第三章 电液控制基础课件

1、电液控制电液控制基础基础 机电液伺服系统及设计机电液伺服系统及设计 电液控制电液控制基础基础 电液控制技术简介电液控制技术简介 液压控制阀概述液压控制阀概述 液压动力机构液压动力机构 电液伺服阀电液伺服阀主 要 内 容主 要 内 容电液控制电液控制基础基础3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介 电液控制系统主要由指令元件、比较元电液控制系统主要由指令元件、比较元件、控制放大器、电液控制阀、液压缸件、控制放大器、电液控制阀、液压缸（或液压马达）、负载和检测元件组成。（或液压马达）、负载和检测元件组成。比较元件比较元件被控量被控量指令指令元件元件检测元件检测元件控制控制放大器放大器电液电液控制阀

2、控制阀液压缸液压缸/ /马达马达和负载和负载电液控制系统组成电液控制系统组成电液控制电液控制基础基础指令元件指令元件 可以是信号发生器、电位计、计算可以是信号发生器、电位计、计算机或其他电子器件；根据系统动作的机或其他电子器件；根据系统动作的需要发出相应的电压信号。需要发出相应的电压信号。 若采用计算机，可由计算机软件发若采用计算机，可由计算机软件发出相应的指令，由出相应的指令，由D/AD/A转换成电压信转换成电压信号。号。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础比较元件比较元件 将控制信号与反馈信号得出偏差将控制信号与反馈信号得出偏差

3、信号。一般由包括在控制放大器内信号。一般由包括在控制放大器内的运算放大器完成。的运算放大器完成。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础控制放大器控制放大器 根据配用的电液控制阀的不同，根据配用的电液控制阀的不同，有伺服控制器、比例控制器或开关有伺服控制器、比例控制器或开关式放大器等。它将输入的电压信号式放大器等。它将输入的电压信号转换成电流信号，并包括各种补偿转换成电流信号，并包括各种补偿环节和功率放大装置等。环节和功率放大装置等。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础电液控

4、制阀电液控制阀 可以是电液伺服阀、电压比例阀可以是电液伺服阀、电压比例阀或电液数字阀，它包括电或电液数字阀，它包括电机械转机械转换器及液压阀两部分，可将输入的换器及液压阀两部分，可将输入的电流信号转换成液压量输出，液压电流信号转换成液压量输出，液压量即液流的压力及流量。量即液流的压力及流量。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础液压缸液压缸/

5、 /液压马达液压马达 是液压系统的执行元件，根据液压是液压系统的执行元件，根据液压控制阀输出液流的流量和压力使活塞控制阀输出液流的流量和压力使活塞或轴动作。它的运动部分与负载连接或轴动作。它的运动部分与负载连接在一起，有时内部装有位移传感器、在一起，有时内部装有位移传感器、压力传感器等检测元件。压力传感器等检测元件。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础液压缸液压缸-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础液压马达液压马达-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介

6、电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础负载负载 电液控制系统的负载就是控制电液控制系统的负载就是控制对象，它们和液压缸（或液压马达）对象，它们和液压缸（或液压马达）相连接并同时运动，它的输出量即相连接并同时运动，它的输出量即系统的控制量。系统的控制量。 -电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础检测元件检测元件 用以检测控制量的元件，如检测用以检测控制量的元件，如检测位移、速度、加速度、压力等。它包位移、速度、加速度、压力等。它包括传感器及其二次仪表，使被控量转括传感器及其二次仪表，使被控量转换为电压以便测量、反馈及显示等。换为电压以便

7、测量、反馈及显示等。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础 电液控制系统中的液压控制阀、液电液控制系统中的液压控制阀、液压缸及负载往往是装在一起的，控制压缸及负载往往是装在一起的，控制系统的性能和它们密切相关，这三者系统的性能和它们密切相关，这三者的组合一般称为液压动力机构。的组合一般称为液压动力机构。-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础计算机或微处理器计算机或微处理器被控量被控量键盘键盘检测元件检测元件控制控制放大器放大器电液电液控制阀控制阀液压缸液压缸/ /马达马达和负

8、载和负载CPUROMRAMD/A显示显示A/D计算机控制电液控制系统计算机控制电液控制系统-电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础 使用计算机控制时，由键盘将所需控制的使用计算机控制时，由键盘将所需控制的运动型式及数据输入计算机，根据已编制好的运动型式及数据输入计算机，根据已编制好的软件对电液控制系统进行控制。由于电压伺服软件对电液控制系统进行控制。由于电压伺服阀或比例阀都是用模拟电量进行控制的，因此阀或比例阀都是用模拟电量进行控制的，因此在计算机和放大器之间还需要用在计算机和放大器之间还需要用D/AD/A转换器将转换器将数字量转换为模

9、拟量。而检测元件输出的一般数字量转换为模拟量。而检测元件输出的一般是模拟电量，所以在检测元件和计算机之间还是模拟电量，所以在检测元件和计算机之间还要用要用A/DA/D转换器将模拟量转换为数字量。在数转换器将模拟量转换为数字量。在数控电液系统中，有关比较、补偿及优化、自适控电液系统中，有关比较、补偿及优化、自适应等功能往往可以用计算机软件完成，控制放应等功能往往可以用计算机软件完成，控制放大器部分只执行功率放大的功能。大器部分只执行功率放大的功能。 -电液控制系统组成电液控制系统组成3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础阀控系统阀控系统 由液压控制阀利用节流原理控制流由

10、液压控制阀利用节流原理控制流入液压缸的流量或压力；这种控制系入液压缸的流量或压力；这种控制系统应用比较普遍。它的动态响应较快，统应用比较普遍。它的动态响应较快，但系统的效率较低。但系统的效率较低。电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介按液压控制元件分按液压控制元件分电液控制电液控制基础基础泵控系统泵控系统指令指令信号信号检测元件检测元件控制控制放大器放大器电液电液控制阀控制阀液压泵液压泵变量机构变量机构变量变量泵泵液压缸液压缸/ /马达马达和负载和负载 由液压阀控制变量泵的变量机构，改变泵的由液压阀控制变量泵的变量机构，改变泵的流量或压力，使液压缸按要求运动。

11、流量或压力，使液压缸按要求运动。 这种控制系统功率损失小，效率较高，最高这种控制系统功率损失小，效率较高，最高可达可达90%90%，节能效益显著。但这种控制系统动态，节能效益显著。但这种控制系统动态响应较慢，只能用于动态性能要求不高的场合。响应较慢，只能用于动态性能要求不高的场合。 -电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础电液伺服控制系统电液伺服控制系统 用电液伺服阀作为控制阀的系用电液伺服阀作为控制阀的系统。这种系统动作灵敏、频带宽、统。这种系统动作灵敏、频带宽、精度高，但价格较贵，抗污染性较精度高，但价格较贵，抗污染性较差，效率较低

12、。差，效率较低。按电液控制阀分按电液控制阀分-电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础电液比例控制系统电液比例控制系统 用电液比例阀作为控制阀的系统。用电液比例阀作为控制阀的系统。这种系统抗污染性能好，在工业中应这种系统抗污染性能好，在工业中应用较广泛。但在动态性能要求较高时，用较广泛。但在动态性能要求较高时，不能满足要求。不能满足要求。 -电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础数控电液系统数控电液系统 用数字式液压控制元件控制的系统。用数字式液压控制元件控制的系统。采用的数字式液

13、压控制元件可以是数采用的数字式液压控制元件可以是数字阀、数控液压缸、数控马达或数控字阀、数控液压缸、数控马达或数控泵等。这种系统可直接用计算机或微泵等。这种系统可直接用计算机或微处理机控制。处理机控制。-电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础位置控制系统位置控制系统速度控制系统速度控制系统加速度控制系统加速度控制系统压力控制系统压力控制系统力控制系统力控制系统其他物理量控制系统其他物理量控制系统按被控物理量分按被控物理量分-电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础开环控制系统开环控

14、制系统 这种控制系统的被控量不再反馈到输这种控制系统的被控量不再反馈到输入端与指令信号相比较，因此有了误差入端与指令信号相比较，因此有了误差后无法纠正，控制精度比较低，但它不后无法纠正，控制精度比较低，但它不存在稳定性问题，调试方便，价格比较存在稳定性问题，调试方便，价格比较便宜。便宜。 被控量被控量指令指令元件元件控制控制放大器放大器电液电液控制阀控制阀液压缸液压缸/ /马达马达和负载和负载按反馈与否分按反馈与否分-电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础闭环控制系统闭环控制系统 电液控制系统绝大部分都采用闭电液控制系统绝大部分都采用闭

15、环控制。它将控制量转换成电信号并环控制。它将控制量转换成电信号并与指令信号相比较，再根据偏差进行与指令信号相比较，再根据偏差进行控制。这种控制系统控制精度较高，控制。这种控制系统控制精度较高，但因闭环控制存在稳定性问题，所以但因闭环控制存在稳定性问题，所以测试比较困难。测试比较困难。-电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础连续控制系统连续控制系统 有时也称模拟量控制系统。此控制有时也称模拟量控制系统。此控制系统中各变量均为时间的连续函数，系统中各变量均为时间的连续函数，目前一般电液控制系统中大都采用这目前一般电液控制系统中大都采用这种连

16、续信号进行控制。种连续信号进行控制。按控制信号形式分按控制信号形式分-电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础离散控制系统离散控制系统 有时也称数字量控制系统。这种有时也称数字量控制系统。这种控制系统中信号是用脉冲或数码形式控制系统中信号是用脉冲或数码形式实现的，它是时间上离散、幅值上量实现的，它是时间上离散、幅值上量化的信号。数字计算机控制的系统是化的信号。数字计算机控制的系统是一种离散控制系统。离散控制系统同一种离散控制系统。离散控制系统同样有开环和闭环之分。样有开环和闭环之分。 -电液控制系统分类电液控制系统分类3.1 电液控制技术

17、简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础 采用电液伺服阀构成电液伺服控制系采用电液伺服阀构成电液伺服控制系统，其控制精度高，动态性能好，但抗污统，其控制精度高，动态性能好，但抗污染能力差，价格昂贵。染能力差，价格昂贵。 采用电液比例阀构成电液比例控制系采用电液比例阀构成电液比例控制系统，其控制精度和动态性能虽然低于电液统，其控制精度和动态性能虽然低于电液伺服阀，但价格较低，抗污染能力得到提伺服阀，但价格较低，抗污染能力得到提高，而且能够满足工业应用的需要。高，而且能够满足工业应用的需要。电液控制系统选择原则电液控制系统选择原则3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础

18、 采用数字控制阀构成数控电液系统，采用数字控制阀构成数控电液系统，其抗污染性能好，工作可靠、重复精度其抗污染性能好，工作可靠、重复精度高，而且容易和计算机连接。高，而且容易和计算机连接。-电液控制系统选择原则电液控制系统选择原则3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础伺服阀伺服阀比例阀比例阀开关阀开关阀介质过滤精度介质过滤精度 /m32525阀内压力降阀内压力降 /MPa70.520.250.5稳态滞环稳态滞环 /%1313-重复精度重复精度 /%0.510.51-频带宽度频带宽度 /Hz2020025-中位死区中位死区无无有有有有价格因子价格因子621-电液控制系统选

19、择原则电液控制系统选择原则3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础 对这三种电液控制阀进行选择时，应在对这三种电液控制阀进行选择时，应在性能、价格、抗污染等各方面进行考虑。性能、价格、抗污染等各方面进行考虑。电磁换向阀电磁换向阀电液比例阀电液比例阀电液伺服阀电液伺服阀高速开关数字阀高速开关数字阀动态性能动态性能价价格格-电液控制系统选择原则电液控制系统选择原则3.1 电液控制技术简介电液控制技术简介电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀 液压控制阀液压控制阀以输入的机械运动来控制输出流体以输入的机械运动来控制输出流体的压力和流量。在液压控制系统中，它是机械

20、的压力和流量。在液压控制系统中，它是机械液压转换装置，把输入的小功率机械信号，转换液压转换装置，把输入的小功率机械信号，转换为大功率的液压信号输出，它也是一种为大功率的液压信号输出，它也是一种功率放大功率放大装置装置，有时被叫做液压放大元件。，有时被叫做液压放大元件。 在在节流式节流式液压控制系统中，液压控制阀直接控液压控制系统中，液压控制阀直接控制液压执行元件的动作；制液压执行元件的动作； 在在容积式容积式液压系统中，它控制液压泵的变量机液压系统中，它控制液压泵的变量机构，改变其输出流量，从而间接地对液压执行元构，改变其输出流量，从而间接地对液压执行元件进行控制。件进行控制。 电液控制电液控

21、制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 液压伺服控制系统中，常用的典型结构的液压控液压伺服控制系统中，常用的典型结构的液压控制阀有制阀有滑阀滑阀、喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀和和射流管阀射流管阀。 1. 滑阀滑阀（1）根据滑阀控制边（工作节流棱边）的数目，）根据滑阀控制边（工作节流棱边）的数目，圆柱滑阀可分为圆柱滑阀可分为单边单边、双边双边和和四边四边滑阀滑阀（2）根据滑阀的通道数，圆柱滑阀可分为）根据滑阀的通道数，圆柱滑阀可分为二通二通阀、阀、三通三通阀、阀、四通四通阀等。阀等。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的

22、结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 供油供油回油回油供油供油回油回油二通二通 单边滑阀单边滑阀 三通三通 双边滑阀双边滑阀 四通四通 四边滑阀四边滑阀 供油供油回油回油到负载到负载电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 供油供油回油回油到负载到负载四通四通 四边滑阀四边滑阀 四通四通 四边滑阀四边滑阀供油供油回油回油到负载到负载电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 t htt = htt h）阀，）阀，零开口零开口（零重（零重叠叠t=h）阀和）阀和正开口正开口

23、（负重叠，（负重叠，t P2，液压缸向右运动。液压缸向右运动。 当输入信号反向时，液压当输入信号反向时，液压缸向相反方向运动。缸向相反方向运动。 Ps节流孔节流孔P1P2a喷嘴喷嘴挡板挡板bcd电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 喷嘴挡板式阀没有摩擦喷嘴挡板式阀没有摩擦副，灵敏度高；挡板惯性副，灵敏度高；挡板惯性很小，所需的控制力小，很小，所需的控制力小，动态响应高。缺点是喷嘴动态响应高。缺点是喷嘴直径很小，对液压油的过直径很小，对液压油的过滤精度要求较高，抗污染滤精度要求较高，抗污染能力差，效率低。因此适能力差，效率低。因

24、此适用于小功率，通常作前置用于小功率，通常作前置放大级用。放大级用。 Ps节流孔节流孔P1P2a喷嘴喷嘴挡板挡板bcd电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 3. 射流式阀射流式阀 Ps接受器接受器xy射流管射流管压力油压力油 当射流管在中间位置当射流管在中间位置时，接受器上两个受流时，接受器上两个受流孔接受的油液流量及压孔接受的油液流量及压力相等，则活塞不动；力相等，则活塞不动； 当射流管偏离中间位当射流管偏离中间位置时，由于射到两个孔置时，由于射到两个孔的流量不同，在活塞的的流量不同，在活塞的两腔产生压力差使活塞两腔产生压力

25、差使活塞运动。运动。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀一、液压控制阀的结构及分类一、液压控制阀的结构及分类 操纵射流管的力比挡板大，结构上也较复杂，操纵射流管的力比挡板大，结构上也较复杂，但这种阀的抗污染性能好。由于存在功率损但这种阀的抗污染性能好。由于存在功率损耗，因此一般仅作为控制阀的前置级使用，耗，因此一般仅作为控制阀的前置级使用，但应用范围远比喷嘴挡板阀小。但应用范围远比喷嘴挡板阀小。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀静态特性分析二、滑阀静态特性分析 阀的静态特性（即压力阀的静态特性（即压力-流量特性）是指在稳流量特性）是指在稳态情况下，

26、负载流量态情况下，负载流量QL、负载压力、负载压力PL和阀芯位和阀芯位移移XV三者之间的函数关系。它反映阀本身的工三者之间的函数关系。它反映阀本身的工作能力和性能。作能力和性能。),(VLLXPfQ电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 1. 滑阀的静态特性方程滑阀的静态特性方程 假设条件：假设条件：只考虑稳态工作情况；流体是理想流体；油只考虑稳态工作情况；流体是理想流体；油源供油压力恒定。源供油压力恒定。电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 供油回油QLxv1234QsPL

27、= P1 P2QLPs P1 P2 FQ1 Q2 1243QLPsP1P2负载Q1Q2Q4Q3QsQs供油压力供油压力Ps，供油量，供油量Qs，负载流量，负载流量QL，通往负载，通往负载液压缸两腔压力分别为液压缸两腔压力分别为P1和和P2 ，回油压力，回油压力P0=0 。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 根据节流公式可得通过各节流窗口的流量根据节流公式可得通过各节流窗口的流量 / )(2111PPACQsd/ )(2222PPACQsd/2233PACQd/2144PACQd1243QLPsP1P2负载Q1Q2Q4Q3QsQs电

28、液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 根据连续性方程可得根据连续性方程可得 2341QQQQQL4321QQQQQs1243QLPsP1P2负载Q1Q2Q4Q3QsQs电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 假设四个节流窗口是匹配而且对称的。假设四个节流窗口是匹配而且对称的。 匹配是指滑阀沿轴向有匹配是指滑阀沿轴向有某一位移某一位移xv时，进、回节流时，进、回节流窗口面积相等窗口面积相等 对称是指滑阀向正、反两对称是指滑阀向正、反两个方向的位移量个方向的位移量xv相同时，相同时，

29、相应的节流窗口面积相等，相应的节流窗口面积相等， 31AA 42AA )()(21vvwxAwxA)()(43vvwxAwxA供油回油QLxv1234QsPL = P1 P2QLPs P1 P2 FQ1 Q2 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 假设执行机构是对称结构，则在匹配而且假设执行机构是对称结构，则在匹配而且对称的条件下可得对称的条件下可得 31QQ 42QQ 21PPPL可得可得21PPPs可得可得2/ )(1LsPPP2/ )(2LsPPP/ )(131LsdPPACQQ/ )(242LsdPPACQQ可得可得电液控制电

30、液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 /)(/)(21LsdLsdLPPACPPACQ滑阀静态特性方程式（即压力滑阀静态特性方程式（即压力-流量方程式）流量方程式）: 0vx042 AA042QQ0vx031 AA031QQ/)(1LsdLPPACQ/ )(2LsdLPPACQ若若若若式中负号表示负载流量式中负号表示负载流量QL的方向与规定的方向相的方向与规定的方向相反，即从负载流回滑阀。反，即从负载流回滑阀。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 / )|(|1LvvsvvdLPxx

31、PxxACQ如果节流窗口为矩形，面积梯度为如果节流窗口为矩形，面积梯度为w，则过流，则过流面积为面积为)(0vvxxwA / )|()(0LvvsvvdLPxxPxxwCQ压力压力-流量方程式可合并为流量方程式可合并为电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 对于零开口对于零开口阀阀/ )|(LvvsvdLPxxPwxCQ00vx压力压力-流量方程式为流量方程式为电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 2. 滑阀的静态特性曲线滑阀的静态特性曲线 （1）滑阀的流量特性）滑阀的流量特性

32、 阀的流量特性是指负载压阀的流量特性是指负载压力等于常数时，负载流量力等于常数时，负载流量与阀位移之间的关系。与阀位移之间的关系。负载压力负载压力PL=0的流量特性的流量特性称为空载特性，相应的曲称为空载特性，相应的曲线为阀的空载流量特性曲线为阀的空载流量特性曲线。线。 正重叠区正重叠区xvQL负重叠区负重叠区正开口正开口零开口零开口负开口负开口电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 （2）滑阀的压力特性）滑阀的压力特性 阀的压力特性是指负载流量等于常数时，负载阀的压力特性是指负载流量等于常数时，负载压力与阀位移之间的关系。压力与阀位移

33、之间的关系。 一般来说，压力特性一般来说，压力特性均指负载流量均指负载流量QL=0时的压力特性。时的压力特性。 只要阀有一微小位移，只要阀有一微小位移，负载压力很快增加到负载压力很快增加到供油压力。供油压力。 xvPLPsQL =00电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 滑阀的压力滑阀的压力-流量特性是流量特性是指负载流量指负载流量QL、负载压、负载压力力PL和阀芯位移和阀芯位移xv三者三者之间的关系，即之间的关系，即),(vLLxPfQ （3）滑阀的压力）滑阀的压力-流量特性流量特性01-1QLxv1-1PL电液控制电液控制基础基础

34、3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 3阀系数阀系数 滑阀的压力滑阀的压力-流量方程式是非线性方程，对其进行流量方程式是非线性方程，对其进行线性化，并以增量形式表示为线性化，并以增量形式表示为 LLLvvLLPPQxxQQ式中偏导数即是阀系数：流量增益、流量式中偏导数即是阀系数：流量增益、流量-压压力系数、压力增益，是确定阀的重要参数。力系数、压力增益，是确定阀的重要参数。电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 （1）流量增益（流量放大系数）流量增益（流量放大系数）Kq vLqxQK流量增益表示负载压

35、力一定时，阀芯位移变化流量增益表示负载压力一定时，阀芯位移变化引起的负载流量变化的大小。引起的负载流量变化的大小。 它是流量特性曲线的斜率。它是流量特性曲线的斜率。电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 （2）流量）流量-压力系数压力系数Kc LLcPQK它是压力它是压力-流量特性曲线的斜率并冠以负号。流量特性曲线的斜率并冠以负号。 流量流量-压力系数表示阀芯位移一定时，负载压力系数表示阀芯位移一定时，负载压力变化所引起的负载流量变化的大小。压力变化所引起的负载流量变化的大小。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑

36、阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 （3）压力增益（压力灵敏度）压力增益（压力灵敏度）Kp vLpxPK压力增益表示负载流量为零时，阀芯位移变化引压力增益表示负载流量为零时，阀芯位移变化引起的负载压力变化的大小。起的负载压力变化的大小。 它是压力特性曲线的斜率。它是压力特性曲线的斜率。电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 阀的三个阀系数之间有以下关系阀的三个阀系数之间有以下关系cqpKKK阀的三个系数是表征阀静态特性的三个参数，阀的三个系数是表征阀静态特性的三个参数，这些参数影响系统的稳定性和响应特性。这些参数影响系统的稳定性和响

37、应特性。 阀系数的数值随工作点变化而变化。阀系数的数值随工作点变化而变化。 最重要的工作点是压力最重要的工作点是压力-流量特性曲线的原点流量特性曲线的原点（即（即QL、PL、xv均等于零处）。均等于零处）。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 LcvqLPKxKQ阀的线性化方程为阀的线性化方程为 从稳定性看，原点是关键点。在原点附近的阀从稳定性看，原点是关键点。在原点附近的阀系数称为零位阀系数，分别以系数称为零位阀系数，分别以Kq0、Kc0、Kp0表表示。示。 若工作点在原点，则增量和变量相等，有若工作点在原点，则增量和变量相等，有

38、 LcvqLPKxKQ电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 理想零开口四边滑阀的阀系数为理想零开口四边滑阀的阀系数为 / )(LsdqPPwCK)(2/ )(LsLsvdcPPPPwxCKvLspxPPK)(2电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀二、滑阀的静态特性分析二、滑阀的静态特性分析 理想零开口四边滑阀的零位阀系数为理想零开口四边滑阀的零位阀系数为 0/qdsKC w P00cK0pK 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 1单喷嘴挡板阀的压力单

39、喷嘴挡板阀的压力-流量特性及阀系数流量特性及阀系数 A1A2PcPsQ1QLQ2A0Af (DN)xfxf0在挡板处起控制在挡板处起控制作用的是喷嘴和作用的是喷嘴和挡板间形成的环挡板间形成的环周面积，而不是周面积，而不是喷嘴面积。喷嘴面积。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 根据液流的连续性根据液流的连续性 LQQQ21流量方程为流量方程为 / )(2001csdPPACQ202/()2/dffcNffdfcQC APDxxCPCd0 固定节流孔的流量系数；固定节流孔的流量系数；Cdf 可变节流孔的流量系数；可变节流孔的流

40、量系数；xf0 挡板在平衡位置时的间隙；挡板在平衡位置时的间隙；xf 挡板偏离平衡位置时的位移。挡板偏离平衡位置时的位移。 A1A2PcPsQ1QLQ2A0Af (DN)xfxf0电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 如果没有流量通过负载，即负载是被切断的，则如果没有流量通过负载，即负载是被切断的，则21QQ 两个节流孔的流量相两个节流孔的流量相等，其结构经简化后等，其结构经简化后可得可得 1200)(1 ACACPPdfdfscCdfAf /Cd0A001.00.80.60.40.200.80.4Pc /Ps1.61.22.

41、02.82.4电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 为了均衡调节控制压力，通常取为了均衡调节控制压力，通常取scPP5 . 0作为设计准则。作为设计准则。这个准则要求节流孔在零位的比值为这个准则要求节流孔在零位的比值为100000ACxDCACACdfNdfdfdf这对于单喷嘴或双喷嘴挡板阀来说都是一个良这对于单喷嘴或双喷嘴挡板阀来说都是一个良好的设计目标。这个准则还要求和单喷嘴阀一好的设计目标。这个准则还要求和单喷嘴阀一起工作的活塞两边面积比为起工作的活塞两边面积比为2。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀

42、三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 scffdfNdfscsdLPPxxACxDCPPPACQ2)1 ()1 (2/000000单喷嘴挡板阀的压力单喷嘴挡板阀的压力-流量特性方程为流量特性方程为 如果满足设计准则如果满足设计准则 ，可得，可得scffscsdLPPxxPPPACQ2)1 ()1 (2/000电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 单喷嘴挡板阀压力-流量无因次曲线的表达式 cfcLPxPQ2)1 ()1 (2xf =1.00-0.2QLP =Pc/Ps-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.

43、41.41.21.00.80.60.40.201.00.80.60.40.200.20.80.60.4-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0零位阀系数零位阀系数 /|00sNdffLqPDCxQKsfNdfcLcPxDCPQK0002| 0002|fsfLpxPxPK电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 零位泄漏量或零位流量则为零位泄漏量或零位流量则为 /0sfNdfcPxDCQ 这一流量将决定挡板在均衡位置时的功率损耗。这一流量将决定挡板在均衡位置时的功率损耗。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴

44、挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 2双喷嘴挡板阀的压力双喷嘴挡板阀的压力-流量特性及阀系数流量特性及阀系数 P1P2PsQ1Q3QLQLA0Af (DN)xf0 xfxf0Q2Q4A0Af (DN)电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 压力压力-流量特性方程为流量特性方程为 10100212)()(2PxxDCPPACQQQffNdfsdL)(22)(2002034PPACPxxDCQQQsdffNdfL左端左端右端右端电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态

45、特性分析 利用设计准则，可得双喷嘴挡板阀的压力利用设计准则，可得双喷嘴挡板阀的压力-流量流量特性表达式特性表达式 sffssdLPPxxPPPACQ101002)1 ()1 (2/)1 (22)1 (/22000ssffsdLPPPPxxPACQ21PPPL左端左端右端右端电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 0-0.2QLPL =PL/Ps-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.41.41.21.00.80.60.40.200.80.4-0.4-0.8xf =1.000.20.80.60.4-0.2-0.4-0.6-0

46、.8-1.0双喷嘴挡板阀切断负载时的特性曲线双喷嘴挡板阀切断负载时的特性曲线0-0.2xf /xf0-0.4-0.6-0.8-1.01.00.80.60.40.200.80.4-0.4-0.8PL /Ps双喷嘴挡板阀压力双喷嘴挡板阀压力-流量特性曲线流量特性曲线电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 双喷嘴挡板阀的压力增益比单喷嘴挡板阀的为大，双喷嘴挡板阀的压力增益比单喷嘴挡板阀的为大，因而灵敏度较高，而且由于结构是对称的并且是因而灵敏度较高，而且由于结构是对称的并且是按差动原理工作的，所以当某参数由于外界条件按差动原理工作的，

47、所以当某参数由于外界条件变化而变化时，不会产生静态误差，因此，双喷变化而变化时，不会产生静态误差，因此，双喷嘴挡板阀广泛用于电液控制阀中作为前置放大级。嘴挡板阀广泛用于电液控制阀中作为前置放大级。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 sPPP5 . 021双喷嘴挡板阀的零位泄漏量为双喷嘴挡板阀的零位泄漏量为考虑到设计准则，取考虑到设计准则，取/20sfNdfdPxDCQ其值为单喷嘴挡板阀的两倍。其值为单喷嘴挡板阀的两倍。 电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析

48、 双喷嘴挡板阀的线性化方程双喷嘴挡板阀的线性化方程 11PPQxxQQLffLLsNdffLPDCxQ0|sfNdfLPxDCPQ0012|102PPxDCxPDCQsfNdffsNdfL左端左端右端右端202PPxDCxPDCQsfNdffsNdfL电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀静态特性分析 双喷嘴挡板阀在零位工作时的压力双喷嘴挡板阀在零位工作时的压力-流量方程的流量方程的线性化形式线性化形式 LsfNdffsNdfLPPxDCxPDCQ0电液控制电液控制基础基础3.2 液压控制阀液压控制阀三、喷嘴挡板阀静态特性分析三、喷嘴挡板阀

49、静态特性分析 双喷嘴挡板阀在零位的阀系数双喷嘴挡板阀在零位的阀系数 sNdfpfLqPDCxQKL00|sfNdfxcLcPxDCPQKf000|000|fsQfLpxPxPKL与单喷嘴挡板阀的相应关系式比较时，可以看与单喷嘴挡板阀的相应关系式比较时，可以看到，流量增益相同；压力增益增大到，流量增益相同；压力增益增大1倍；流量倍；流量-压力系数减小压力系数减小1倍。倍。 电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构液压动力机构包括液压控制阀、液压缸或液压马液压动力机构包括液压控制阀、液压缸或液压马达、负载等。分两种类型：达、负载等。分两种类型：（2）泵控，又称容积控制。是用伺服变量

50、泵给执）泵控，又称容积控制。是用伺服变量泵给执行元件供油，通过改变泵的排量来控制流入执行行元件供油，通过改变泵的排量来控制流入执行元件的流量，从而改变输出速度，系统的压力取元件的流量，从而改变输出速度，系统的压力取决于负载。决于负载。（1）阀控，又称节流控制。是用控制阀来控制）阀控，又称节流控制。是用控制阀来控制从油源流入执行元件的流量，油源通常为恒压油从油源流入执行元件的流量，油源通常为恒压油源。源。电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸 1基本方程基本方程 （1）滑阀的线性化流量方程）滑阀的线性化流量方程Lc

51、vqLPKxKQ电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸 所有连接管道都是短而粗的，管道内的摩擦损所有连接管道都是短而粗的，管道内的摩擦损失、流体质量影响和管道的动态等均忽略不计；失、流体质量影响和管道的动态等均忽略不计； 液压缸整个工作腔内各处的压力相同，油液温液压缸整个工作腔内各处的压力相同，油液温度和体积弹性模量可认为是常数；度和体积弹性模量可认为是常数； 液压缸的内外泄漏为层流流动。液压缸的内外泄漏为层流流动。 基本假设：基本假设：（2）液压缸流量连续方程）液压缸流量连续方程 电液控制电液控制基础基础3.3

52、 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸 V 控制腔的容积；控制腔的容积；Qin、Qout 流入、流出控制腔的总流量；流入、流出控制腔的总流量； e 油液的有效体积弹性模量（包括液体、油液的有效体积弹性模量（包括液体、混入油中的空气以及工作腔体的机械柔度）。混入油中的空气以及工作腔体的机械柔度）。dtdPVdtdVQQeoutin可压缩流体连续性方程为可压缩流体连续性方程为 电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸Q1QsPL = P1 P2Q2Ps P1 P2 F

53、LxvBpKV1 V2 ApxpkecP1 kecP2 kicPL 供油供油回油回油m电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸根据四通阀控制双出杆对称液压缸模型根据四通阀控制双出杆对称液压缸模型 dtdPVdtdVPkPPkQeecic1111211)(对于进油腔，考虑内外泄漏时，连续性方程对于进油腔，考虑内外泄漏时，连续性方程式可具体化为式可具体化为 物理意义是：流进进油腔的净流量等于液体物理意义是：流进进油腔的净流量等于液体压缩流量与活塞运动所需流量之和。压缩流量与活塞运动所需流量之和。电液控制电液控制基础基础

54、3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸对于回油腔，考虑内外泄漏时，连续性方程式可对于回油腔，考虑内外泄漏时，连续性方程式可具体化为具体化为 dtdPVdtdVQPkPPkeecic2222221)(Kic 液压缸的内泄漏系数；液压缸的内泄漏系数；Kec 液压缸的外泄漏系数；液压缸的外泄漏系数；V1 液压缸进油腔的容积（包括阀、连接管道液压缸进油腔的容积（包括阀、连接管道和进油腔的容积）；和进油腔的容积）； V2 液压缸回油腔的容积（包括阀、连接管道液压缸回油腔的容积（包括阀、连接管道和回油腔的容积）；和回油腔的容积）；电液控制电液控制基

55、础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸液压缸工作腔的容积可表示为液压缸工作腔的容积可表示为 ppxAVV011ppxAVV022 Ap液压缸活塞有效面积；液压缸活塞有效面积；xp液压缸活塞位移；液压缸活塞位移；V01液压缸进油腔的初始容积；液压缸进油腔的初始容积； V02液压缸回油腔的初始容积。液压缸回油腔的初始容积。 dtdxAdtdVdtdVpp21电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸121212011022122()() 2 ()icecpp

56、eeppQQkPPkPPdxVdPVdPAdtdtdtdPdPA xdtdt为了使分析简化，假定活塞处在中间位置，因为了使分析简化，假定活塞处在中间位置，因此两个腔的初始容积相等，即此两个腔的初始容积相等，即 2/0201tVVVVt液压缸两个油腔的总容积。液压缸两个油腔的总容积。 电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸0|VxApp2/ )(21QQQLsPPP21ktc = kic + kec/2液压缸的总泄漏系数。液压缸的总泄漏系数。 dtdPVdtdxAPkQLetppLtcL4021dtdPdtdP假定

57、假定 整理得动力机构流量连续方程为整理得动力机构流量连续方程为 因为因为 所以所以 12LPPP电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸（3）液压缸和负载的力平衡方程）液压缸和负载的力平衡方程 LppppLpFKxdtdxBdtxdmPA22m 活塞和负载的总质量；活塞和负载的总质量；Bp 活塞和负载的粘性阻尼系数；活塞和负载的粘性阻尼系数；K 负载的弹簧系数；负载的弹簧系数；FL 作用在活塞上的外负载力。作用在活塞上的外负载力。忽略库仑摩擦等非线性负载，忽略油液的质量，忽略库仑摩擦等非线性负载，忽略油液的质量，根

58、据牛顿第二定律，可得根据牛顿第二定律，可得 电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸2阀控液压缸的方块图阀控液压缸的方块图阀控液压缸的三个基本方程进行拉氏变换阀控液压缸的三个基本方程进行拉氏变换 LcvqLPKXKQLettcppLPsVksXAQ)4(LppLpFXKsBmsPA)(2电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸KqKcK1/Ap1/Ap1/sQLPLFLXpXvms+Bpktc+(Vt/4e)ssXp电液控制电液控制基础

59、基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸KqAp sApPLFLXpXv14tctceVKks21pmsB sKKqAp ApPLFLXpXvs FsPL14tctceVKks21pmsB sK电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸3阀控液压缸的传递函数阀控液压缸的传递函数 （1）传递函数）传递函数22222232)441 ()4(4/pcepetpepcepeptpcepetpqvpAKKsAKVABKsABVAmKsAmVAKXX232222222(

60、1)4()(1)4444cetppecetpceptcetceLeppepepeppKVsXAKV BK BVmK mV KK KFsssAAAAAA输入为输入为Xv、输出为、输出为Xp的传递函数为的传递函数为 输入为输入为FL、输出为、输出为Xp的传递函数为的传递函数为 电液控制电液控制基础基础3.3 液压动力机构液压动力机构一、四通阀控制的双出杆对称液压缸一、四通阀控制的双出杆对称液压缸222222322)441 ()4(4)41 (pcepetpepcepeptpcepetLceetpcevpqpAKKsAKVABKsABVAmKsAmVFsKVAKXAKX活塞对阀输入位移和负载力扰动的