1、燕燕 山山 大大 學(xué)學(xué)液壓伺服與比例控制系統(tǒng)課程組課程組 歡歡 迎迎 使使 用用 液壓伺服與比例控制系統(tǒng) 多媒體授課系統(tǒng)多媒體授課系統(tǒng)本章摘要 圓柱滑閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、圓柱滑閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 射流管閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、射流管閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、 靜態(tài)特性靜態(tài)特性液壓放大元件也稱液壓放大器，是一種以機(jī)械運(yùn)動液壓放大元件也稱液壓放大器，是一種以機(jī)械運(yùn)動來控制流體動力的元件。在液壓伺服系統(tǒng)中，它將輸來控制流體動力的元件。在液壓伺服系統(tǒng)中，它將輸入的機(jī)械信號入的機(jī)械信號(位移或轉(zhuǎn)角位移或轉(zhuǎn)角

2、)轉(zhuǎn)換為液壓信號轉(zhuǎn)換為液壓信號(流量、流量、壓力壓力)輸出，并進(jìn)行功率放大。因此，它既是一種能輸出，并進(jìn)行功率放大。因此，它既是一種能量轉(zhuǎn)換元件，又是一種功率放大元件。量轉(zhuǎn)換元件，又是一種功率放大元件。液壓放大元件是液壓伺服系統(tǒng)中的一種主要控制元液壓放大元件是液壓伺服系統(tǒng)中的一種主要控制元件，它的靜、動態(tài)特性對液壓伺服系統(tǒng)的性能有很大件，它的靜、動態(tài)特性對液壓伺服系統(tǒng)的性能有很大的影響。液壓放大元件具有結(jié)構(gòu)簡單、單位體積輸出的影響。液壓放大元件具有結(jié)構(gòu)簡單、單位體積輸出功率大、工作可譚相動態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以在液壓功率大、工作可譚相動態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以在液壓伺服系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。伺服系統(tǒng)中

3、得到廣泛應(yīng)用。 液壓放大元件包括滑閥、噴嘴擋板閥和射流管閥等。液壓放大元件包括滑閥、噴嘴擋板閥和射流管閥等。圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類 land 一、滑閥預(yù)開口形式一、滑閥預(yù)開口形式dvxvxvxvvxAW是變化的W開園孔開園孔nLW 展開圖展開圖開方孔開方孔vdW 全周開口全周開口 二、閥套窗口形式二、閥套窗口形式（a）兩凸肩四通滑閥 三、滑閥凸肩、通道數(shù)、工作邊數(shù)三、滑閥凸肩、通道數(shù)、工作邊數(shù)（a）兩凸肩四通滑閥（a）兩凸肩四通滑閥（b）兩凸肩三通滑閥 （b）兩凸肩三通滑閥 （b）兩凸肩三通滑閥 （b）兩凸肩三通滑閥 （C） 四凸肩零開口四通滑閥（C） 四凸肩零開口四

4、通滑閥（C） 四凸肩零開口四通滑閥（C） 四凸肩零開口四通滑閥（D） 三凸肩零開口四通滑閥（D） 三凸肩零開口四通滑閥（D） 三凸肩零開口四通滑閥（D） 三凸肩零開口四通滑閥（E） 三凸肩正開口四通滑閥（E） 三凸肩正開口四通滑閥（E） 三凸肩正開口四通滑閥（E） 三凸肩正開口四通滑閥（F） 三凸肩負(fù)開口四通滑閥（F） 三凸肩負(fù)開口四通滑閥（F） 三凸肩負(fù)開口四通滑閥（F） 三凸肩負(fù)開口四通滑閥 滑閥的靜態(tài)待性即壓力滑閥的靜態(tài)待性即壓力流量特性，是指穩(wěn)態(tài)情況流量特性，是指穩(wěn)態(tài)情況下，閥的負(fù)載流量下，閥的負(fù)載流量 、負(fù)載壓力、負(fù)載壓力 和滑閥位移和滑閥位移 三三者之間的關(guān)系。者之間的關(guān)系。它表示

5、滑閥的工作能力和性能，對液壓伺服系統(tǒng)的它表示滑閥的工作能力和性能，對液壓伺服系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性計(jì)算具有重要意義。閥的靜態(tài)特性可用靜、動態(tài)特性計(jì)算具有重要意義。閥的靜態(tài)特性可用方程、曲線或特性參數(shù)方程、曲線或特性參數(shù)(閥的系數(shù)閥的系數(shù))表示。靜態(tài)特性曲表示。靜態(tài)特性曲線和閥的系數(shù)可從實(shí)際的閥測出，對許多結(jié)構(gòu)的閥也線和閥的系數(shù)可從實(shí)際的閥測出，對許多結(jié)構(gòu)的閥也可以用解析法推導(dǎo)出壓力可以用解析法推導(dǎo)出壓力流量方程。流量方程。2.2 2.2 滑閥靜態(tài)持性的一般分析滑閥靜態(tài)持性的一般分析 LqLpvx一、滑閥壓力一、滑閥壓力流量方程的一般表達(dá)式流量方程的一般表達(dá)式2.2 2.2 滑閥靜態(tài)持性的一般分析滑

6、閥靜態(tài)持性的一般分析 在推倒壓力在推倒壓力流量方程時，作以下假設(shè)：流量方程時，作以下假設(shè)： 1) 液壓能源是理想的恒壓源，供油壓力為常數(shù)。液壓能源是理想的恒壓源，供油壓力為常數(shù)。另外，假設(shè)回油壓力為零。另外，假設(shè)回油壓力為零。 2) 忽略管道和閥腔內(nèi)的壓力損失。忽略管道和閥腔內(nèi)的壓力損失。 3) 假定液體是不可壓縮的。因?yàn)榭紤]的是穩(wěn)態(tài)假定液體是不可壓縮的。因?yàn)榭紤]的是穩(wěn)態(tài)情況，液體密度變化量很小。情況，液體密度變化量很小。 4) 假定閥各節(jié)流口流量系數(shù)相等。假定閥各節(jié)流口流量系數(shù)相等。根據(jù)橋路的壓力平衡可得：p1 + p4 = psp2 + p3 = ps p1 - p2 = pLp3 - p

7、4 = pL根據(jù)橋路的流量平衡可得： q1 + q2 = qs q3 + q4 = qs q4 - q1 = qLq2 - q3 = qL 各橋臂的流量方程：111pgq 222pgq 333pgq 444pgq 2idiACg 式中節(jié)流口液導(dǎo)：閥口匹配條件： g1( xv ) = g3( xv ) g2( xv ) = g4( xv ) g2( xv ) = g1( -xv ) g4( xv ) = g3( -xv )則有： q1 = q3 q2 = q4 p1 = p3 p2 = p4 聯(lián)立解得：12sLppp22sLppp由以上公式推得負(fù)載流量為：2122sLsLLppppqgg2111

8、()()LdsLdsLqC AppC App2122sLsLsppppqgg2111()()sdsLdsLqC AppC App供油流量為：二、滑閥的靜態(tài)特性曲線(I) 閥的流量特性：負(fù)載壓降等于常數(shù)時，負(fù)載流量與閥芯位移之間的關(guān)系。負(fù)載壓降pL0時的流量特性稱為空載流量特性。(II) 閥的壓力特性：指負(fù)載流量等于常數(shù)時，負(fù)載壓降與閥芯位移之間的關(guān)系。通常所指的壓力特性是指負(fù)載流量qL0 時的壓力特性。(III) 閥的壓力-流量特性：指閥芯位移一定時，負(fù)載流量與負(fù)載壓降之間的關(guān)系。壓力流量特性曲線族(見圖28)則全面描述了閥的穩(wěn)態(tài)特性。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)（1）閥的線性化分析閥的壓力-

9、流量特性是非線性的。利用線件化理論對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析時，必須將這個方程線性化。利用負(fù)載壓力流量方程將其在某一特定工作點(diǎn)附近展成臺勞級數(shù)可得：LALLvAvLLALppqxxqqqLALLvAvLLLALppqxxqqqq（2）滑閥的特性系數(shù)流量增益：指負(fù)載壓降一定時，閥單位輸入位移所引起的負(fù)載流量變化的大小。流量-壓力系數(shù)：指閥開度一定時，負(fù)載壓降變化所引起的負(fù)載流量變化大小。壓力增益：指qL0時閥單位輸入位移所引起的負(fù)載壓力變化的大小。vLqxqKLLcpqKvLpxpK根據(jù)：所以有：負(fù)載壓力流量線性化方程：LLvLvLpqxqxqcqpKKK LcvqLpKxKq n閥的三個系數(shù)是表示閥靜

10、態(tài)特性的三個性能參數(shù)。這些系數(shù)在確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差時是非常重要的。流量增益直接影響系統(tǒng)的開環(huán)增益，因而對系統(tǒng)的穩(wěn)定件、響應(yīng)特性、穩(wěn)態(tài)誤差有直接影響。流量壓力系數(shù)直接影響閥控執(zhí)行元件(液壓動力元件)的阻尼比和速度剛度。壓力增益表示閥控執(zhí)行元件組合起動大慣量或大摩擦力負(fù)載的能力。 n閥的系數(shù)值隨閥的工作點(diǎn)而變。最重要的工作點(diǎn)是壓力流量曲線的原點(diǎn)，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)經(jīng)常在原點(diǎn)附近工作。而此處閥的流量增益最大(矩形閥口)。系統(tǒng)的開環(huán)增益也最高；但閥的流量壓力系數(shù)最小，所以系統(tǒng)的阻尼比也最低。因此壓力流量特性的原點(diǎn)對系統(tǒng)穩(wěn)定性來說是最關(guān)鍵的一點(diǎn)。一個系統(tǒng)在這點(diǎn)能穩(wěn)定工作，則在其它的工作點(diǎn)

11、也能穩(wěn)定工作。故通常在進(jìn)行系統(tǒng)分析時是以原點(diǎn)處的靜態(tài)放大系數(shù)作為閥的性能參數(shù)。(b)液壓橋(a)結(jié)構(gòu)原理圖A2.3 零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性 一、理想零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性 1、理想零開口四邊滑閥的壓力流量方程理想滑閥是指徑向間隙為零、工作邊銳利的滑閥。 閥芯左移： 閥芯右移：合并得：221()2sLLdsLppqgC App111()2sLLdslppqgC App 21()vvLdsLvvxxqCAppxx1()vLdvsLvxqC Wxppx/)(2/)(0LSvdLLSvPPWxCQPPPx閥口壓差時 x0時時 x0時時/)(/)(2/)(0LSvdLLSvdLLSvPPWxCQPP

12、WxCQPPPx閥口壓差時 歸一化處理得：其中：1vvLLvxqxpxvvvmxxxLLsppp0LLmqqq01mdvmsqC Wxp/)(LSdvLqPPWCxQK流量增益 二、零開口四邊閥的閥系數(shù)二、零開口四邊閥的閥系數(shù)0000/PCSdqKKPWCK系數(shù)理想零開口閥的零位閥三、零開口四邊閥的特性曲線三、零開口四邊閥的特性曲線)(2/)(LSLSvdLLCPPPPWxCPQK壓力流量系數(shù)vLSvLPxPPxPK)(2壓力增益LQ流量LP壓力時當(dāng)SLPP 三、實(shí)際零開口四邊閥的零位閥系數(shù)三、實(shí)際零開口四邊閥的零位閥系數(shù)LCvqLCPKxKQPWK002032零位時存在徑向泄漏零位時存在徑向

13、泄漏零位時壓力不是無窮大零位時壓力不是無窮大 一、正開口四邊閥的壓力一、正開口四邊閥的壓力-流量特性方程流量特性方程vvxUxU開口減小為、閥口開口增大為、閥口42312341QQQQQL或?yàn)闉樨?fù)載流量4231QQQQ且實(shí)際上 一、正開口四邊閥的壓力一、正開口四邊閥的壓力-流量特性方程流量特性方程42312341QQQQQQQQQL流量關(guān)系1Q流量4Q流量可分解可分解成成2 2個流個流量的疊加量的疊加/)()(/2)(/)()(/2)(442131LSvdvdLSvdvdPPxUWCPxUWCQQPPxUWCPxUWCQQ又2/)(414221LSLPPPPPPPPP右圖壓力關(guān)系2/)(123

14、121LSLPPPPPPPPP左圖壓力關(guān)系/)()(/)()(41LSvdLSvdLLPPxUWCPPxUWCQQQQ 特性方程UPKPPWUCKPWCKSPSSdCSdq2/2000零位壓力增益零位壓力流量系數(shù)零位流量增益 二、正開口四邊閥的閥系數(shù)二、正開口四邊閥的閥系數(shù)三、正開口四邊閥的特性曲線三、正開口四邊閥的特性曲線 一、零開口三通閥的壓力一、零開口三通閥的壓力-流量特性流量特性/)2(/21LSvdvdLPPWxCPWxCQQvLSPLSLSvdCLSdqxPPKPPPPWxCKPPWCK22/)2(/)2(壓力增益壓力流量系數(shù)流量增益2/SLPP SP偏置壓力A2/ASPOLSSL

15、CPPPPPP22/vxWQL二、正開口三通閥的壓力二、正開口三通閥的壓力-流量特性流量特性/)2()(/)2()(/2)(/2)(212211LSvdLSvdLvdvdPPxUWCPPxUWCQQQPxUWCQPxUWCQ又特性方程2/)2(2/)2(21LSLSPPPPPP壓力關(guān)系UPKPPWUCKPWCKSPSSdCSdq000/2/2零位壓力增益零位壓力流量系數(shù)零位流量增益2/SLPP SP偏置壓力A2/AQLSPOvxvxU vxU 12sdqpWCK120ssdcppWUCK120UpKsp0正開口三通閥的三個零位閥系數(shù)為(2-41)(2-42)(2-43) 三通閥的流量增益與四通

16、閥的流量增益相同，而三通閥的壓力增益Kp較四通閥的小一半，這是因?yàn)槿ㄩg只控制一個控制腔壓力pc，而另一腔的壓力不可控所致。 三、三通閥、四邊閥靜特性比較三、三通閥、四邊閥靜特性比較0000/PCSdqKKPWCK的零位閥系數(shù)理想零開口閥UPKPPWUCKPWCKSPSSdCSdq2/2000正開口四通閥UPKPPWUCKPWCKSPSSdCSdq000/2/2正開口三通閥000CqPKKK2倍遠(yuǎn)大于（1）作用在圓柱滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力）作用在圓柱滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力 液流經(jīng)過閥口時，由于流動方向和流速的改變，閥芯上會受到穩(wěn)態(tài)液動力。因沿閥芯徑向的分力互相抵消了，只剩下沿閥芯軸線方向的穩(wěn)態(tài)液動力。

17、 圖圖2.11 2.11 作用在帶平衡活塞的滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力作用在帶平衡活塞的滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力 cos)coscos(212sqv90vvqF（2）、瞬態(tài)液動力/maxmaxSvdSSvdnSnPWxCPNPWxCQPQN泵泵令出率放大元件輸出的液壓功N泵功率定量泵輸給放大元件的NSLLLSvdLLLPPNdPdNPPWxCPNPQN32,0/)(此時最大時當(dāng)出出出出%5.383132/)3/2()3/2(maxmaxSvdSSSvdSPWxCPPPWxCPNN泵出%7.6632SLLLLnPQPQQQ則有若采用恒壓變量泵供油2.9 噴嘴擋板閥 主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，運(yùn)動部件質(zhì)量小

18、，對污染不太敏感。一、單噴嘴擋板閥靜態(tài)特性 結(jié)構(gòu)原理： 一、雙噴嘴一、雙噴嘴-擋板閥的壓力擋板閥的壓力-流量特性流量特性4321QQQQQL流量關(guān)系)()(),()(04030201xxdAAAdxxdAAAnnn固定節(jié)流孔面積為噴孔直徑固定節(jié)流孔面積各閥口節(jié)流面積/)(2/)(2)(/)(2)(/)(2)(20010341010021PPACPPxxdCQQQPPxxdCPPACQQQSdSndfLSndfSdL隱函數(shù)特性方程/)(2)(/)(2/)(2)(/)(210420031021001PPxxdCQPPACQPPxxdCQPPACQSndfSdSndfSd閥口流量方程Q1Q2Q3Q42022012010)1(1)1(12/0 xxPPxxPPPPPQSSSL且令 二、雙噴嘴二、雙噴嘴-擋板閥的壓力特性擋板閥的壓力特性xxPPPxxPxxPPxxPxxPPxfPPPSSLSSLSSLL0002020212)21(1)21(1)1(1)1(1)(00 xPKSP0000000/xPKPxKPPxdCKPdCKSPSqSSndfCSndfq零位壓力增益零位壓力流量系數(shù)零位流量增益