液压伺服与比例控制系统 课件 2液压控制元件流量方程与特性参数

液压放大元件电液伺服与比例控制系统一、液压放大元件后期剪辑：章节版，AE包装液压放大元件液压放大元件以机械运动来控制流体动力的元件，将输入的机械信号(位移或转角)转换为液压信号(流量、压力)输出，并进行功率放大。液压放大元件包括：1滑阀2喷嘴挡板阀3射流管阀液压放大元件液压放大元件是液压伺服系统中的主要控制元件，它的动静态特性对液压伺服系统的性能有很大影响。液压放大元件具有结构简单、单位体积功率大、工作可靠和动态性能好等优点。

滑阀是典型的节流型液压放大元件，一般由阀芯、凸肩和阀套组成，它是靠节流边工作的，借助于阀套和阀芯的相对运动改变节流口面积的大小，实现压力和流量控制。(a)阀芯在中位(b)阀芯向左移动(c)阀芯向右移动滑阀结构及工作原理图液压放大元件二、圆柱滑阀的结构型式及分类后期剪辑：章节版，AE包装按进、出阀的通道数划分1四通阀按进、出阀的通道数划分三通阀、二通阀(a)三通阀(b)二通阀1四边滑阀按滑阀的工作边数划分2双边滑阀、单边滑阀(a)双边滑阀(b)带固定节流孔的单边滑阀按滑阀的工作边数划分2滑阀型式可控节流口数量轴向配合尺寸加工难易控制性能成本四边滑阀43较难最好高双边滑阀21较难居中较高单边滑阀10容易最差低不同工作边数滑阀的结构对比按滑阀的工作边数划分2按滑阀的预开口型式划分不同开口型式的流量曲线3按阀套窗口的形状划分1矩形矩形窗口开口面积与阀芯位移成比例，可获得线性的流量增益，用得最多。2圆形3三角形圆形窗口便于加工，但流量增益是非线性的，只用在要求不高的场合，比如回油口。某滑阀阀套结构示意图4二通阀一般采用两个凸肩，三通阀和四通阀采用两个或以上的凸肩。

二凸肩四通阀结构简单、阀芯长度短，但阀芯轴向移动时导向性差，凸肩易被套槽卡住。三凸肩和四凸肩四通阀导向性和密封性好，是常用的结构型式。按阀芯的凸肩数目划分(a)二凸肩四边滑阀(四通阀)(b)三凸肩四边滑阀(四通阀)(c)四凸肩四边滑阀(四通阀)不同凸肩结构的滑阀结构型式5三、滑阀静态特性的一般分析后期剪辑：章节版，AE包装滑阀压力-流量方程一般表达式滑阀的静态特性：即压力-流量特性，是指稳态情况下，阀的负载流量𝑄𝐿、负载压力𝑝𝐿和阀芯位移𝑥𝑣三者之间的关系静态特性描述方式：1特性方程（解析）2特性曲线（测试）3阀的系数（测试）1滑阀压力-流量方程一般表达式1四边滑阀等效全桥在推导压力-流量方程时，作以下假设：1液压能源是理想的恒压源，供油压力为常数。另外，假设回油压力为零。2忽略管道和阀腔内的压力损失。3假定液体是不可压缩的。4阀的窗口是匹配和对称的。5假定阀各节流口流量系数相等。滑阀压力-流量方程一般表达式1

滑阀压力-流量方程一般表达式1四边滑阀

（1）（2）（3）根据桥路压力和流量平衡可得：滑阀压力-流量方程一般表达式1根据节流公式可得

（4）（5）（6）（7）滑阀压力-流量方程一般表达式1根据假设4与5，各节流口流量系数相等且窗口是匹配和对称的，可以得到:

根据式（4）和（6）可得：

（8）

=

滑阀压力-流量方程一般表达式1联立式（1）和（8），则得：

（8）滑阀压力-流量方程一般表达式1式（2）和（3）变为：

（9）（10）A=W*Xv

滑阀压力-流量方程一般表达式1理想零开口四通滑阀的稳态特性方程滑阀压力-流量方程一般表达式1对于理想的零开口滑阀：当x𝑣>0时,𝐴2=𝐴4=0,即𝑄2=𝑄4=0当x𝑣<0时,𝐴1=𝐴3=0,即𝑄1=𝑄3=0

滑阀压力-流量方程一般表达式1理想零开口四通滑阀的稳态特性方程滑阀静态特性曲线2阀的流量特性：指负载压降等于常数时，负载流量与阀芯位移之间的关系；当负载压降等于零时的流量特性称为空载流量特性，对应的曲线为空载流量特性曲线。阀的压力特性：是指负载流量等于常数时，负载压降与阀芯位移之间的关系。通常指负载流量为0是的压力特性。流量特性曲线压力特性曲线阀的压力-流量特性：是指阀芯位移xv一定时，负载流量QL与负载压降pL之间的关系；压力-流量曲线族全面的描述了阀的稳态特性。负载所需压力流量能被阀的最大位移时的压力流量曲线包围，即能满足系统设计要求。压力-流量特性曲线滑阀静态特性曲线2四、滑阀的线性化分析和阀的系数后期剪辑：章节版，AE包装滑阀的线性化分析1压力-流量方程以增量形式表示的线性化表达式：把负载流量方程在某一特定工作点附近展成台劳级数。

流量增益是负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小。阀的系数2流量增益流量-压力系数表示阀开度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变化大小。流量-压力系数压力增益是指负载流量为0时，单位输入位移所引起的负载压力变化大小。压力增益压力-流量方程线性化后表达式为：阀的系数特性影响Kq直接影响系统开环增益、系统稳定性、响应性和稳态误差Kc直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度，抗负