范围大 特性对称 曲线斜率大 刚度大 2 压力特性 档板偏离零位时 一喷嘴腔压力升高 另一腔压力降低压力特性 切断负载时 qL 0 负载压差pL与xf之间的稳态关系 双喷嘴档板阀是由两个单喷嘴档板阀推挽构成因此 由 可得 双喷嘴档板阀左 右两腔的压力特性为 2 9喷嘴 挡板阀 因此 双喷嘴档板阀的无因次压力特性方程为 取a 1 作出双喷嘴档板阀的无因次压力特性曲线 双喷嘴档板阀的压力特性线性度好 线性范围大 以零位为中心的放大倍数大 由压力特性方程 得压力放大系数 由于 2 9喷嘴 挡板阀 因此 双喷嘴档板阀的零位压力放大系数 增益 可见 双喷嘴档板阀的零位压力放大系数是单喷嘴挡板阀的2倍 3 流量特性 流量特性 空载条件下 pL 0 负载流量qL与xf之间的稳态关系 由于pL p1 p2 故p1 p2 pc 当挡板处于中位时 或有任意位移xf时 各喷嘴前腔的压力值均不变 由 可得 将p1 p2代入流量压力特性方程 2 9喷嘴 挡板阀 则有 因此 双喷嘴档板阀的流量特性方程为 2 9喷嘴 挡板阀 由此 双喷嘴档板阀的零位流量增益 放大系数 为 由于双喷嘴档板阀的xf及xf0都很小 小增量线性方程可推广到xf0全范围内 由此 可画出线性流量特性曲线 由KP0及Kq0 可得双喷嘴档板阀的零位流量 压力增益 若a 1时 双喷嘴档板阀的零位阀系数为 零位流量放大系数 2 9喷嘴 挡板阀 零位流量 压力放大系数 零位压力放大系数 双喷嘴档板阀的线性化压力 流量特性方程 双喷嘴档板阀的零位泄漏流量为两个喷嘴流量之和 即 当a 1时 零位泄漏流量为 2 9喷嘴 挡板阀 双喷嘴档板阀与单喷嘴挡板阀的流量增益是一样的 压力增益增加一倍 零位泄漏量增加一倍 双喷嘴档板阀结构对称 因温度和供油压力变化产生的零漂小 即零位工作点变动小 挡板在零位时受的液压力和液动力是平衡的 四 喷嘴 挡板阀的力特性 喷嘴处液流作用力对挡板的作用与控制挡板位移的元件产生的力相当 提高了对控制元件的要求 增加了选用控制元件时的困难 挡板处的摩擦力和惯性力较小 可忽略 挡板所受的运动阻力主要是液流作用力 1 单喷嘴挡板阀所受液流作用力 2 9喷嘴 挡板阀 忽略在喷嘴端面由喷嘴孔直径DN到喷嘴端面外径D之间的环形面积上液流的静压力对挡板的作用力 作用在挡板上的力 喷嘴射流动量的变化对挡板产生的反作用力 挡板内外静压差产生的作用力 在喷嘴端面由喷嘴孔直径DN到喷嘴端面外径D之间的环形范围内液体静压差引起的作用于挡板上的力 1 射流动量变化产生的反作用力R1 其中 则有 故 2 9喷嘴 挡板阀 2 挡板内外静压差产生的反作用力R2 由两部分组成 喷嘴孔范围内液体内外静压差产生的作用力 对喷嘴前腔与喷嘴出口列伯努利方程得 喷嘴端面环形范围内液体静压差产生的作用于挡板上的力 实验表明 对于D DN 1 3的喷嘴 特别是喷嘴和挡板间隙较小时 不可忽略 且使挡板受力呈现严重的非线性 对于锐边 D DN 1 3 较小 可忽略 2 9喷嘴 挡板阀 由此 作用在挡板上的液流作用力为 喷嘴孔断面上的流速为 因此 2 9喷嘴 挡板阀 最后 单喷嘴挡板所受的液流作用力为 力特性方程 在喷嘴与挡板之间的间隙 xf0 xf 很小时 方程中第二项可以忽略 液流力近似等于液压力pcAN 在零位条件下 xf0 0 pc ps 2 单喷嘴挡板阀的零位液动力刚度 或零位液压弹簧刚度 为 负号表示负弹簧刚度 是喷嘴流速vN形成的动压引起 对挡板运动的稳定性不利 2 9喷嘴 挡板阀 2 双喷嘴挡板阀所受液流作用力 双喷嘴挡板阀挡板处于中位时 两喷嘴对挡板的作用力平衡 当挡板偏离中位时 挡板所受力为两喷嘴液流力之差 减小了对控制元件输出功率的要求 因此 两喷嘴作用在挡板上的液流力为 2 9喷嘴 挡板阀 作用在挡板上的净液流力为 由于并近似认为因此 有 通常 xf0 DN 1 16 上式中第二项比第一项小得多 由于xf xf0 第三项也可忽略 因此 双喷嘴挡板阀的力特性方程为 2 9喷嘴 挡板阀 方程中右边第一项是喷嘴孔处的静压力对挡板产生的液压力 第二项近似射流动量变化对挡板产生的液动力 由此 双喷嘴挡板阀的液动力刚度 液压弹簧刚度 为 可见 双喷嘴挡板阀的液动力刚度是单喷嘴挡板阀的2倍 五 喷嘴 挡板阀的主要结构参数选择与