液压伺服控制2章

1、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 滑阀静态特性的一般分析滑阀静态特性的一般分析 零开口四边滑阀的静态特性零开口四边滑阀的静态特性 正开口四边滑阀的静态特性正开口四边滑阀的静态特性 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性 滑阀受力分析滑阀受力分析 滑阀的输出功率及效率滑阀的输出功率及效率 滑阀的设计滑阀的设计 喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀 射流管阀射流管阀本章主要内容为本章主要内容为 ：第二章第二章 液压放大元件液压放大元件2 液压放大元件能将输入位移液压放大元件能将输入位移( (机械量机械量) )转换并放大为具有转换并放大为具有一定压力（一定压力（液压量液压量）的液体流量。）的液体流

2、量。 流量与压力的乘积即功率，因此也可以说液压放大元件流量与压力的乘积即功率，因此也可以说液压放大元件所输出的就是所输出的就是具有一定功率具有一定功率的液压信号。的液压信号。 液压放大元件也是控制液压放大元件也是控制液体流量大小及方向液体流量大小及方向的控制元的控制元件，通常称为件，通常称为(液压液压)阀，如：滑阀、挡板阀等。阀，如：滑阀、挡板阀等。小小大大3阀芯阀芯阀体（阀套）阀体（阀套）凸肩凸肩沉沉割割槽槽棱边棱边阀阀芯芯孔孔阀芯与阀体阀芯与阀体land棱边棱边沉割槽沉割槽通油槽通油槽滑阀典型结构原理图滑阀典型结构原理图4（A）两凸肩四通滑阀）两凸肩四通滑阀(A)为两凸肩为两凸肩四四通通滑

3、阀，它有一滑阀，它有一个进油口个进油口P，两，两个通向液压执行个通向液压执行元件的控制口元件的控制口A及及B，另外还有，另外还有两个回油口。因两个回油口。因为两个回油口合为两个回油口合并成一个并成一个O口流口流出滑阀，故整个出滑阀，故整个滑阀共有滑阀共有P、T、A、B四个通油四个通油口，称四通阀。口，称四通阀。这种结构这种结构中回油压力作中回油压力作用于凸肩，因用于凸肩，因油压力不会为油压力不会为零，当阀芯不零，当阀芯不在零位时，总在零位时，总有一个有一个使阀芯使阀芯继续打开的力继续打开的力作用于阀芯作用于阀芯5（A）两凸肩四通滑阀）两凸肩四通滑阀6（A）两凸肩四通滑阀7(B)两凸肩两凸肩三通

4、三通滑阀滑阀 两个凸肩里侧的两个棱两个凸肩里侧的两个棱边是工作棱边，只有一个通边是工作棱边，只有一个通向液压执行元件的控制口向液压执行元件的控制口c，所以称三通阀。如果阀芯向所以称三通阀。如果阀芯向右微动，右微动，P口的油液经过右口的油液经过右凸肩棱边的节流作用后通向凸肩棱边的节流作用后通向C口，如果阀芯向左移动，口，如果阀芯向左移动，则则C口的油液经左凸肩棱边口的油液经左凸肩棱边节流后由节流后由T口流出滑阀。由口流出滑阀。由于只有一个控制口于只有一个控制口C，通向通向液压缸的无杆腔，液压缸的液压缸的无杆腔，液压缸的有杆腔是不可控有杆腔是不可控的。为使液的。为使液压缸能双向运动，必须采取压缸能

5、双向运动，必须采取其它办法让液压缸活塞回程，其它办法让液压缸活塞回程，图示结构图示结构（B）两凸肩三通滑阀）两凸肩三通滑阀 8（B）两凸肩三通滑阀）两凸肩三通滑阀 9（B）两凸肩三通滑阀）两凸肩三通滑阀 10（B）两凸肩三通滑阀）两凸肩三通滑阀 11（C） 四凸肩零开口四通滑阀四凸肩零开口四通滑阀(C)四凸肩零开口四四凸肩零开口四通滑阀通滑阀 图中两个通油槽处图中两个通油槽处有四个工作棱边。由于有四个工作棱边。由于凸肩的宽度和不同凸肩凸肩的宽度和不同凸肩间的距离，与相对应的间的距离，与相对应的油槽尺寸是配制得完全油槽尺寸是配制得完全一致的，所以当阀芯处一致的，所以当阀芯处于中位时，凸肩的棱边于

6、中位时，凸肩的棱边与油糟的棱边，一一对与油糟的棱边，一一对齐，从而把油槽完全封齐，从而把油槽完全封住。这种完全理想化的住。这种完全理想化的滑阀，称理想滑阀。滑阀，称理想滑阀。12（C） 四凸肩零开口四通滑阀四凸肩零开口四通滑阀13（C） 四凸肩零开口四通滑阀四凸肩零开口四通滑阀14（C） 四凸肩零开口四通滑阀四凸肩零开口四通滑阀15(D)三凸肩零开口三凸肩零开口四通滑阀四通滑阀 图中三个通油槽处图中三个通油槽处有四个工作棱边。由于有四个工作棱边。由于凸肩的宽度和不同凸肩凸肩的宽度和不同凸肩间的距离，与相对应的间的距离，与相对应的油槽尺寸是配制得完全油槽尺寸是配制得完全一致的，所以当阀芯处一致的

7、，所以当阀芯处于中位时，凸肩的棱边于中位时，凸肩的棱边与油糟的棱边，一一对与油糟的棱边，一一对齐，从而把油槽完全封齐，从而把油槽完全封住。这种完全理想化的住。这种完全理想化的滑阀，称理想滑阀滑阀，称理想滑阀（D） 三凸肩零开口四通滑阀三凸肩零开口四通滑阀16（D） 三凸肩零开口四通滑阀三凸肩零开口四通滑阀17（D） 三凸肩零开口四通滑阀三凸肩零开口四通滑阀18（D） 三凸肩零开口四通滑阀19（E） 三凸肩正开口四通滑阀三凸肩正开口四通滑阀(E)三凸肩正开口四通阀三凸肩正开口四通阀 阀芯处于中位时，阀芯处于中位时，四个节流工作棱边处都四个节流工作棱边处都有相同的预开口量有相同的预开口量U，即在零

8、位时有即在零位时有预开口量预开口量，这种阀称正开口阀或负这种阀称正开口阀或负重叠阀。重叠阀。20（E） 三凸肩正开口四通滑阀三凸肩正开口四通滑阀21（E） 三凸肩正开口四通滑阀三凸肩正开口四通滑阀22（F） 三凸肩负开口四通滑阀三凸肩负开口四通滑阀(F)三凸肩负开口四通滑阀三凸肩负开口四通滑阀 零位时每个凸肩都遮零位时每个凸肩都遮盖了相应的油槽而有盖了相应的油槽而有重叠重叠量量，只有阀芯位移超过了，只有阀芯位移超过了棱边处的重叠量后阀口才棱边处的重叠量后阀口才打开。这种阀称正重叠阀打开。这种阀称正重叠阀或负开口阀。或负开口阀。 23（F） 三凸肩负开口四通滑阀三凸肩负开口四通滑阀24（F） 三

9、凸肩负开口四通滑阀三凸肩负开口四通滑阀25（F） 三凸肩负开口四通滑阀三凸肩负开口四通滑阀26二、按滑阀的工作边数分二、按滑阀的工作边数分四边滑阀：控制性能最好，四边滑阀：控制性能最好，需保证需保证3个轴向配合尺寸个轴向配合尺寸双边滑阀：需保证双边滑阀：需保证1个轴向配合尺寸个轴向配合尺寸单边滑阀：控制性能最差，单边滑阀：控制性能最差，无需无需保证轴向配合尺寸保证轴向配合尺寸27三、按滑阀的预开口型式划分三、按滑阀的预开口型式划分正开口（负重叠）：流量增益变化大，压力灵敏度低，正开口（负重叠）：流量增益变化大，压力灵敏度低， 零位泄漏量大零位泄漏量大零开口（零重叠）：线性流量增益，应用广，加工

10、困难零开口（零重叠）：线性流量增益，应用广，加工困难负开口（正重叠）：流量负开口（正重叠）：流量增益有死区，有稳态误差，增益有死区，有稳态误差， 很少采用很少采用零开口零开口正开口正开口负开口负开口零重叠零重叠负重叠负重叠正重叠正重叠28四、按阀套窗口的形状划分四、按阀套窗口的形状划分矩形：开口面积与阀芯位移成比例，线性流量增益（零矩形：开口面积与阀芯位移成比例，线性流量增益（零 开口阀）开口阀）圆形：工艺好，但流量增益非线性。用于要求不高处圆形：工艺好，但流量增益非线性。用于要求不高处29vxAW是变化的WnLW 展开图展开图vdWdvxvxvxv30五、按阀芯的凸肩数目划分五、按阀芯的凸肩

11、数目划分二凸肩：二通阀，（二凸肩的四通阀导向性不好，不能全二凸肩：二通阀，（二凸肩的四通阀导向性不好，不能全 周开口，阀芯所受液压力不平衡）周开口，阀芯所受液压力不平衡）三凸肩：三通阀或四通阀三凸肩：三通阀或四通阀四凸肩：四通阀四凸肩：四通阀 如果在阀芯上不开环形槽，而是直接利用阀芯的轴端面作为阀芯节如果在阀芯上不开环形槽，而是直接利用阀芯的轴端面作为阀芯节流边流边 图（图（a a） ，则阀芯受到液压力的作用后不能平衡，会给控制带来困，则阀芯受到液压力的作用后不能平衡，会给控制带来困难。通过在阀芯上开设难。通过在阀芯上开设环形槽环形槽，形成图（，形成图（b b）所示）所示平衡活塞平衡活塞，则阀

12、芯上所，则阀芯上所承受的液压力大部分可以得到平衡，施以承受的液压力大部分可以得到平衡，施以较小的轴向力即可驱动较小的轴向力即可驱动阀芯。阀芯。 阀芯节流边阀芯节流边平衡活塞平衡活塞311) 滑阀的静态特性即压力滑阀的静态特性即压力-流量特性，是指稳态情况下，阀的流量特性，是指稳态情况下，阀的负载流量、负载压力和滑阀位移负载流量、负载压力和滑阀位移之间的关系。之间的关系。2) 滑阀的静态特性滑阀的静态特性表示滑阀的表示滑阀的工作能力和性能工作能力和性能，对液压伺服，对液压伺服系统的静、动态特性计算具有重要意义。系统的静、动态特性计算具有重要意义。3) 阀的静态特性可用阀的静态特性可用方程、曲线或

13、特性参数方程、曲线或特性参数（阀的系数）表（阀的系数）表示。示。4) 静态特性曲线和阀的系数可从静态特性曲线和阀的系数可从实际实际的阀得出，许多结构的的阀得出，许多结构的阀也可用阀也可用解析法解析法推导出压力流量方程推导出压力流量方程);(LvLpxfQ 32为了分析简便，对滑阀作如下假设：为了分析简便，对滑阀作如下假设：1) 1) 液压能源是理想的恒压源。液压能源是理想的恒压源。 供油压力为常数，回油压力为零，或将供油压力供油压力为常数，回油压力为零，或将供油压力看成是二者之差看成是二者之差2) 2) 忽略管道和阀腔内的压力损失。忽略管道和阀腔内的压力损失。与阀口处的节流损失相比很小，可忽略

14、不计与阀口处的节流损失相比很小，可忽略不计3) 3) 液体是不可压缩的。液体是不可压缩的。 稳态情况时，液体密度变化很小，可忽略不计。稳态情况时，液体密度变化很小，可忽略不计。4) 4) 各节流口流量系数相等。各节流口流量系数相等。 5) 5) 阀是匹配对称的。阀是匹配对称的。 dddddCCCCC4321 vvvvxQxQxQxQ312133节流口节流口1、3处的流量处的流量 )(211ppWCQsvd)(2023ppWxCQvdpLpApAppF)(2121pppLpL一负载压力 由假设知，在理想状态下，由于匹配，流过节流口由假设知，在理想状态下，由于匹配，流过节流口1及及3的流量必然相等

15、。取的流量必然相等。取QL为流入及流出负载的负载流量，则为流入及流出负载的负载流量，则QL=Q1= Q3。 由式由式(2-2)及及(2-3)可见可见 2021ppppps21pppspACQd234由式由式(2-4)及及(2-5)可得可得 )(211Lsppp)(212Lsppp)(1)(11214LsdLsdLppACppACQQQ 这就是滑阀压力这就是滑阀压力-流量方程的一般表达式流量方程的一般表达式)(1)(11212LsdLsdsppACppACQQQ1） 对于匹配对称阀，空载时，与负载相连的对于匹配对称阀，空载时，与负载相连的两个管道中的压力均为两个管道中的压力均为sp212）当加上

16、负载后，一个管道中的压力升高恰等于另一个管道）当加上负载后，一个管道中的压力升高恰等于另一个管道中的压力降低中的压力降低35 滑阀的静态特性曲线滑阀的静态特性曲线通常由实验通常由实验得到，对某些得到，对某些理想理想滑阀也滑阀也可由可由解析法解析法得到。静态特性曲线的定义：得到。静态特性曲线的定义：1) 1) 流量特性曲线流量特性曲线指负载压降等于常数时，负载流量与阀芯位移之间的关系。指负载压降等于常数时，负载流量与阀芯位移之间的关系。负载负载压降为零时压降为零时的流量特性为的流量特性为空载空载流量特性流量特性2) 2) 压力特性曲线压力特性曲线指负载流量等于常数时，负载压降与阀芯位移之间的关系

17、。指负载流量等于常数时，负载压降与阀芯位移之间的关系。通常通常所指的压力特性是所指的压力特性是负载流量为零时负载流量为零时的压力特性的压力特性363) 3) 压力压力- -流量特性曲线流量特性曲线 指阀芯位移一定时，负载流量与负载压降之间的关系。指阀芯位移一定时，负载流量与负载压降之间的关系。 压力压力- -流量特性曲线流量特性曲线全面描述全面描述了阀的了阀的稳态特性稳态特性。最大。最大位移下的压力位移下的压力- -流量特性曲线表示阀的流量特性曲线表示阀的工作能力和规格工作能力和规格。当负载所需要的压力和流量能被阀在最大位移时的压力当负载所需要的压力和流量能被阀在最大位移时的压力- -流量曲线

18、流量曲线包围包围时，阀就能满足负载的要求。时，阀就能满足负载的要求。37定义阀的三个系数：定义阀的三个系数：1) 1) 流量增益流量增益 流量特性曲线在某一点的切线斜率。直接影响系统的流量特性曲线在某一点的切线斜率。直接影响系统的开开环增益环增益 表示负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流表示负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小。量变化的大小。 其值越其值越大大，阀对负载流量的控制就越，阀对负载流量的控制就越灵敏灵敏。2) 2) 流量流量- -压力系数压力系数 压力压力- -流量曲线的切线斜率冠以负号。影响系统流量曲线的切线斜率冠以负号。影响系统阻尼比和阻尼比和速度刚

19、度速度刚度 表示阀开度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变表示阀开度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变化的大小。化的大小。 其值小，阀的刚度大。是系统中的一种阻尼其值小，阀的刚度大。是系统中的一种阻尼vLqxQKLLcpQK383) 3) 压力增益（压力灵敏度）压力增益（压力灵敏度） 压力特性曲线的切线斜率。表示压力特性曲线的切线斜率。表示起动大惯量和大摩起动大惯量和大摩擦力负载擦力负载的能力的能力 通常是指负载流量为零时，阀单位输入位移所引起通常是指负载流量为零时，阀单位输入位移所引起的负载压力变化的大小。的负载压力变化的大小。 其值其值大大，阀对负载压力的控制，阀对负载压力的控制灵敏

20、灵敏度高度高cqvLpKKxpK39定义了阀的系数以后，定义了阀的系数以后，压力压力- -流量特性方程的线性化流量特性方程的线性化表达式可写表达式可写成：成：LcvqpKxKQ1)1)阀的系数值随阀的工作点而变阀的系数值随阀的工作点而变2)2)反馈系统经常工作在原点附近反馈系统经常工作在原点附近 此时，流量增益最大，流量此时，流量增益最大，流量- -压力系数最小，阻尼比最低压力系数最小，阻尼比最低 因此，原点处是设计的最危险点。因此，原点处是设计的最危险点。3)3)原点处的阀系数称为零位阀系数原点处的阀系数称为零位阀系数0qK0cK0pK40理想滑阀是指：径向间隙为零、工作边锐利的滑阀。理想滑

21、阀是指：径向间隙为零、工作边锐利的滑阀。理想滑阀的开口面积和阀芯位移的关系易确定，其压力理想滑阀的开口面积和阀芯位移的关系易确定，其压力-流量方程可用解析法得到。流量方程可用解析法得到。41(b)液压桥(a)结构原理图)(1)(112LsdLsdLppACppACQ0vx)(1A2LsdLppCQ01A0vx)(1A1LsdLppCQ02A420.80.81.2-1.2-0.8-0.8-0.4-0.40.40.40.2-0.2000-0.80.8-0.40.40.6-0.6-1.0 理想零开口四边滑阀压力理想零开口四边滑阀压力- -流量曲线流量曲线 曲线是非线性的曲线是非线性的 ! sLvvv

22、vLLppxxxxQQ1maxmax43)(1LsdvLqppWCxQK)(2)(1LsLsvdLLcppppWxCpQKcqvLsvLpKKxppxpK)(22、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根据定义可得：根据定义可得：sdqpWCK1000cK0pK根据公式得到的根据公式得到的Kq0与实际与实际测得的比较测得的比较一致一致，但算出的，但算出的Kp0和和Kc0与试验值有与试验值有很大出入很大出入。原因完全是由于假设了阀是理想。原因完全是由于假设了阀是理想的、没有的、没有径向间隙径向间隙而引起来的。而引起来的。 44 实际的阀总有径向间隙，否则阀芯就不能运动。实际的阀总

23、有径向间隙，否则阀芯就不能运动。 1.1.当阀不在零位时，通过阀的径向间隙的泄漏量甚当阀不在零位时，通过阀的径向间隙的泄漏量甚小而可忽略不计。小而可忽略不计。 2.2.当阀在零位（当阀在零位（0.025mm0.025mm范围内）时，阀口关死，间范围内）时，阀口关死，间隙泄漏流量几乎就是通过此节流口的全部流量，因此隙泄漏流量几乎就是通过此节流口的全部流量，因此就不能忽略了。就不能忽略了。 3.3.有很小的正的或负的重叠量有很小的正的或负的重叠量 4.4.阀口工作边存在小圆角阀口工作边存在小圆角45 将将两个控制口堵死两个控制口堵死并各接一压力表，可分别测出压力并各接一压力表，可分别测出压力p1及

24、及p2。然后再实测出。然后再实测出xv与与p1、p2的值，确定其相互关系，由此即可的值，确定其相互关系，由此即可得到得到pL=f(xv)曲线。在曲线曲线。在曲线原点原点求曲线斜率，即求曲线斜率，即零位压力增益零位压力增益Kp0。1 1 压力特性曲线压力特性曲线462 泄漏流量曲线泄漏流量曲线 在供油压力一定在供油压力一定时，改变阀芯位移，测出泄露流量，可时，改变阀芯位移，测出泄露流量，可得泄漏流量曲线。得泄漏流量曲线。1）阀芯在）阀芯在中位中位时的时的泄漏泄漏流量流量最大最大。因为此时阀的。因为此时阀的密封密封长长度度最短最短2）可用来）可用来度量度量阀芯在中位时的液压阀芯在中位时的液压功率损

25、失功率损失大小大小473 中位泄漏流量曲线中位泄漏流量曲线 使使阀芯阀芯处于阀套的中间位置处于阀套的中间位置不动不动，改变供油压力，测量，改变供油压力，测量出相应的泄漏流量，可得中位泄漏流量曲线出相应的泄漏流量，可得中位泄漏流量曲线 1）可用来判断阀的加工）可用来判断阀的加工配合质量配合质量 2）确定确定阀的零位阀的零位流量流量-压力系数压力系数484 给出实际零开口四边滑阀的给出实际零开口四边滑阀的Kp0和和Kc0近似计算公式近似计算公式 当阀芯在零位时，即当阀芯在零位时，即xv=0，四通滑阀的四个工作棱边处都，四通滑阀的四个工作棱边处都没有阀开口，但都有没有阀开口，但都有径向间隙径向间隙。

26、由。由形成四个相同的矩形形成四个相同的矩形节节流缝隙流缝隙，通过此节流口的流量甚小，雷诺数，通过此节流口的流量甚小，雷诺数Re也甚小，流动也甚小，流动状态属于状态属于层流层流（旧阀旧阀为紊流，但流量为紊流，但流量-压力系数变化不大，约压力系数变化不大，约23倍倍），故通过此节流口的流量），故通过此节流口的流量Q为为 pWQ322式中式中p节流口两侧的压力差，节流口两侧的压力差， 动力粘度系数，动力粘度系数，Ns/m2。 49根据压力流量系数的定义根据压力流量系数的定义 00vxLLcPQK322WsdcqppCKKK1322000 由于零位阀系数是把工作点取在零位的，因此由于零位阀系数是把工作

27、点取在零位的，因此(2-11)式中的式中的增量增量QL、xv及及pL也就直接等于也就直接等于QL、xv及及pL了，所以了，所以(2-11)式式可写成可写成 LcvqLpKxKQ00这就是非常有用的液压放大元件的线性化流量方程。这就是非常有用的液压放大元件的线性化流量方程。 实际零开口阀的零位压力增益主要取决于阀的实际零开口阀的零位压力增益主要取决于阀的径向间隙径向间隙值，而与阀的面积梯值，而与阀的面积梯度无关。零位压力增益是个很大的值，很容易达到度无关。零位压力增益是个很大的值，很容易达到1011的数量级的数量级5051 仍沿用前面的仍沿用前面的假设假设，即，即阀阀是理想的，是理想的，油液油液

28、是理想的，是理想的，能能源压力源压力是是理想理想的。的。 当阀芯在零位，即当阀芯在零位，即xv=0时，四个节流口处都有时，四个节流口处都有相同相同的预的预开口量开口量U。 正开口阀的正常工作范围是：正开口阀的正常工作范围是： |xv|U，也就是四个节流口，也就是四个节流口均均处于打开状态而都有流量通过，如果阀芯位移处于打开状态而都有流量通过，如果阀芯位移x xv v U U，即有，即有二个节流口闭死，就相当于零开口型四通滑阀了，其静特性与二个节流口闭死，就相当于零开口型四通滑阀了，其静特性与零开口零开口型四通滑阀型四通滑阀完全相完全相同同 。 当阀芯在当阀芯在零位零位，且负载压力，且负载压力p

29、L也为零时，四个节流口的也为零时，四个节流口的节节流作用相同流作用相同，则，则Q1=Q2=Q3=Q4，QL=0。 52 当阀芯偏离零位，如图示当阀芯偏离零位，如图示方向阀芯方向阀芯向右移动向右移动xv，则，则， LsvLsvdLppxUppxUWCQ1sLvsLvsdLppUxppUxpWUCQ11111)(1)(11214LsdLsdLppACppACQQQ53根据上式及零位条件根据上式及零位条件xv=QL=pL=0，可得，可得 sdvLqpWCxQK20ssdLLcppWUCPQK0UpKKKscqp2000LsvLsvdLppxUppxUWCQ154正开口阀的流量增益为零开口阀的正开口阀

30、的流量增益为零开口阀的两倍两倍，这是因为，这是因为QL由两个节流口一起控制调节的缘故，它们是由两个节流口一起控制调节的缘故，它们是差动差动变化的。压力流量方程的右边有变化的。压力流量方程的右边有两项两项就说明这一点。就说明这一点。所以所以线性度好线性度好。正开口阀的流量压力系数较零开口阀的正开口阀的流量压力系数较零开口阀的大一倍大一倍，即正，即正开口阀的刚度约小一倍。开口阀的刚度约小一倍。 Kc0取决于取决于面积梯度面积梯度，而，而Kp0与面积梯度与面积梯度无关无关。LsvLsvdLppxUppxUWCQ1ssdLLcppWUCPQK0UpKKKscqp200055正开口阀的阀口常开，总有流量

31、通过，正开口阀的阀口常开，总有流量通过，径向间隙径向间隙的的泄漏量总是远小于阀口流量，可以泄漏量总是远小于阀口流量，可以略去略去，故理论推，故理论推导的导的三个零位阀系数都是正确三个零位阀系数都是正确可用的。可用的。5. 正开口阀的正开口阀的零位零位阀系数阀系数Kq0，Kc0与与非零位非零位的阀系的阀系数数Kq和和Kc非常非常近似近似（线性线性度好）。度好）。6. 6. 在在零位零位附近，附近，实际零实际零开口阀很类似于开口阀很类似于正正开口阀。开口阀。56正开口阀的零位泄漏量应是窗口正开口阀的零位泄漏量应是窗口3、4泄漏量之和，即：泄漏量之和，即：零位泄漏量零位泄漏量比较比较大大，不适合于大

32、功率控制的场合。，不适合于大功率控制的场合。K Kq0q0，K Kc0c0也可以用零位泄漏量表示也可以用零位泄漏量表示实际应用中，可采用部分实际应用中，可采用部分正开口阀正开口阀，以，以增加阻尼作用增加阻尼作用。但会但会压力增益降低压力增益降低，零位泄漏零位泄漏流量增流量增大大，且，且流量增益非流量增益非线性线性。sdcpWUCQ2UQKcq0sccPQK2057阀芯离开中间位置时，只有一阀芯离开中间位置时，只有一个节流窗口工作，另一个则关个节流窗口工作，另一个则关闭。闭。一、零开口双边滑阀的静态特性一、零开口双边滑阀的静态特性csvdLppWxCQ2cvdLpWxCQ258写成无因次形式：写

33、成无因次形式：(2-33) 无因次压力无因次压力-流量曲线与零开口四边滑阀的一样，只是坐标流量曲线与零开口四边滑阀的一样，只是坐标要加以改变。要加以改变。cvLpxQ_cvLpxQ_10.80.81.2-1.2-0.8-0.8-0.4-0.40.40.40.2-0.2000-0.80.8-0.40.40.6-0.6-1.00.80.81.2-1.2-0.8-0.8-0.4-0.40.40.40.2-0.2000.5s0.10.90.30.70.6-0.6-1.0svdLpWxCQ2maxmaxsvdLpWxCQ1maxmaxsLvvvvLLppxxxxQQ1maxmax59零位工作点：零位工作

34、点：20scpp 在该点工作时，阀控液压缸在在该点工作时，阀控液压缸在两个方向两个方向的的控制性能一样控制性能一样，可得到可得到相同的加速和减速能力相同的加速和减速能力及相同的及相同的运动速度运动速度。为了使阀。为了使阀在这一点工作，在这一点工作，在无外负载力作用时，有杆腔面积和无杆腔在无外负载力作用时，有杆腔面积和无杆腔面积须满足：面积须满足： 0LvQxrhAA2在有外负载力作用时，有杆腔面积和无杆腔面积须满足在有外负载力作用时，有杆腔面积和无杆腔面积须满足 hsLhrApFAA2160在零位工作点求偏导，可得到零开口双边滑阀的零位系数为：在零位工作点求偏导，可得到零开口双边滑阀的零位系数

35、为：sdvLqpWCxQK00与零开口四边滑阀比有以下特点：与零开口四边滑阀比有以下特点：流量增益流量增益一样一样，压力增益为四边阀的，压力增益为四边阀的一半一半常值负载常值负载力力和摩擦负载力在系统中引起的稳态和摩擦负载力在系统中引起的稳态误差误差是四边是四边阀的阀的两倍两倍。适用于适用于机液机液伺服系统（负载力小，允许误差大）伺服系统（负载力小，允许误差大）K Kp0p0和和K Kc0c0应根据其零位漏损量应根据其零位漏损量推算推算。 0/000ssvdcLcppWxCpQK000vsvcpxpxpK61cvvdcsvdLpxUWxCppxUWCQ22cvcvLpxpxQ_1110.8-2

36、.0-1.00.200.5s0.10.90.30.70.62.01.0-0.8-0.4-0.2-0.6-1.00.4svdLpWxCQ2maxmax62sdvLqpWCxQK200正开口双边阀的三个零位阀系数为：正开口双边阀的三个零位阀系数为：与正开口四边阀相比：与正开口四边阀相比：零位流量增益零位流量增益一样一样，压力增益是四边阀的，压力增益是四边阀的一半一半。1. 四边阀有四边阀有两个两个控制通道，且控制通道，且差动工差动工作，而双边阀仅有作，而双边阀仅有一一个控制通道个控制通道。ssdcLcppWUCpQK/200UpxpKsvcp00sdcpWUCQ 零位泄漏流量为：零位泄漏流量为：6

37、3 三、三通阀、四边阀静特性比较三、三通阀、四边阀静特性比较1 1、流量增益、流量增益KqKq零开口阀是正开口阀的一半；零开口阀是正开口阀的一半；开口型式相同，流量增益相同开口型式相同，流量增益相同2 2、流量压力系数、流量压力系数KcKc三通阀是四通阀的三通阀是四通阀的2 2倍；倍；正开口是零开口的正开口是零开口的2 2倍倍4 4、零开口的零开口的压力流量系数远小于压力流量系数远小于正开口阀（正开口阀（0 0）零开口的零开口的压力增益远大于压力增益远大于正开口阀。（正开口阀。（infinf）零开口的零开口的因因“内泄漏内泄漏”引起的误差将远小于引起的误差将远小于正开口阀。正开口阀。3 3、压

38、力增益、压力增益KpKp三通阀是四通阀的一半；三通阀是四通阀的一半；通道数相同，压力增益相同通道数相同，压力增益相同64滑阀是液压控制系统中的一个环节。它滑阀是液压控制系统中的一个环节。它由前一级由前一级的力矩的力矩马达等电磁元件或其它放大元件马达等电磁元件或其它放大元件驱动驱动。要驱动阀芯轴向运动，须要驱动阀芯轴向运动，须克服轴向阻力克服轴向阻力。阻力小，前一。阻力小，前一级元件的输出功率就小。阀芯运动时的级元件的输出功率就小。阀芯运动时的阻力阻力是设计滑阀是设计滑阀前一级前一级元件的主要元件的主要依据依据。操纵滑阀阀芯运动需要克服各种阻力，包括：操纵滑阀阀芯运动需要克服各种阻力，包括： 1

39、 1）阀芯质量的）阀芯质量的惯性力惯性力 2 2）阀芯与阀套间的）阀芯与阀套间的摩擦力摩擦力（干摩擦力（定值，与（干摩擦力（定值，与运动方向反）、静摩擦力（起动时有）、运动方向反）、静摩擦力（起动时有）、 粘性粘性 摩擦力摩擦力（与速度成正比）（与速度成正比） 3 3）阀芯所受）阀芯所受液动力液动力（由于液体流过滑阀而引起）（由于液体流过滑阀而引起） 4 4）弹性力和任意）弹性力和任意外负载力外负载力 本节主要侧重讨论液动力 651. 稳态液动力计算公式稳态液动力计算公式 稳态液动力是在阀口开稳态液动力是在阀口开度一定的度一定的稳定流动稳定流动（流量一（流量一定，压降一定）情况下，液定，压降一

40、定）情况下，液流对阀芯的流对阀芯的反作用力反作用力。 cos)90coscos(2121sQVVVQFF 根据动量定理可求得稳态轴根据动量定理可求得稳态轴向液动力的大小为：向液动力的大小为：pWxCQv2d又Cv流速系数，一般取流速系数，一般取0.950.98， W阀口面积梯度阀口面积梯度Cq流量系数，流量系数， x阀口开度阀口开度 p阀口压差阀口压差， p=p1-p2pCVv22由由柏努利方程柏努利方程可求得阀口射流可求得阀口射流最小断面最小断面处的处的流速流速为：为：y 轴向稳态液动力轴向稳态液动力xvx控制体p1p2661）由于射流角总是小于）由于射流角总是小于90度，所以度，所以 稳态

41、液动力的方向总是稳态液动力的方向总是指向使指向使阀口关闭阀口关闭的方向。的方向。2）作用与阀的对中弹簧的作用相似，是由液体流动所引起）作用与阀的对中弹簧的作用相似，是由液体流动所引起的一种的一种弹性力弹性力。3）实际滑阀）实际滑阀（径向间隙和工作圆角）射流角减小，液动力（径向间隙和工作圆角）射流角减小，液动力增大增大（特别在（特别在小开口小开口时），液动力与时），液动力与阀开口阀开口之间呈现之间呈现非非线性线性。vfvvdxKpWxCCFcos2s则稳态液动力则稳态液动力F1为为y 轴向稳态液动力轴向稳态液动力xvx为稳态液动力刚度cos2pWCCKvdf对于理想滑阀，射流角对于理想滑阀，射流

42、角=69 。取。取Cv=0.98，Cd=0.61，则，则vfvxKpxWF43. 0s671）空载时）空载时液动力液动力最大最大2）负载压力一定）负载压力一定时，稳态液动力与阀开口时，稳态液动力与阀开口成比例成比例关系，否则，呈非线性。关系，否则，呈非线性。3）稳态液动力）稳态液动力很大很大。（。（d=12mm，ps=14MPa，Kf=22.7kg/mm，xv=0.5mm，Fs0=11.4kg）4）由于受力矩马达输出力矩的）由于受力矩马达输出力矩的限制限制，稳态液动力限制了单级伺服阀的输，稳态液动力限制了单级伺服阀的输出功率，故使用出功率，故使用两级伺服阀两级伺服阀。第一级产生足够大的力去驱动

43、第二级。第一级产生足够大的力去驱动第二级5）难题：）难题：补偿和消除稳态液动力（在所有流量和压降下完全补偿，且不补偿和消除稳态液动力（在所有流量和压降下完全补偿，且不出现非线性）出现非线性）2Lsppp2. 零开口四边滑阀的稳态液动力零开口四边滑阀的稳态液动力vfvLsxKxppWF43. 0s 零开口四边滑阀工作时，两零开口四边滑阀工作时，两个个串联的阀口串联的阀口同时起作用，每同时起作用，每个阀口的压降为：个阀口的压降为：总的液动力为：总的液动力为：68其其空载空载稳态液动力是零开口四边滑阀的稳态液动力是零开口四边滑阀的两倍两倍vvsssxUWAAxUWAApAppApAppAF42314

44、4223311-43. 0所以：因为阀是匹配对称的，3. 正开口四边滑阀的稳态液动力正开口四边滑阀的稳态液动力UpxpWFLvs86. 0s 正开口四边滑阀有四个节流窗口同时工作正开口四边滑阀有四个节流窗口同时工作总的液动力为总的液动力为：69根据阀口流量公式根据阀口流量公式pWxCQvd2对其求导，并对其求导，并忽略压力变化率忽略压力变化率的微小影响，可得瞬态液动力为：的微小影响，可得瞬态液动力为：dtdxBdtdxpWLCFvfvdt21）瞬态液动力与阀芯的）瞬态液动力与阀芯的移动速度移动速度成正比，起粘性阻尼力的作用。成正比，起粘性阻尼力的作用。2）阻尼系数）阻尼系数 Bf 与与阻尼长度

45、阻尼长度 L 有关。有关。3）瞬态液动力的方向始终与阀腔内液体的）瞬态液动力的方向始终与阀腔内液体的加速度方向相反加速度方向相反。4）若瞬态液动力方向）若瞬态液动力方向与阀芯移动方向相反与阀芯移动方向相反，则起，则起正阻尼力正阻尼力的作用，的作用，反之，则起反之，则起负阻尼力负阻尼力的作用。的作用。701）当）当L2 L1时，时，Bf 0，是，是正阻尼正阻尼，反之，是负阻尼。，反之，是负阻尼。2）负阻尼负阻尼对阀工作的稳定性对阀工作的稳定性不利不利。应保证。应保证L2 L1 。3）瞬态液动力的数值一般）瞬态液动力的数值一般很小很小，不能用它做阻尼源。，不能用它做阻尼源。2Lsppp2. 零开口

46、四边滑阀的瞬态液动力零开口四边滑阀的瞬态液动力dtdxBdtdxppWCLLFvfvLsdt12 L2是正阻尼长，是正阻尼长，L1是负阻尼是负阻尼长，阀口压差：长，阀口压差：总的液动力为：总的液动力为： L2 L1 L1 L2 71其其空载空载瞬态液动力是零瞬态液动力是零开口四边滑阀的开口四边滑阀的两两倍倍3. 正开口四边滑阀的瞬态液动力正开口四边滑阀的瞬态液动力dtdxBdtdxppppWCLLFvfvLsLsd12t L2是正阻尼长，是正阻尼长，L1是负阻尼，分别求出四个节流阀口的是负阻尼，分别求出四个节流阀口的瞬态液动力，将它们相加得总的瞬态液动力为：瞬态液动力，将它们相加得总的瞬态液动

47、力为：72 根据阀芯运动时的力平衡方程，可得阀芯运动时的总驱动力根据阀芯运动时的力平衡方程，可得阀芯运动时的总驱动力为：为：阀芯与阀腔油液质量vLvfvfvvvimFxkdtdxBBdtxdmF22在实际计算中，还必须考虑：在实际计算中，还必须考虑：阀的阀的驱动装置驱动装置（如力矩马达）运动部分的质量、阻尼和（如力矩马达）运动部分的质量、阻尼和弹簧刚度，并作弹簧刚度，并作相应折算相应折算。 1. 驱动装置必须有驱动装置必须有足够大的驱动力足够大的驱动力储备。（理论计算的储备。（理论计算的偏偏差（实际与理想）差（实际与理想），切除滞留在节流窗口处的，切除滞留在节流窗口处的赃物赃物颗粒）颗粒）73

48、对于液压伺服系统，对于液压伺服系统，效率是随负载变化而变化效率是随负载变化而变化的，而负载的，而负载并非恒定并非恒定，因此效率很难保持在最高值。，因此效率很难保持在最高值。在伺服系统中，效率相对来说是比较次要的，尤其是中小在伺服系统中，效率相对来说是比较次要的，尤其是中小功率系统，而系统的功率系统，而系统的稳定性、响应速度和精度等更重要稳定性、响应速度和精度等更重要。以以恒压源零开口四边滑阀恒压源零开口四边滑阀为例，它所能输出的功率为为例，它所能输出的功率为 ：对该式求导，并令对该式求导，并令dNL/dpL=0，可得功率，可得功率P达最大值时的条件为达最大值时的条件为 LsvdLLLLppWx

49、CpQpN1sLpp32 74当当pL=2ps/3时的线性尚可。时的线性尚可。 0.80.81.2-1.2-0.8-0.8-0.4-0.40.40.40.2-0.2000-0.80.8-0.40.40.6-0.6-1.075所以放大元件的所以放大元件的最大输出功率最大输出功率为为 液压伺服系统的效率与液压能源的型式及管路损失有关。下液压伺服系统的效率与液压能源的型式及管路损失有关。下面忽略管路的损失，且采用面忽略管路的损失，且采用变量泵变量泵，即，即Qs=QL，则阀在最大输，则阀在最大输出功率时的出功率时的最高效率最高效率为：为：3max332svdLmpWxCN%7 .6632 sLLLpQ

50、pQ 当采用当采用定量泵加溢流阀定量泵加溢流阀作液压能源时，阀在最大输出功率时作液压能源时，阀在最大输出功率时的的最高效率最高效率为：为：%5 .383132/32132maxmaxsvdsssvdsssLLpWxCpppWxCppQpQ76结构型式结构型式的选择和的选择和基本参数基本参数的确定的确定负载和执行元件对滑阀的负载和执行元件对滑阀的稳态特性稳态特性要求要求伺服系统伺服系统动态特性动态特性的要求的要求尽量尽量结构结构简单简单、工艺工艺性好、性好、驱动驱动力小、工作力小、工作可靠可靠一、结构型式的选择一、结构型式的选择（一）滑阀工作边数的选择（一）滑阀工作边数的选择（二）节流窗口形状的

51、选择（二）节流窗口形状的选择（三）预开口型式的选择（三）预开口型式的选择（四）阀芯凸肩数的选择（四）阀芯凸肩数的选择77（三）阀芯直径（三）阀芯直径d为了保证为了保证刚度刚度，阀芯颈部直径，阀芯颈部直径dr不小于不小于d/2。1. 为了保证为了保证节流口可控节流口可控，避免，避免流量饱和流量饱和，阀腔通道内的流速不，阀腔通道内的流速不能过大，需要阀腔通道的面积为控制窗口面积的能过大，需要阀腔通道的面积为控制窗口面积的4倍倍以上以上 。max2244vrWxddmax2643vWxd 因为 ，所以：2ddr对于对于全周开口的阀全周开口的阀 ，所以，所以dW67maxvxd这是全周开口的滑阀不产生

52、流量饱和的条件，这是全周开口的滑阀不产生流量饱和的条件，若不满足若不满足，则需则需加大阀芯直径加大阀芯直径，采用，采用非全周开口非全周开口的滑阀结构。的滑阀结构。78 滑阀其它一些尺寸，如滑阀其它一些尺寸，如阀芯长度阀芯长度L、凸肩宽度凸肩宽度b、阻尼长度阻尼长度L1+L2等与阀芯直径等与阀芯直径d之间有一定的之间有一定的经验经验比例关系。比例关系。 1. L=(47)d 2. L1+L2=2d 3. 两端密封凸肩宽度约为两端密封凸肩宽度约为0.7d 4. 中间凸肩宽度可小于中间凸肩宽度可小于0.7d，因为不起密封作用。，因为不起密封作用。 L2 L1 L1 L2 79DnD0Q2xf0-xf

53、xf pcpSQL pcQ1为了减小油温的影响，固定节流孔通常为了减小油温的影响，固定节流孔通常是是短管形短管形的，喷嘴端部近于的，喷嘴端部近于锐边锐边。单喷嘴挡板阀是三通阀，只能控制差动液压缸单喷嘴挡板阀是三通阀，只能控制差动液压缸80压力特性是指切断负载即压力特性是指切断负载即QL = 0时，时，控制控制压力压力p pc c随挡板位移随挡板位移x xf f的变化特性。的变化特性。000ACxDCadfndf其中202111ffscxxapp2.40.7500.80.42.81.20.81.60.4a零位压力灵敏度为：零位压力灵敏度为：0fxfcdxdp零位压力灵敏度最高时，1000ACxD

54、Cadfndf零位控制压力为：零位控制压力为：scpp210差动液压缸活塞两边的面积比为差动液压缸活塞两边的面积比为2：181scffscsdLppxxpppACQ000112-0.8-0.400s-0.50.4-0.30.20.80.4-0.8-0.4-0.2-0.6-0.10.80.20.60.4 单喷嘴-挡板阀压力流量特性喷嘴挡板阀是喷嘴挡板阀是常开式常开式，类，类似于似于正开口正开口滑阀滑阀由于喷嘴一挡板阀只有一由于喷嘴一挡板阀只有一个可变节流口，故它的曲个可变节流口，故它的曲线形状线形状不对称不对称于原点。于原点。 82sndffLqpDCxQK00sqfsfndfcLcpKxpxDCpQK0000022阀在零位时的三个系数为：阀在零位时的三个系数