液阻说课讲解

1、第五章液阻精品资料5.1液阻基本理论5.1.1概述从广义上来说，凡是能局部改变液流的流通面积使液流产生压力损失或在压力 差一定的情况下，分配调节流量的液压阀口以及类似的结构，如薄壁小孔、短孔、 细长孔、缝隙等，都称之为液阻。从这个广义的概念，我们可以看到液阻的本质性功能就是两个方面：隔压是其 阻力特性(液阻前后的压力可以差别很大)，限流是其控制特性(改变液阻的大小 可以改变通过的流量)。对于液阻来说，通过液阻的流量qv与液阻两端的压差p往往为非线性关系,通过液阻的流量 qv与压差 p的关系一般情况下可以用式(5.1-1)表示qv kA pm(5.1-1)式中 k系数，与液阻的过流通道形状和液体

2、性质有关；A液阻过流截面积；m指数，与液阻结构形式有关。图1-1显示指数 m=0.5时液阻的流量压力特性。借鉴电子学对非线性电阻的定 义，可以引出静态液阻R和动态液阻Rd的概念，其定义如下PR (5.1-1)qv-d pRd (5.1-1)dqv仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢0精品资料静态液阻R是液阻两端压差对流量的比值，它是液阻对稳态流体阻碍作用的一 种度量；动态液阻 Rd是液阻两端压差微小增量与流量微小增量的比值，它是液阻 对动态流体阻碍作用的一种度量。其计算公式见式（5.1-2）（5.1-3）公式1 mRqv(5.1-2)pkA公式1 md1-1液阻特性图5 1-1 液阻特性

3、5.1.2液阻的分类及计算1 液阻的分类在液压元器件中，液阻的结构形式主要有三种，即薄刃型、细长孔型以及介于仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢1精品资料5.1-2a 、b、c。薄刃型液阻b赠K札申港阳/£/ / / / />二 L .薄刃型和细长孔型之间的混合型结构。这三种液阻的结构见图仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢5图5.1-2三种液阻的结构形式薄刃型液阻（L/d 1）的压力损失要是局部阻力损失，其流量与压差的关系为 非线性，薄刃型液阻的阻值与流量或压差有关。细长孔型液阻（L/d 4）的压力损失主要是沿程阻力损失，这种阻力损失主要 由油液粘性摩擦所引起，

4、细长孔内的流动状态通常为层流，流量与压差成线性关 系，其液阻值与压差无关，为常值。混合型液阻的流量与压差的关系难以从流体力学的基本原理导出。在国内教材 中，对于这种液阻，其压力流量特性大多数推荐使用Shin公式。Shin公式式中c2d42/3224d为液阻直径，为流体密度，L为液阻通流孔长度，为流体运动粘度，显 然混合型液阻值 R与压差 P有关。液阻按其性质分类，分为三种：固定液阻，可调液阻和可控液阻。固定液阻是指液阻的开度或孔径不变；可调液阻是指液阻可以直接用手动或机 构调节其开度；可控液阻是指液阻可以用控制信号通过电磁铁等对其实行控制，其 开度不是由输入确定，而是由阀芯受力平衡决定。2 液

5、阻的相关参数及计算对于液阻来说，通过液阻的流量qv与液阻两端的压差p往往为非线性关系,通过液阻的流量 qv与压差 p的关系一般情况下可用下式表示qv kA pm静态液阻和动态液阻一般都是压差(5.1-4)P或流量qv的函数。由式(5.1-4)可得，静态液阻的阻值R为(5.1-5)qv动态液阻的阻值 Rd为Rdd p dqv(5.1-6)对于薄刃型非线性液阻来说，其流量压力特性为qv CdAfc(5.1-7)它的静态液阻为R 一P：(5.1-8)qv Cd A . 2/ p它的动态液阻为Rdd p 2、pdq cdA.2/p(5.1-9)对于这三种典型液阻形式，它们的流量压力特性与液阻公式见表(

6、5.1-1)表川二种噢型液阻的盃章压力特性与液阻公式液阻蛤构绷检扎卑潢阻混合兄液噩力*乓q*特性弘 12»X WR . J却c功余淮朗_ 一珀如表5.1-1三种典型液阻的流量压力特性与液阻公式5.2液压阻力回路5.2.1液阻网络概述1 半桥液阻网络概述用锥阀和固定液阻控制的单作用液压缸的原理图见图5.2-1a、b。液压缸的一端作用着液压力 P1，另一端为弹簧力和负载 F,通过调节锥阀阀 芯的行程可以控制活塞的运动速度，在该液阻网络中，R1是固定液阻，锥阀口是可变液阻R2，液阻网络的输入压力为 Po，输出压力为P1，将该 液阻网络用液阻符号表示，其原理如图5.2-1b所示。与桥类相似，

7、称该液阻网络为半桥液阻网络。b)图5.2-1半桥液阻网络2全桥液阻网络概述用4边滑阀控制双活塞杆液压缸的结构示意图见图5.2-2a、b。在图5.2-2a中，阀芯和阀体之间形成 4个阀口，每个阀口就是一个液阻，因 此，共形成了 4个阻值可控的液阻R、R2、R3和R4 ； Po为滑阀的输入, 5、P2为滑阀的输出，4边滑阀形成的液阻网络系统用可变液阻符号表 示如图5.2-2b所示。称该液阻网络为全桥液阻网络。液阻值的大小由移动阀芯来控制，移动阀芯的力可以是液压力、气压 力、电磁力或机械力。精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢79ybg| E II图1-7全桥液阴网堵图5.2-2全桥液

8、阻网络3 桥液阻网络桥液阻网络由3个液阻构成，由于其原理图形似希腊字母，故得其名。 桥液阻网络由Ri、&、Ra组成，它有1个输入控制口 qvi、Pi，两个输出控制口qva、P2和qvb、P3，类似半桥的分类方法，根据R-i、R2、R3为固定或可变液阻，可将 桥分为7种类型， 分别用C、D、E、F、G表示，各类桥液阻如图5.2-3ag所示，其中A型桥的3个液阻都是可变液阻，B、C、D型 桥均有两个可变液阻,1个固定液阻。E、F、G型 桥有1个可变液阻，2个固定液阻，因此,E、F、G型桥的结构最简单。1) A 10 I 桥UJ)(LU出 RLJJg“出)” LLUe) ESIjt#)(LU

9、图 5.2-3桥液阻回路5.2.2半桥液阻网络特性及应用1结构分析精品资料半桥液阻网络按照液阻为可变或固定及排列方式不同可将其分为4种类型，其中A型半桥2个液阻都是可变液阻，B型半桥的Ri是固定液 阻，R2是可变液阻，C型半桥的Ri是可变液阻，R2是固定液阻；D型半 桥的两个液阻Ri和R2都是固定液阻，只能作为分压网络使用。A、B、C、D四种半桥液阻网络原理如图 5.2-4a、b、c、d所示。P %仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11b) IS型半桥%PgftLBc> cas半轿缺少d2流量压力特性A型半桥液阻的流量压力曲线如图 5.2-4所示以y为参变量，qv f p的流量

10、压力特性曲线如图 5.2-4所示，图中 横坐标为p，纵坐标为qv，参变量y的值从-1至1，该曲线族表示y为 常数时，半桥液阻网络输出口压力与输出流量的关系。显然，输出口压力增加时，输出流量必然减小，流量压力特性曲线越 平坦，说明输出流量受外载荷的影响较小。图5.2-4半桥液阻的流量压力曲线3.压力增益半桥液阻的压力增益曲线如图5.2-5所示图5.2-5半桥液阻的压力增益曲线Mmio to 半新曲1.0r Cl'J VP- NW曲蛭A型半桥液阻的流量增益曲线如图5.2-6所示0. 75*() so12-5 N中半桥？ = X刃亀钱族5.2-6半桥液阻的流量增益曲线精品资料5.半桥液阻在元

11、件中的应用半桥液阻网络目前广泛用在液压控制阀和泵的先导控制回路中，或在 液阻网络中作为分压之用。（1）B型半桥先导回路溢流阀图5.2-为广泛使用的B型半桥先导回路溢流阀的结构图，图5.2-为该阀结构原理图。该阀由主阀和先导阀组成，在主阀口到先导阀口之间安装 了一个液阻Ri，图5.2-7中当主阀进口压力低于溢流阀调定压力时，主阀 和先导阀在各自弹簧力的作用下处于关闭状态，此时液阻R没有油液流过，主阀进口压力Pi和先导阀口压力相等，主阀芯上下端压力也相等。当Pi增加，使作用在先导阀芯右端的液压力大于先导阀芯左端的弹簧力，先导阀打开，油液通过 Ri和先导阀口流回油箱，此时 Ri前段的压力:+ 1-7

12、 、二璋itild氏培构用一5“事*1*t*-*側It悯样 丁 -孔# 闻協 r« F暑Li-Pi大于Ri后端的压力P2，且压力差 P Pi P2随着先导流量的增加而加 大，当此压力差达到一定值时，主阀在该压力差的作用下克服主阀弹簧力 向上移动，主阀打开，大量的油液通过主阀口流回油箱，使主阀进口压力 不再增大，实现液压系统的安全保护。2-K Y2即港St阀廉理图图5.2-7半桥液阻回路稳态特性对于图5.2-7a所示的溢流阀结构，在先导回路中，第一个液阻是固 定液阻Ri，第二个液阻为先导阀口是可变液阻R2。对先导回路而言，主 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢ii精品资料阀芯是

13、先导回路控制的执行元件，主阀芯上腔的压力由先导回路控制输出 口压力P2决定。显然，这是一个典型的 B型半桥先导回路。该阀的稳态压力流量特性曲线如图5.2-8所示。图中Pc为先导阀开启压力，Pt为溢流阀通过额定溢流量时的压力，称p Pt Pc为稳态压力超调量，P P/ Pt称为稳态压力超调率。由于稳态液动力和弹簧力的影 响，这种阀存在较大的稳态压力超调量，一般溢流阀的稳态压力超调率为10% 17%0HOUSl 罕常討，I b 1Jtw w A- «10仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢i15溢流阀的稳态特性曲线忽略作用在先导阀芯上的稳态液动力，可写出阀芯的力平衡方程、液 阻的

14、压力流量方程以及流量连续性方程。先导回路液阻及先导阀口的压力流量方程qvi G . Pi P2(2-7)qv2 by、P2(2-8)先导阀芯力平衡方程P2A3 k(yi y)(2-9)主阀芯力平衡方程(2-10)P1A1 p2 A2 k1(x1 x) k2xP1主阀口压力流量方程qvz dx, P1(2-11)qV qV1 qVz ( 2-12)式中Ci液阻Ri的液导（m4s 1 N 0.5）;b先导阀阀口系数（m3 s 1 N 0.5）;bi主阀阀口系数（m3s 1 N 0.5）;y先导阀口轴向开口量（m）, by为该阀口的液导；A、A主阀下端和上端有效作用面积 （m2）；A3先导阀座有效面

15、积；k先导阀弹簧刚度（N /m）;yi 先导阀弹簧预压缩量（m ）；x主阀口轴向开口量；ki 主阀弹簧刚度（N / m）；Xi主阀弹簧预压缩量（m）；k2主阀稳态液动力系数（m）；根据上述6个方程，可以解出pi与qv的函数关系，但该方程组为非 线性方程，难以直接计算，通过将上述方程线性化，然后确定qV与pi之间的关系，任取qv qvo、Pi Pio作为稳定工作点进行讨论。将式（2-7）式（2-i2 ）进行线性化，并考虑到稳态时 qvi qv2，得 到qvidi(PiP2)(2-i3)qVid2yd3 P2(2-i4)P2A3 ky(2-i5)P2d4Pid5 x (2-i6)qVzdePid7

16、 x (2-i7)qvqviqvz (2-i8)联立以上线性化后的6个方程，即可得到qv与pi的函数关系5.2.3全桥液阻网络特性及应用i结构分析全桥液阻网络可以看作是两个半桥液阻网络的组合，全桥液阻网络共 有9种结构形式，各种全桥液阻网络如 图5.2-8ai所示。图中，空心箭头 代表该液阻的阻力随y值的增加而减小，而实心箭头代表该液阻的阻力随 y值的增加而增大。A A型全桥液阻网络由两个 A型半桥并联而成， A B型全桥液阻网络左边是 A型半桥液阻网络，右边是 B型半桥液阻网 络，其他全桥液阻网络的名称也是一样，分别表示由两个半桥液阻网络并 联而成。.用潸瀏构我的川人申牛怖祐昭网空a 3诗.

17、T用D 用時橋购建的犁全桥酒阴闸络精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢21r1lL 户山R LU图* 5用瞬阀构廉的AH-甲令桥敢隔网竭r手曲“彳ZI1 ±T'lSJj"7uji_iAob)m 3-6川希阀构成的A *o些年桥料阻财培居必以k?ZH<4 ，v»h r1lTj 7.L-U用滑阀阀成的R+R舉令桥液阻网络卜Y/Z ：. 卜- "J'Zy：* /八山aja)閤3-W 用滑陽崗城的C+C型全桥幟阻网堵备VII用滑阀的诫嗨C1D醴乍椅液阳网络图5.2-8全桥液阻回路2流量压力特性全桥液阻网络有2个输出控制口，用

18、于分别控制液压缸的两瑞，研究 液阻网络的特性是为了更好地对液压缸进行控制，因此首先要了解控制液 压缸运动的一些基本要求。(1) 液压缸的运动速度与阀芯的位移成线性关系，以便提高液压缸的控 制精度，简化控制方法。(2) 液压缸的运动速度受负载的干扰小，即当液压缸的负载变化时，液 比缸的运动速度尽可能保持不变。(3) 液压缸速度曲线零位死区小。(4) 阀芯在零位时，泄漏小。分析全桥液阻网络的特性时，主要分析负载流量(与液压缸速度成正 比)、负载压力与阀芯位移的关系。下面以A+A型全桥液阻网络为例，分析其流量压力特性，A+A型全娇液阻网络如 图312所示。设液阻为棱边型液阻，可写出流量压力方程qvL

19、 b(y。y)P02PL b(y。丫屮罗' (3-14)式中qvL 进入和流出液压缸的流量，称为负载流量。式(314)是对称且匹配的四通滑阀的一般表达式，仍然以阀口预开口量yo为阀口开度的参考量，以恒压进油压力Po为控制压力的参考量，控制流量的参考量按最大流量计算，即R2阀口全关，y yo，负载压力pl 0,而控制阀Pi和P2的压力为Po/2，此时qV maxb（y° yo）、2byoPo（3-15）将式(314)两边分别除以qvmax和、2by Po，令y y/y°， qvL qvL /qv max , Pl Pl/Po，则有 1 1qvL 2（1 y） 1 Pl

20、 2（1 y）、1 Pl （ 3-17）式(3 17)是A+A型全桥液阻网络的量纲一的流量压力公式。表3 1列出了各种全桥液阻网络的流量压力特性公式。全桥液阻的流量压力曲线如图5.2-9所示图5.2-9全桥液阻的流量压力曲线表LI辛桥液阴网曙潦莹压力特性方程时的盍食”力特样辭t"A4A砺仆7沪-円A+C'il -Bjfin, - 77T-(1 -刃Pi匚 a + fjjl-pl-ll r订陥 h jF】Pt£i = d】-Pi -( -P»打！ * Piflu-(1 - *)JL-<i - yjJT7 -u划 J云屮L>f4J_W 7P1 -

21、7r 內 斗严X科占二R L J耳C+cTri * JPiJ>Vf Plc+i>?i i =fi + 貢-Fi J恳? L*厂岛3静态特性参数对称系统特性线族如图5.2-10所示图5.2-10对称系统特性线族 特性参数1. A+A型全桥液阻网络流量增益当供油压力恒定，负载压力为常数时，全桥液阻网络的负载流量与阀 芯位移的关系称为负载流量一位移特性，即q/L Wcon stA+A型全桥液阻网络的负载流量一位移特性如图3 16所示。显然，负载流量一位移特性是直线族，但负载压力不同时，各直线的斜率是不同精品资料的。当Pl 0时，负载流量与阀芯位移的关系称为空载流量特性，表示为qvL f(

22、y) pl 0。空载流量特性曲线的斜率 匹|pL 0反映了流量qvL随y变y化的灵敏度。对于全桥液阻网络，当 pl 0和y=0时，定义流量特性曲线的斜率为流量增益Co，它是全桥液阻网络的特征参数。(3-14)仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢23对于A+A型全桥液阻网络，由方 程(3-14)两边分别对qvL和y求偏 导数，有qvLPo Pl2y.Po Pl2经整理得C0A A(3-35)图儿m醴全桥说屜Tt移特性曲找2. A+A型全桥液阻网络压力增益特性当供油压力恒定，负载流量为常数时，负载压力与阀芯位移的关系称为负载压力一阀芯位移特性，表示为 Pl f (y) qVL const ,

23、如图3 13和 图315所示。当负载流量为零时，负载压力与阀芯位移的关系称为压力增益特性，表示为Pl f (y)牡o。压力增益特性曲线的斜率 旦qVL 0反映y压力Pl随y变化的灵敏度，在曲线的不同点，其斜率是变化的。对全桥 液阻网络，定义qVL 0和y=0时，压力增益特性曲线的斜率为压力增益 e。，压力增益eo也是全桥液阻网络的特征参数。eo 二 qVL y 0( 3-36)y对于A+A型全桥液阻网络，由方程(314)两边分别对Pl和 y求偏导数，整理得eoA A(3-38)Pl2 Po-qVL y Pl 02yy03. A+A型全桥液阻网络的流量压力特性供油压力恒定，负载流量与负载压力、阀

24、芯位移的关系称为流量压力特性。表示为qvL f ( Pl, y)，如图3 17所示。阀芯位移一定时，流量 压力特性曲线的斜率qVL y const反映流量随压力Pl变化的灵敏度，在曲Pl线的不同点，其斜率是变化的对全桥液阻网络，定义qVL 0、Pl 0和y=0的斜率为流量压力系数k0，它也是全桥液阻网络一个重要的特征参数k_qVLMy Pl 0Pl对式(3-14)两边求偏导数，并将 Pl y 0代入得q：yPl 0by°N3-t7 A+A昱全聊龍压力特性曲罐上面从式(3 14)直接推导出了 A+A型全桥液阻网络特性参数，即压 力增益、流量增益和流量压力系数，其他类型全桥液阻网络的特性

25、参数也 可以依此方法得到。但还有一种更简便的方法计算全桥液阻网络的特性参 数，如前所述，全桥是由半桥组合而成的，全桥的压力增益和流量增益可 将半桥特型参数按叠加法则计算。(1) 全桥液阻网络的压力增益等于2个半桥液阻网络的压力增益之代数和。(2) 全桥液阻网络的流量增益等于2个半桥液阻网络流量增益的平均值。注意到C型半桥，随着阀芯位移 y的增加其可变液阻的阻值是减小 的。而且本章的c型半桥，随着阀芯位移 y的增加，其可变液阻的阻值是 增加的，因而本章 C型半桥的压力增益和流量增益为正值。另外D型半桥无可变液阻，其压力增益和流量增益力零。按叠加法则求得的9类全桥液阻网络特性值如 表3 2所示。精

26、品资料全桥类型压力增蛙昨凝最增益耳涛層压力系数舄公式式5.2-1非对称系统特性线族如图 5.2-11所示图5.2-11非对称系统特性线族特性参数公式式5.2-2作为控制型液阻网络，除了要求有大的流量增益和压力增益外，为了 使被控液压件按照给定的速度曲线运行，还希望全桥液阻网络具有对称结 构，使两个方向的控制信号能产生数值相同、符号相反的负载压力和负载 流量，以便简化控制算法。从卜述两点出发，A+A型全桥液阻网络就成为液压伺服阀主阀普遍选用的液阻网络结构形式。其次是B+B型液阻网络在伺服阀的先导级中有效广泛的应用。C+C型全桥液阻网络特性参数虽然与B+B型全桥液阻网络相同，但当 C+C型全桥液阻

27、网络的可变液阻 关闭时，两个控制口通过固定液阻与油箱相通，存在不可控性，因而公程 上一跋不用C+C型全桥液阻网络作为控制网络。至于其他的全桥液阻网络，如A+D、B+D、C+D型全桥液阻网络，由于结构的非对称性为非线性特性，使得精确的运动控制算法变得复杂，所 以在伺服控制中一般不予采用。但随着控制理论与计算机技术的不断进 步。可以通过控制算法来弥补这些全桥液阻网络由于其非对称性和非线性 特性引起控制精度不高的缺陷，而且这些全桥液阻网络由于可变液阻少， 机械加工简单，可以降低伺服阀的费用，相信它们在将来会有一定的发 展。4. 全桥液阻在元件中的应用层流阻力回路，采用和锐边控制缝隙类似的办法，至V处

28、下列表达式作为全桥的系统特性值：公式式5.2-3(1)直接位置反馈型电液伺服阀直接位置反馈型电液伺服阀的主阀芯与先导阀芯构成直接位置比较和反馈，其工作原理如图7.25所示。图中，先导阀直径较小，直接由动圈式力马达的线圈驱动，力马达的输入电流约为0±300mA。当输入电流1=0时，力马达线圈的驱动力Fi=0，先导阀芯位于主阀零位没有运动；当输入电流逐步加大到l=300mA时，力马达线圈的驱动力也逐步加大到约为40N，压缩力马达弹簧后，使先导阀芯产生位移约为4mm ;当输入电流改变方向，I=-300mA 时，力马达线圈的驱动力也变成约-40N，带动先导阀芯产生反向位移约-4mm。上述过程

29、说明先导阀芯的位移x芯与输入电流I成比例，运动方向与电流方向保持一致。先导阀芯直径小，无法控制系统中的大流量；主阀芯的阻 力很大，力马达的推力又不足以驱动主阀芯。解决的办法是，先用力马达比例地驱 动直径小的导阀芯，再用位置随动(直接位置反馈)的办法让主阀芯等量跟随先导 阀运动，最后达到用小信号比例地控制系统中的大流量之目的。4H'1HnE«ax AAl- 1主*节礼、#KaL3i.n£2ffi7 25直接四反13型电桃伺服肿工作淑2图设计时，将主阀芯两端容腔看成为驱动主阀芯的对称双作用液压缸，该缸由先 导阀供油，以控制主阀芯上下运动。由于先导阀芯直径小，加工困难，为

30、了降低加 工难度，可将先导阀上用于控制主阀芯上下两腔的进油阀口由两个固定节流孔代替，这样先导阀可看成是由两个带固定节流孔的半桥组成的全桥。为了实现直接位置反馈，将主阀芯、驱动油缸、先导阀阀套三者做成一体，因此主阀芯位移XP (被控位移)反馈到先导阀上，与先导阀套位移x套相等。当导阀芯在力马达的驱动下向上运动产生位移 x芯时，导阀芯与阀套之间产生开口量X芯-X套，主阀芯上腔的回油口打开，压差驱动主阀芯自下而上运动，同时先导阀口在反馈的作用下逐步关 小。当导阀口关闭时，主阀停止运动且主阀位移XP=X "X芯。反向运动亦然。在这种反馈中，主阀芯等量跟随先导阀运动，故称为直接位置反馈。图7.

31、26(a)是DY系列直接位置反馈型电液伺服阀的结构图。上部为动圈式力马达，下部是两级滑阀装置。压力油由P 口进入，A、B 口接执行元件，T 口回油。由动圈7带动的小滑阀6与空心主滑阀4的内孔配合，动圈与先导滑阀固连，并用两个 弹簧8 9定位对中。小滑阀上的两条控制边与主滑阀上两个横向孔形成两个可变节 流口 11、12。P 口来的压力油除经主控油路外，还经过固定节流口3、5和可变节流口 11、12,先导阀的环形槽和主滑阀中部的横向孔到了回油口，形成如图7.26(b)所示的前置液压放大器油路(桥路)。显然，前置级液压放大器是由具有两个可变节流口 11、12的先导滑阀和两个固定节流口3、5组合而成的

32、。桥路中固定节流口与可变节流口连接的节点 a、b分别与主滑阀上、下两个台肩端面连通，主滑阀可在节点压力作用下运动。平衡位置时，节点a、b的压力相同，主滑阀保持不动。如果先导滑阀在动圈作用下向上运动，节流口11加大，12减小，a点压力降低，b点压力上升，主滑阀随之向上运动。由于主滑阀又兼作先导滑阀的阀套（位置反馈），故当主滑阀向上移动的距离与先导滑阀一致时，停止运动。同样，在先导滑阀向下运动时，主 滑阀也随之向下移动相同的距离。故为直接位置反馈系统。这种情况下，动圈只需 带动小滑阀，力马达的结构尺寸就不至于太大。n-.26 Dl型岂施剛？阀闵儲构阍】谡】前詈製技压沁尊抽路电液呵履阀糯】一闵卞1

33、2 真3同示节流口 I主樓阀* 6 f-纱圈何:障”S-T距 鼻丄器臥】7钢冰:久磁刃6 以可变节我口以滑阀作前置级的优点是：功率放大系数大，适合于大流量控制。其缺点是：滑阀阀芯受力较多、较大，因此要求驱动力大；由于摩擦力大，使分辨率和滞环增 大；因运动部分质量大，动态响应慢；公差要求严，制造成本高。（2 ）喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀喷嘴挡板式电液伺服由电磁和液压两部分组成，电磁部分是一个动铁式力矩马 达，液压部分为两级。第一级是双喷嘴挡板阀，称前置级（先导级）；第二级是四 边滑阀，称功率放大级（主阀）。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢27精品资料由双喷嘴挡板阀构成的前置级如图7.2

34、7所示，它由两个固定节流孔、两个喷嘴和1个挡板组成。两个对称配置的喷嘴共用一个挡板，挡板和喷嘴之间形成可变节流口，挡板一般由扭轴或弹簧支承，且可绕支点偏转，挡板的由力矩马达驱动。当挡板上没有作用输入信号时，挡板处于中间位置一一零位，与两喷嘴之距均为X0,此时两喷嘴控制腔的压力Pi与P2相等。当挡板转动时，两个控制腔的压力一边升高，另一边降低，就有负载压力Pl（Pl=Pi-P2）输出。双喷嘴挡板阀有四个通道（一个供油口，一个回油口和两个负载口），有四个节流口 （两个固定节流孔和两个可变节流孔），是一种全桥结构。力反馈型喷嘴挡板式电液伺服的工作原理如图7.28所示。主阀芯两端容腔可看成是驱动主滑阀

35、的对称油缸，由先导级的双喷嘴挡板阀控制。挡板5的下部延伸一个反馈弹簧杆11，并通过一钢球与主阀芯9相连。主阀位移通过反馈弹簧杆转化为弹性变形力作用在挡板上与电磁力矩相平衡（即力矩比较）。当线圈13中没有电流通过时，力矩马达无力矩输出，挡板5处于两喷嘴中间位置。当线圈通入电流后，衔铁3因受到电磁力矩的作用偏转角度0,由于衔铁固定在弹簧管 12上，这时，弹簧管上的挡板也偏转相应的0角，使挡板与两喷嘴的间隙改变，如果右面间隙增加，左喷嘴腔内压力升高，右腔压力降低，主阀芯9 （滑阀芯）在此压差作用下右移。由于挡板的下端是反馈弹簧杆11,反馈弹簧杆下端是球头，球头嵌放在滑阀9的凹槽内，在阀芯移动的同时，

36、球头通过反馈弹簧杆带动上部的挡板一起向右移动，使 右喷嘴与挡板的间隙逐渐减小。当作用在衔铁-挡板组件上电磁力矩与作用在挡板下端因球头移动而产生的反馈弹簧杆变形力矩（反馈力）达到平衡时，滑阀便不再移 动，并使其阀口一直保持在这一开度上。该阀通过反馈弹簧杆的变形将主阀芯位移 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢27精品资料反馈到衔铁-挡板组件上与电磁力矩进行比较而构成反馈，故称力反馈式电液伺服 阀。通过线圈的控制电流越大，使衔铁偏转的转矩、挡板挠曲变形、滑阀两端的压 差以及滑阀的位移量越大，伺服阀输出的流量也就越大。11;51-永罠舉鴨2. 4-导鶴ft：,5-6. “鹅品T-周定节流孔,

37、524 n桥液阻网络特性及应用1结构分析图5.2-12为F型 桥液阻网络的结构图，该液阻网络的Ri和R3是固定液阻，R2是锥阀口，为可变液阻。在系统液压力pi产生的推力小于弹簧力时，锥阀口关闭，R2的阻值为无穷大，回路没有流体通过。当系统液 压力pi产生的推力大于弹簧力时，锥阀口打开，R2的阻值变小，流体通过Ri、R2、R3流回油箱。就整个回路而言，锥阀口开度越大，总的液阻 就越小，在进口压力 pi基本不变的情况下，通过锥阀的流量就越多。在 图5.2-i2a中，P2作用在锥阀上，P3作用在与锥阀相联的活塞左端面， P2与P3的作用都是推阀芯右移。阀芯右边是弹簧力，当P2与P3产生的作用力与弹簧

38、力平衡时，阀芯处于稳定状态，此时流过液阻Ri、R2、R3的流量相等。当通过该回路的流量因某种扰动而增加时，P2的值将减小，P3的值将增加，在P2与P3的共同作用下，阀芯是向左移，还是向右移，主要取决于Ri、R3的阻值以及P2、P3作用的面积A和A。若将图5.2- 12a中的锥阀口抽象为 图5.2-12b中的可变液阻 &和面积等于锥阀座面积 的小活塞，并且R2的阻值受阀芯运动的控制，显然图 5.2-12b为F型 桥 液阻网络，两个控制口分别为P2与P3，这种回路的流量压力特性Pi f(qvi)，根据Ri、Rb的配置不同，F型 桥液阻网络可获得2种不同 的特性，即当qvi增加时，Pi可以增

39、加或保持不变。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢29b) KS兀桥液阿址结构| *1 _Jj-：幻匸-b测或圍图缢右F型贰桥液阻网络结构巧示意图图5.2-12 F型桥的结构与半桥液阻网络相比，桥液阻网络具有更优越的控制特性。半桥液阻网络具有的特性，桥液阻网络都具有。除此以外，桥液阻网络还具有一些独特的特性，这些特性是半桥液阻网络不可能具有的。以溢流阀来精品资料说，以半桥为先导控制网络的溢流阀存在一个正的稳态调压偏差，而以 桥为先导控制网络的溢流阀可根据先导回路结构参数的不同，使其稳态调 压偏差为正或为零。2控制对称液压缸的流量压力特性桥液阻网络的特点是：(1) 用 桥液阻网络控制对称液

40、压缸时，只能控制液压缸的单向运动，当与弹簧等外力配合时，则能控制液压缸的双向运动。(2) 桥液阻网络有两个输出控制口。(3) 在输入参数pi不变的情况下，调节可变液阻的阻值，可同时调节两 个输出控制口参数P2、qva和P3、qvb。(4) 桥液阻网络根据液阻参数的不同设计，可实现多种不同的控制目 的。3. 控制不对称液压缸的流量压力特性桥液阻网络的特点是：当用桥液阻网络控制不对称液压缸时，能控制液压缸的双向运动。4. n桥液阻在元件中的应用(1 )冗桥液阻在G型桥溢流阀中的应用G型 桥溢流阀的工作原理如图 5.2-13所示。与一般的溢流阀相似，G型 桥溢流阀由主阀和先导阀组成，主阀为插装阀结构

41、，所不同的是先 导阀结构。图中1为主阀芯，2为主阀弹簧，3为先导阀芯，4为先导阀 弹簧。液阻R1、R2为固定液阻，先导阀阀口是可变液阻，改液阻用R3表示，G型 桥溢流阀的先导液阻网络如 图5.2-所示。液阻R4的作用是改善 溢流阀的动态特性，稳态时，qv4 0，因而稳态分析时可不考虑 R4的作 用，而认为P3 P4。溢流阀的开启压力由先导阀弹簧 4的弹簧力决定，作用在先导阀组件 轴向的外力主要有3个，即弹簧力、先导阀芯组件左端面的液压力P2和阀芯中部液压力P3，当先导阀未打开时，液阻 Rf、R2中没有油液流过， 故P1 P2 P3，此时P2A3 P3A4 kx1(5.2-)式中A3 先导阀组件

42、左端受压面积；A D2/4;D活塞直径；A4 先导阀组件中部受压面积；2 2A (D d )；44D先导阀阀口直径；xi 先导阀弹簧预压缩量；k先导阀弹簧刚度。因P2 P3，故有p2(A3 A4 ) kxi( 5.2-)即 卩2 kx14当阀的进油压力增加，使 P2 d2/4 kxi时，先导阀处于开启的临界状 态，若进口压力进一步增加，则先导阀打开，此时先导回路有油液流过， Pi P2 P3。作用在主阀下腔的压力为 Pi，主阀上腔的压力为P3，当PiAi P3A2 ki yi式中Ai主阀下端受压面积；A2 主阀上端受压面积；yi 主阀弹簧预压缩量；ki 主阀弹簧刚度。主阀为开启的临界状态，若P

43、 Pi P3继续增加，则主阀开启，实现主阀溢流。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢31精品资料图5| G申N桥溢流阀療理I主髀芯2-r.阀欝 j先导繭芯5-2 G型朮桥溢葩阀等效關理图45t伴斓禅鶴5- WW«H稳态特性对于图5-1所示G型 桥溢流阀，忽略先导阀口的稳态液动力，可写 出先导回路液阻和先导阀口的流量压力方程qV1G ： pip2（2）qV2by； P2 P3（3）qV3c2 ： p3（4）先导阀芯力平衡方程P2A3 P3A4 k" y） （ 5）主阀口流量压力方程qvz bix pi（6）qV qV1 qVz （ 7）主阀芯力平衡方程P1A1 P2A

44、2 ki（xi x） kzxpi （8）式中 G、C2液阻Ri、R2的液导（m4s 1 N 0.5）;b先导阀阀口系数（m3 s 1 N 0.5）;b1主阀阀口系数（m3s 1 N 0.5）;y先导阀口轴向开口量（m）, by为该阀口的液导；A、A2主阀下端和上端有效作用面积 （m2）;A3 作用在先导阀芯左端的有效面积；A4作用在先导阀芯中部的有效面积；k先导阀弹簧刚度（N /m）;Vi 先导阀弹簧预压缩量（m）;x主阀口轴向开口量，bix为主阀口的液导；ki 主阀弹簧刚度（N / m）；x1主阀弹簧预压缩量（m）；k2主阀稳态液动力系数（m）；根据上述7个方程，可以解出pi与qv的函数关系

45、，但计算公式复 杂，难以得到直观的函数表达式，通过计算机对稳态特性进行分析。因为G型 桥溢流阀的主阀由先导阀控制，若先导阀流量已知，贝U 根据先导回路液阻的流量压力方程和先导阀芯力平衡方程，可求得先导回 路各点压力Pi、P2、P3。根据Pi、P3的值，由主阀芯力平衡方程式（5-8）可求得主阀阀口开口量 x，然后由式（5-6）求得主阀口溢流量qvz，再由 式（5-7）求得总溢流量qv，最后得到Pi f （q）的特性曲线。稳态时，通过先导回路 3个液阻的流量相等，故有qvi qv2 qv3。b（ P2A3 P3A4 kyi） : /口 “、qvi V P3 （5-i2）kqvz bix. Pi （

46、5-i4）将式（5-i2）和式（5-i4）代人式（5-7）可求得qv与Pi的函数关 系，相应曲线可由计算机仿真得到如图5-3所示。图5-3的有关参数如表5-1所示。改变液阻R2的小孔直径，也即改变 参数C2的值，得到的一组流量压力特性曲线如图 5-3所示。图中横坐标为 流量，纵坐标为压力。网5-3参数©不同旳溢流阀的滾就压力特性Is 1 沖小 2-27X10*m*sJ, N皿JX 10- s 1 * N ' 4占X IO-* m* s 1 N"疔一6 5.4X10 * tn" t £-' * N从表5。型M桥潘流阀主要荐数霧数值參粗ft2

47、.2 X IQ1B-5.4XI0-*bj(ms列1 053X10 1bl (m1 - s'1.57X10*Ajm134X LO43.8 X 10 *0.503X10"At or'0306X10Jt/ <N m ')4,52 X IQ*if m订<11136*O.OL6 50000 87从图5-3可以看出，溢流阀的压力流量特性是随着先导回路参数的改 变而改变的，根据参数配置的不同，其流量压力特性可以呈现3种形式:（1）随着溢流量的增加，溢流阀的控制压力增加（曲线 4和5）。（2）溢流阀控制压力保持横值，不随溢流量的增减而变化（曲线3）。（3）随着溢流

48、量的增加，溢流阀的控制压力反而减小（曲线 1和 2）。动态特性分析G型桥溢流阀的结构简图见 图5-1，根据阀内各腔流量连续性方程和 阀芯的受力和阀芯的受力平衡方程，可得溢流阀动态数学模型如下dpidtKt?/、(qv qv1 qvz A1 x) ( 5-57)V1dp2dtK?(qV1 A3 y qV2) ( 58)V2dtK?-(qV2 qV4 qV3 A4 y) ( 59)dp4dtK?(A2 x qv4)V4(60)m1与唱dt dtkdiyp2 A3p3 A4 F1(61)d 2x r dx f2 dt2 dt泵的输出流量（kd2yP1A1p4A2 F 2(62)qv31 ms )；x

49、，y主阀和先导阀阀芯位移（F2 先导阀和主阀弹簧与压缩力（N）;A、A2主阀下端和上端有效作用面积（m2）；A3、A先导阀左端和中部的有效作用面积（m2）；y、V2、V3、V4 图5-1中各容腔的体积（m3 ）；m1> m2先导阀芯和主阀芯的质量（kg）；Kt 综合体积模量（Nm 2 ）；f2 先导阀芯和主阀芯的粘性阻尼系数（ N sm 1 ）仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢37精品资料kdi、kd2先导阀和主阀阀口稳态液动力等效当量弹簧刚度1(N m )；k、ki先导阀和主阀弹簧刚度(Nm 1) 动态特性仿真根据上节建立的数学模型，若令x0 pi、x1 p2、x2 p3、x3

50、 p4、x4 x、x5 x、x6 y、x7 y，就可得到系统的状态方程，设输出变量为Pi。系统的参数见表5-2<5-2 G型托桥潘谎阀动态仿真律数雾敷名称摆数名称势数名称»/(«* * *)LSXIO'F(/N33X1C1%67X10 lK/(N i.sxi(rF./K1 "1胪Aj/m35 (I1X |fl 16.47X 10*djm1,4X103.06X10、4.52X10'pF Ik兽m K.5X1&13.1X10"*/m5 ox in JK?/mJ3.8X 10*3.8X10*LOX 10-Pj/mJ1.4XHT*D

51、/m$,()X10 3科皿6.KX10JKJm32.4X10*2.0 X IQ2(N S * TT)5.0X10/j/ (?a * s2.7X10 Jl.OX ID J/；/(N s m )7.5X1O!5“ JWJ6.2 X101如3亍G型 桥溢流阀的动态特性与先导回路的液阻参数密切相关，在G型桥溢流阀的其他参数不变时，改变先导液阻R2的小孔直径d2，能得到不同的G型 桥溢流阀动态特性，图5-4图5-6为G型 桥溢流阀在不 同直径时的动态特性仿真结果。 图5-4中的d2 0.9mm ,此时G型 桥溢 流阀具有正的稳态调压偏差，图5-5中的d2 0.8mm，图5-6中的d2 0.7m m，此时

52、G型 桥溢流阀的动态特性变差，如再减少d?的值，则阀的动态特性不稳定。仿真研究表明，在稳态调压偏差为正或为零时，G型桥溢流阀具有较好的动态特性，在稳态调压偏差从零往负的方向变化时，G型 桥溢流阀动态特性出现不稳定。氏3£艮»汀厂呼j与 灯甲X聊洎渝阀旳拱符性怙翼n 5D i舗 I Lud話出EI5 fr I；甲挤iii炭阀功奇特牲苗奠££*£«(2 )冗桥液阻在F型桥溢流阀中的应用F型 桥溢流阀的工作原理如图 5.2-13所示，它也是由先导阀和主阀 构成，主阀结构与G型 桥溢流阀相同，不同的是先导阀结构，在先导 回路中，第一个液阻是固定液阻 &，第二个液阻是先导阀口，为可变液 阻R2，第三个液阻是固定液阻 R3，先导回路液阻网络是 F型 桥，故称 此溢流阀为F型桥溢流阀。该溢流阀的工作原理为：溢流阀进口压力Pi作用在主阀芯下端，压力P2作用在主阀芯的弹簧端，压