液压阻力桥路学(16学时)

1、油压阻力桥学、油压和气压技术研究所林君哲、绪论是各种一般的油压控制阀、比例控制阀和伺服控制阀等油压设备，为了得到良好的控制特性，经常使用多个油压阻力，实现油压阻力控制回路。 1936年，哈利. vickers设计了先导式溢流阀，其先导电路由b型半桥构成。 1958年Blackburn、李诗颖研制出了电液伺服阀，该伺服阀主阀的四个可变液阻构成了全桥液压回路。 1973年W.Backe出版了液压阻力回路系统学。 在该着作中，作者系统地分析了各种半桥液阻回路和全桥液阻回路的特性及其应用。 浙江大学路甫祥、吴根茂等应用液体阻力网络理论分析方法研制出了直接检测式比例压力控制阀和其他比例控制阀，显着改善了

2、比例控制阀的技术特性。 20世纪80年代中期，吴根茂在德国Rexroth公司研究时，为了求得更好的溢流阀的压力流量特性，研制出了先导回路由三个液阻组成的新型先导式溢流阀。 20世纪90年代末，胡艳平等提出了桥液阻力回路，对其特性进行了分析和模拟。 第一章液压阻力桥的概要、1.1液压传动中的流量控制型(1)调节可变泵排出量的优点：没有节流损失的缺点：需要大幅度地调节行程和力(F=1001000N，s=10100mm )。 (2)调整流阻的优点：阀的调整行程和力小(F=10100N，S=0.11mm )缺点：压力损失大。 通过采用传递大的电力、调节泵排出量的流量控制方式，要求能够维持小的电力损失的

3、良好的时间特性，通过采用改变液体阻力的流量控制方式，能够保证信号的迅速且可靠的传递。 1.2结构与特性电阻网络的线性关系：根据欧姆定律，线性电阻元件u=ri (1.1 )非线性关系：非线性电阻元件u=f(r)i (1.2 )液体电阻网络，(1.3 )，静态液体电阻r :液体电阻的两端差压与流量之比，液体电阻对稳态流体电阻作用的测量值动态液体阻力Rd :液体阻力两端差压保护装置的增加量与流量的微小增加量之比，液体阻力是动态流体阻力作用的测定值。 (1.4 )、(1.5 )、(m=0.5 )，静态液体阻力和动态液体阻力一般是差压p或qv的函数。 根据式(1.3 )，静态液体电阻r的动态液体电阻Rd

4、为(1.7 )、(1.6 )，非线性液体电阻的静态液体电阻r值和动态液体电阻Rd值不同。 例如，典型薄刃型非线性液体电阻的压力流量特性为(1.8 )，静态液体电阻r的动态液体电阻Rd为(1.9 )、(1.10 )，在薄刃型非线性液体电阻中，动态液体电阻Rd为静态液体电阻r的两倍。 除非本课程另有说明，否则研究的液体阻力为静态液体阻力。 在液压阀的先到控制液阻网络中，有些液阻是为了改善液压阀的动态特性而设计的，因此有时也被称为动阻或动阻。 在分析这种液体电阻网络的动态特性时，式(1.5 )定义的动态液体电阻的概念也同样适用。 液阻的结构形式： (1)薄刃型(薄壁节流孔)，L/d 0.5，表现为局

5、部压力损失。 (2)细长孔型，L/d 4，表现为沿程的压力损失。 (3)短管型(介于薄刃型和细长孔型间的混合型)、L=(24)d、安全阀使用的圆孔型固定电阻、混合型的电阻的表现式多，大多采用与薄刃型的电阻相同的式，但短管型和薄刃型的流量系数的数量应用特征： (1)细长孔型的液体阻力为稳态值，细长孔型的液体阻力与粘度有关，差压恒定时，流量与液体粘度成反比，不利于流量的精确控制。 (2)薄刃型的液体阻力是非线性的，但液体粘度不影响流量，所以在液压设备设计中，多把液体阻力设计成薄刃型。 (3)混合型液体电阻是细长孔和薄刃型液体电阻兼容的特征，为了简化计算，采用薄壁型液体电阻式，与1.3液体电阻的串联

6、并联类似的电路中的电阻，多个液体电阻也可以串联或并联使用。 可以置换为同等的液体电阻。由式(1.8)可知，如果过流孔为圆孔，则(1.11 )、(1.12 )、静态液阻r为或者1.3.1串联液阻，经过(1.13 )、(1.14 )、计算，分压式为(1.14 )、(1.15 )，与式(1.14 )和式(例如，如果d1=0.5mm、d2=1.0mm，则由式(1.14 )和式(1.15 )得到的1.3.2并联液体电阻经过计算，分流式为(1.16 )、(1.17 )，根据上述分析，(1)多个串联或并联液体电阻全部在液压设备中，为了增大液体阻力的孔径，串联连接了串联采用了两个液体阻力的相同孔径的液体阻力，

7、等效液体阻力的孔径是原来的0.84倍。 1.4全桥和半桥液体电阻电路桥电路是一种将电阻参数变化转换为电压输出的测量电路，广泛应用于测量、滤波、温度补偿等。 如图1.5和图1.6所示，为了便于分析液体电阻电路的特性，在液体电阻电路中引用了桥的概念。1、4边的阀柱控制双杆缸，形成被视为全桥液体电阻电路的2、4个可变液体电阻，R1、R2、R3、R4； 3、P0是阀柱输入，P1、P2是阀柱输出4 .液阻值由阀体的移动量y控制，控制力可以为液压、气压、电磁力和机械力5，空白箭头表示阀口的开度增大，液阻值减小。 实心尖头表示阀口的开度减少，液阻值增大。 1.4.1全桥液阻回路、1.4.2半桥液阻回路、1、

8、锥阀和固定液阻控制作用于液压缸2 .固定液阻R1、可变液阻R2 3、P0输入，P1输出4 .通过调节锥阀的阀体的行程来控制活塞的运动速度1.4.3半桥液阻电路型1、a型半桥： 2个可变液电阻2、b型半桥： R1固定液电阻、R2可变液电阻3、c型半桥： R1可变液电阻、R2固定液电阻4、d型半桥： R1和R2是固定液电阻，分压网半桥液阻回路现在被广泛用于液压控制阀和泵的先到控制回路和液压回路中的分压。 1.4.4全桥液阻回路型全桥液阻回路可以视为两个半桥液阻回路并联组合，全桥液阻回路被加油的9种结构形式，如图1.10所示。 全桥液阻回路目前广泛应用于伺服阀的先导级和主阀的控制回路。 全桥和半桥液

9、阻回路的特点： 1、全桥和半桥液阻回路只有一个输入控制端口，p0、qv0； 2、半桥液阻回路只有一个输出控制端口p、qv。 全桥液阻电路中，两个半桥电路并联连接，因此有两个输出控制端口p1、qvA和p2、qvB。 半桥液阻网络只能控制单动液压缸，全桥液阻回路能控制双动液压缸和液压马达的双向运动3，半桥液阻回路和全桥液阻回路总是有一部分油液通过液阻返回油箱，导致能量损失。 1.5 桥液阻力网络、桥液阻力回路由3个液阻R1、R2、R3构成。 一个输入控制端口p1、qv，两个输出控制端口qvA、p2和qvB、p3。 类似于半桥的分类方法，由于液体电阻R1、R2、R3是固定或可变的液体电阻，所以桥的液

10、体电阻电路可以分为7种，分别用a、b、c、d、e、f、g表示。 用f型桥液阻力回路说明的话，(1)R1和R3是固定液阻力，R2是锥形阀口，可变液阻力。 (2)对于整个回路，锥形阀口的开度越大，总液阻越小，在进口压力几乎不变的情况下，通过锥形阀的流量越多。 (3)阀柱处于平衡状态时，流过液体阻力的流量相等。 (4)当回路流量增加时，p2值减少，p3值增加，由于p2、p3，阀体的移动方向依赖于R1、R3的电阻值和面积A1和A2。 (5)根据流量压力特性p1=f(qv1 )、R1和R3的配置，qv1增加时，无论p1增加还是不变化，桥电阻电路都具有优异的控制特性，R1或R3为零时，桥电阻电路成为对应的

11、半桥电阻电路。以半桥为先导控制电路的安全阀具有正的稳定压力偏差，而以桥电路为先导控制电路的安全阀使稳定压力偏差为正或零。 桥液阻回路的特征： (1)可以用桥液阻回路控制对称液压缸，只控制液压缸的单向运动，配合弹簧等外力，控制液压缸的双向运动；(2) 桥液阻回路有两个输出控制端口。 (3)在输入p1不变化的情况下，能够调节可变液体电阻，同时调节两个输出控制端口参数p2、qva和p3、qvb。 (4) 桥液阻回路通过液阻参数的设计，可以实现各种控制目的。 (5)用桥液阻回路控制非对称液压缸时，可以控制液压缸的双向运动，第2章半桥液阻网络的特性和应用，2.1结构原理半桥液阻网络由两个液阻组成，a、b

12、、c、d 4种半桥液可以由双边控制卷轴构成。 另外，在图2.1-图2.3中，p0是半桥液体阻力网络的输入压力、输出端口压力p，一部分流体在通过第一液体阻力R1后，通过第二液体阻力R2返回罐，另一部分流体qv进入被控制元件，当移动阀体时，可变液体阻力的电阻值发生变化在2.2流量压力特性半桥液阻网络中，输出控制端口流量qv是可变液阻开口量y和输出端口压力p的函数，用曲线绘制qv=f(p，y )的函数关系，成为半桥液阻网络的特性曲线。 (1)假定可变液阻由滑阀构成，滑阀为全周阀口，其流通面积与滑阀位移y呈线性关系(2)从输出控制口向外流出的流量qv为正(3)阀体位移y=0时，a型半桥的两个液阻开口长

13、度相等，全部为y (4)当阀体有位移y时，液体阻力R1的轴向开口长度为y0 y，液体阻力R2的轴向开口长度为y0-y . 在式(2.2 )和式(2.3 )中，c是固定了液体电阻的液导，c=by0 . 阀柱位移y的方向a、b型半桥相同，c型半桥相反。 半桥液阻网络特性曲线使用测量纲1的参数描绘。 将阀口前开口量y0作为阀口开度的参考量，将恒压源p0作为压力参考量，将控制流量的参考量作为最大流量。 可以看出，相对于a型半桥，R2端口全闭，y=y0，且控制阀的端口压力为零时，(1)相对于a型半桥，在y=0附近的区域，输出端口压力p随着y的增加大致直线地增加。 (2)在b型半桥中，在y=0附近的区间，

14、输出端口压力p随着y的增加大致非线性地增加。 (3)在c型半桥中，在y=0附近的区域，输出端口压力p随着y的增加大致非线性地增加，与b型半桥图像相互镜像。 (4)输出端口流量不为0时的输出端口压力和阀体位移的关系，在y=0附近，具有接近输出流量不同的曲线族的输出端口压力位移特性。 (y=y0或y=-y0时，项不能忽视，因此输出端口压力p和阀柱位移y处于非线性关系。 半桥液阻网络的输出端口流量为0，半桥液阻网络只有压力输出，表示没有流量输出。 一些液体阻力网络致动器的位移量小，例如压力控制阀的先导液体阻力网络控制主阀体的运动，因此主阀体的位移量小，所以必要流量小，正常动作时输出流量大致为零，主要

15、用输出口压力控制主阀。 2.3压力增益和流量增益液体阻力网络输出的流量和压力是通过改变可变液体阻力的电阻值来实现的，对半桥液体阻力网络实际上用控制阀的核心位移量y来调节输出端口压力和流量。 对外出力的最大压力和最大流量是设计液体阻力网络的重要指标，压力增益和流量增益反映了液体阻力网络的控制特性。 2.3.1压力增益的定义： qv=0和y=0时曲线的斜率是半桥液阻网络的压力增益e0，它是液阻万罗的特征参数，用式表示，2.3.2流量增益，(1)与压力增益和流量增益无关，a型半桥液阻网(2)C型半桥的压力增益和流量增益都为负值，如果y增加，则c型半桥的液体阻力R1的流通面积减少，输出端口压力不变化的

16、情况下，输出流量必然减少，因此c型半桥的压力增益和流量增益都为负值，改变y的方向2.3.3流量压力系数，(1)A型半桥压力和流量增益时，b型和c型半桥的2倍，a型半桥有两个可变电阻，而b型和c型半桥只有一个可变电阻。 (2)A型半桥在y=0附近，具有良好的线性，可以正确控制。 (3)A型半桥的两个可变液体电阻由一个信号控制，要求机械精度高，适用于伺服系统。 b型半桥结构简单，价格便宜，密封性好，适用于锥形阀、喷嘴挡板阀，同时也适用于压力控制设备的先导回路。 c型半桥固定衰减总是与油箱连通，具有一定的不可控制性，应用少。 d型半桥没有增益。 2.4 B型半桥先导回路安全阀的稳态特性分析目前，市场上销售安全阀的先导回路多采用半桥液体阻力网络，其中b型半桥很普遍。 根据2.4.1工作原理、2.4.2稳态特性、工作、b型半桥先导回路安全阀的特性，建立了滑阀的力平衡