液压伺服系统 第四章 液压控制元件

1、第第4章章 液压控制元件液压控制元件液压伺服系统液压伺服系统 OUTLINE 圆柱滑阀结构型式、工作原理、静态特性圆柱滑阀结构型式、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、静态特性射流管阀结构型式、工作原理、静态特性2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类圆柱滑阀的结构型式及分类一、按进、出阀的通道数划分一、按进、出阀的通道数划分 四通阀四通阀 三通阀三通阀 二通阀二通阀二、按滑阀的工作边数划分二、按滑阀的工作边数划分 四边滑阀四边滑阀 双边滑阀双边滑阀 单边滑阀单边滑阀三、按阀套窗口的形状划分三、按阀套窗口的形状划分

2、矩形、圆形、三角形等多种矩形、圆形、三角形等多种四、按阀芯的凸肩数目划分四、按阀芯的凸肩数目划分 二凸肩、三凸肩、四凸肩二凸肩、三凸肩、四凸肩五、五、 滑阀的预开口型式分类滑阀的预开口型式分类 六、六、 滑阀的预开口型式分类滑阀的预开口型式分类 2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类圆柱滑阀的结构型式及分类 一、按进、出一、按进、出阀的通道数划阀的通道数划分分四通阀四通阀三通阀三通阀三通阀三通阀三通阀三通阀四通阀四通阀四通阀四通阀二、按滑阀二、按滑阀的工作边数的工作边数划分划分四边滑阀四边滑阀四边滑阀四边滑阀四边滑阀四边滑阀双边滑阀双边滑阀双边滑阀双边滑阀双边滑阀双边滑阀四、依据轴肩数四、依据轴肩数

3、目分类目分类双肩滑阀双肩滑阀双肩滑阀双肩滑阀三肩滑阀三肩滑阀四肩滑阀四肩滑阀三肩滑阀三肩滑阀双肩滑阀双肩滑阀五、五、 滑阀的预开滑阀的预开口型式分类口型式分类 流量曲线 零开口零开口(零重叠零重叠)正开口（负重叠正开口（负重叠 ） 负开口负开口 （正重叠（正重叠 ） 4）圆周开口与非圆周开口）圆周开口与非圆周开口 圆周开口阀口 非圆周开口阀口 阀芯位移 时，圆周开口阀的开口面积为非圆周开口阀的开口面积为vLx2vdxvx2.2 圆柱滑阀的静态特性分析圆柱滑阀的静态特性分析滑阀压力滑阀压力流量方程的一般表达式流量方程的一般表达式2.2 2.2 滑阀静态持性的一般分析滑阀静态持性的一般分析 基本假

4、设：（1）液压能源是理想的恒压源，回油压力为零； （2）忽略管道和阀腔内的压力损失，因为管道和阀腔内的压力损失与阀口处的节流损失相比很小，所以可以忽略不计；（3）工作液是不可压缩的；（4）各节流阀口流量系数相等；（5）各阀口的油路窗口是矩形的，滑阀结构上阀口是匹配与对称的。 根据桥路的压力平衡可得：根据桥路的压力平衡可得：p1 + p4 = psp2 + p3 = ps p1 - p2 = pLp3 - p4 = pL根据桥路的流量平衡可得：根据桥路的流量平衡可得： q1 + q2 = qs q3 + q4 = qs q4 - q1 = qLq2 - q3 = qL 各桥臂的流量方程：各桥臂的

5、流量方程：111pgq 222pgq 333pgq 444pgq 2idiACg 式中节流口液导：式中节流口液导：阀口配磨匹配条件：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：则有： q1 = q3 q2 = q4 p1 = p3 p2 = p4 联立解得：联立解得：12sLppp22sLppp由以上公式推得负载流量为：由以上公式推得负载流量为：2122sLsLLppppqgg2111()()LdsLdsLqC AppC App2122sLsLsppp

6、pqgg2111()()sdsLdsLqC AppC App供油流量为：供油流量为：二、阀的线性化分析和阀的系数二、阀的线性化分析和阀的系数（1）阀的线性化分析）阀的线性化分析阀的压力阀的压力-流量特性是非线性的。利用线件化理论对系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。统进行动态分析时，必须将这个方程线性化。利用负载压力流量方程将其在某一特定工作点附近展成利用负载压力流量方程将其在某一特定工作点附近展成台劳级数可得：台劳级数可得：LALLvAvLLALppqxxqqqLALLvAvLLLALppqxxqqqq（2）滑阀的特性系数）滑阀的特性系数流量增益：

7、流量增益：指负载压降一定时，阀单位输入指负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小。位移所引起的负载流量变化的大小。流量流量-压力系数：压力系数：指阀开度一定时，负载压降变化所指阀开度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变化大小。引起的负载流量变化大小。压力增益：压力增益：指指qL0时阀单位输入位移所引起的时阀单位输入位移所引起的负载压力变化的大小。负载压力变化的大小。vLqxqKLLcpqKvLpxpK根据：根据：所以有：所以有：负载压力流量线性化方程负载压力流量线性化方程：LLvLvLpqxqxqcqpKKK LcvqLpKxKq阀的三个系数阀的三个系数流量增益：流量增益：直

8、接影响开环增益，因而对系统的稳定性、响应特性、稳态误差直接影响开环增益，因而对系统的稳定性、响应特性、稳态误差有直接影响。有直接影响。流量流量-压力系数：压力系数：直接影响阀控执行元件的速度比和速度刚度。直接影响阀控执行元件的速度比和速度刚度。压力增益：压力增益：表示阀控执行元件组合启动大惯量和大摩擦力负载的能力。表示阀控执行元件组合启动大惯量和大摩擦力负载的能力。零位阀系数零位阀系数阀的系数值随着工作点的变化而变化。阀的系数值随着工作点的变化而变化。最重要的阀系数是最重要的阀系数是零位阀系数零位阀系数零位阀系数：零位阀系数：液压伺服系统阀经常工作在零位附近。液压伺服系统阀经常工作在零位附近。

9、零位流量增益最大，因而系统开环增益也最大。零位流量增益最大，因而系统开环增益也最大。零位流量零位流量-压力系数最小，因而系统阻尼比最小。零位系统稳定，压力系数最小，因而系统阻尼比最小。零位系统稳定，则在其它工作点系统一定稳定。则在其它工作点系统一定稳定。因此零位阀系数经常最为系统分析时阀的性能参数因此零位阀系数经常最为系统分析时阀的性能参数4.3 零开口圆柱滑阀的静态特性分析零开口圆柱滑阀的静态特性分析 一、一、理想零开口理想零开口四边滑阀的静态特性四边滑阀的静态特性 1、理想零开口四边滑阀的压力、理想零开口四边滑阀的压力流量方程流量方程U=0 阀芯左移：阀芯左移： 阀芯右移：阀芯右移：合并得

10、：合并得：221()2sLLdsLppqgC App111()2sLLdslppqgC App 21()vvLdsLvvxxqCAppxx1()vLdvsLvxqC Wxppx 归一化归一化处理得：处理得：其中：其中：1vvLLvxqxpxvvvmxxxLLsppp0LLmqqq01mdvmsqC Wxp理想零开口理想零开口 滑阀的静态特滑阀的静态特性曲线性曲线(I) 阀的流量特性：阀的流量特性：负载压降等于常数负载压降等于常数时，时，负载流量与阀芯位移负载流量与阀芯位移之间的关系。之间的关系。负载压降负载压降pL0时的时的流量特性称为空载流流量特性称为空载流量特性。量特性。(II) 阀的压力

11、特性：阀的压力特性：指指负载流量等于常数负载流量等于常数时，负载压降与阀芯时，负载压降与阀芯位移之间的关系。位移之间的关系。通常所指的压力特性通常所指的压力特性是指负载流量是指负载流量qL0 时的压力特性。时的压力特性。2、理想零开口四边滑阀的阀系数、理想零开口四边滑阀的阀系数流量增益：流量增益：流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增益：1()LqdsLvqKC Wppx1()2()dvsLLcLsLC WxppqKppp 2()LsLpvvpppKxx理想零开口四边滑阀的零位阀系数理想零开口四边滑阀的零位阀系数流量增益：流量增益：流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增益：0q

12、dsKC Wp00cK0pK 一、一、实际零开口实际零开口四边滑阀的静态特性四边滑阀的静态特性 1、压力特性曲线和泄漏流量曲线、压力特性曲线和泄漏流量曲线实际零开口四通滑阀流量特性基本理想零开口阀一样压力特性泄漏特性实际零开口四边滑阀的零位阀系数实际零开口四边滑阀的零位阀系数流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增益：2032cccsqr WKp002032qdspccKCpKKr4.4 正开口圆柱滑阀的静态特性分析正开口圆柱滑阀的静态特性分析1、理想正开口理想正开口四边滑阀的压力四边滑阀的压力流量方程流量方程归一化归一化方程：方程：vv11()()()()LdsLdsLqC W Uxp

13、pC W Uxppvv(1) (1)(1) (1+)LLLssdsqxpxpUpUpC WUp(1) 1(1) 1vvLLLqxpxp压力流量曲线全程正开口四通滑阀的压力流量曲线 小正开口四通滑阀的压力流量曲线 小正开口四通滑阀的压力流量曲线局部 2、理想正开口四边滑阀的零位阀系数、理想正开口四边滑阀的零位阀系数流量增益：流量增益：流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增益：02qdsKC Wp0dscsC WUpKps02ppKU4.5 双边滑阀的静态特性分析双边滑阀的静态特性分析 一、一、零开口双边滑阀零开口双边滑阀的静态特性的静态特性 1、零开口双边滑阀的压力、零开口双边滑阀的压力

14、流量方程流量方程阀芯左移：阀芯左移：阀芯右移：阀芯右移：122()()LdscdvscqC AppC Wxpp222LdcdvcqC ApC Wxp带差动液压缸的双边滑阀带差动液压缸的双边滑阀 无因次方程：无因次方程：1vLcqxpvLcqxp2、零开口双边滑阀的零位阀系数、零开口双边滑阀的零位阀系数流量增益：流量增益：流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增益：00LsqdvqpKC Wx0000vsdvLcLsxpC WxqKpp 000vcspvvxppKxx2、正开口双边滑阀的零位阀系数、正开口双边滑阀的零位阀系数流量增益：流量增益：流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增

15、益：002LsqdvqpKC Wx002sdLccspC WUqKpp 00cspvppKxU4.6 滑阀的受力分析滑阀的受力分析相比较而言，相比较而言，作用滑阀阀芯上的驱动力会很大，作用滑阀阀芯上的驱动力会很大，远远超过阀芯上作用的各种阻力之和远远超过阀芯上作用的各种阻力之和。4.7 滑阀输出功率及效率滑阀输出功率及效率 一、一、零开口四边滑阀零开口四边滑阀输出功率输出功率1()1sLLLLLLdvsLdvssspppNp qp C WxppC Wxppp1LLLsssdvsNpppppC Wx p323 3sLmdvmpNC Wx恒压定量液压源恒压变量液压源 二、零开口四边滑阀输出效率二、

16、零开口四边滑阀输出效率max2()230.6673ssLLssssp qp qp qp qmax212()33()0.385sdvmssLLsssdvmsp C Wxppp qp qp C Wxp2.8 滑阀设计滑阀设计（暂略）（暂略）2.9 喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀 一、一、喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀静态特性静态特性 结构原理：结构原理：喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀如图所示为喷嘴挡板如图所示为喷嘴挡板阀的工作原理图。阀的工作原理图。 优点优点：结构简单、加：结构简单、加工要求低、运动部件惯工要求低、运动部件惯性小、位移小、反应快、性小、位移小、反应快、灵敏度和精度高。灵敏度和精度高。缺点缺点：无功损耗大、：无功损耗大、抗污染能力较差、输出抗污染能力较差、输出功率小。功率小。 特性曲线特性曲线压力流量曲线 压力特性曲线 2.10 射流管阀射流管阀射流管阀射流管阀如图所示为射流管阀如图所示为射流管阀工作原理图。