《液压伺服与比例控制系统》第二章 液压放大元件
液压伺服控制课后题答案大全王春行版
第二章 液压放大元件 习题1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，径向间隙m r c 6105-⨯=，供油压力Pa p s 51070⨯=，采用10号航空液压油在40C ︒工作，流量系数62.0=d C ，求阀的零位系数。
s pa ⋅⨯=-2104.1μ3/870m kg =ρ 解：对于全开口的阀，d W π=由零开口四边滑阀零位系数2. 已知一正开口量m U 31005.0-⨯=的四边滑阀，在供油压力Pa p s 51070⨯=下测得零位泄漏流量min /5L q c =，求阀的三个零位系数。
解：正开口四边滑阀零位系数ρsd q p wc k 20= ssd co p p wuc k ρ=ρsd c p wuc q 2=3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，供油压力Pa p s 510210⨯=，最大开口量m x m 30105.0-⨯=，求最大空载稳态液动力。
解：全开口的阀d W π= 最大空载液动力：4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Pa p s 510210⨯=，系统稳定性要求阀的流量增益s m K q /072.220=，试设计计算滑阀的直径d 的最大开口量m x 0。
计算时取流量系数62.0=d C ，油液密度3/870m kg =ρ。
解：零开口四边滑阀的流量增益：故m d 31085.6-⨯=全周开口滑阀不产生流量饱和条件5. 已知一双喷嘴挡板阀，供油压力Pa p s 510210⨯=，零位泄漏流量s m q c /105.736-⨯=，设计计算N D 、0f x 、0D ，并求出零位系数。
计算时取8.00d =C ，64.0df =C ，3/870m kg =ρ。
解：由零位泄漏量ρπs f N df c p X D C q 02⋅⋅⋅= 即160Nf D X =得： mm p C q D s df cN 438.0216=⋅⋅=ρπ 则：若：8.00=d df C C ，1610=Nf D X 则mm D D N 193.044.00== 第三章 液压动力元件 习题1. 有一阀控液压马达系统，已知：液压马达排量为rad m D m /10636-⨯=，马达容积效率为95%，额定流量为s m q n /1066.634-⨯=，额定压力Pa p n 510140⨯=，高低压腔总容积34103m V t -⨯=。
2016-3《机电液控制系统》液压伺服控制专题 重点习题解答提要
设计计算综合应用补充：（典型） 液压仿形刀架的计算与分析举例：
液压仿形刀架是一种机液伺服系统，如图所示。已知：伺服阀的面积梯度为 9.4 cm，流量系 数为 0.6，油液密度 ρ = 860kg / m ，供油压力为 2.5M Pa , 油液弹性模量 K = 7 × 10 N / m ， 仿形刀架受恒定切削力F=4600N， 仿形速度为0.002m/s， 杠杆比 i = 0.5，工作部件质量M=30kg，液压缸工作面积为： 38.5 cm ，液压缸最大行程 为11cm，设阻尼比为 0.3，流量系数为 0.6，刚性系数 K F = 31.8 × 10 N / cm ，分析仿 形刀架的性能，要求写出传递函数表达式，计算稳定裕量和静态误差。
所以最大开口量 x0 m = 67 ⋅ ω = 67 ⋅ π ⋅ d
xom = 0.32mm
习题 2-20（王春行版 54 页） 解答提要及答案：代入公式并移项，得：
DN =
16 qc 2Cdf ⋅ π ⋅ ps ρ
= 0.438mm
所以： X f 0 = 0.438 /16 = 0.0273mm 双喷嘴挡板阀在零位时通过固定节流口和喷嘴处流出的流量相等， 当控制压力等于供油压力 的一半 p1 =
ps ρ
K q0 = Cdf π DN
ps
ρ
= 0.1968 m 2 / s
参考：比例教材，习题 2-5（仅数据不同） 41 页: 无因次公式推导补充举例：已知：理想零开口四边滑阀的压力—流量方程，根据：电液比例 与伺服控制 （教科书）2-36
qL = Cd Wxv
1
ρ
( ps −
xv pL ) xv
习题 2-19（王春行版 54 页） 解答提要及答案：零开口四边滑阀的流量增益：
《液压伺服控制》(王春行版)课后题答案
第二章 液压放大元件 习题1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，径向间隙m r c 6105-⨯=，供油压力Pa p s 51070⨯=，采用10号航空液压油在40C ︒工作，流量系数62.0=d C ，求阀的零位系数。
s pa ⋅⨯=-2104.1μ3/870m kg =ρ解：对于全开口的阀，d W π=由零开口四边滑阀零位系数s m p w C K s d q /4.1870/107010814.362.02530=⨯⨯⨯⨯=⋅=-ρ()s p m r K a c c ⋅⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=----/104.4104.13210814.310514.33231223620μπ m p K K r p C K a c q c s dp /1018.332110020⨯==⋅=πρμ2. 已知一正开口量m U 31005.0-⨯=的四边滑阀，在供油压力Pa p s 51070⨯=下测得零位泄漏流量min /5L q c =，求阀的三个零位系数。
解：正开口四边滑阀零位系数ρsd q p wc k 20= ssd co p p wuc k ρ=ρsd c p wuc q 2=s m q K cq /67.11005.060/1052330=⨯⨯==--ν s a s c c p m p q K ⋅--⨯=⨯⨯⨯==/1095.51070260/1052312530 m p K K K a c q p /1081.211000⨯==3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，供油压力Pa p s 510210⨯=，最大开口量m x m 30105.0-⨯=，求最大空载稳态液动力。
解：全开口的阀d W π= 最大空载液动力：4.113105.010********.343.043.035300=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=--⋅m s s x p W F4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Pa p s 510210⨯=，系统稳定性要求阀的流量增益s m K q /072.220=，试设计计算滑阀的直径d 的最大开口量m x 0。
液压放大元件
二、常见的液压放大元件
重庆大学
1.滑阀式伺服阀
重庆大学
1.1组成
1.永磁动圈式力马达
重庆大学
2.一对固定节流口
3.预开口双边滑阀式前置液压放大器
4.三通滑阀式功率级
1.2特点
重庆大学
采用动圈式力马达，结构简单，功率放大系 数较大，滞环小和工作行程打；固定节流口尺寸 大，不易被污物堵塞；主滑阀两端控制油压作用
面积大，从而加大了驱动力，使滑阀不易卡死，
工作可靠
2.喷嘴档板式伺服阀
重庆大学
2.1 组成
1.力矩马达 2.喷嘴档板式液压前置放大级 3.四边滑阀功率放大级
重庆大学
2.1组成
（1）力矩马达 力矩马达由线圈1，导磁体2、3， 永久磁铁4，衔铁5和弹簧管6组成。 （2）前置放大级 力矩马达产生的力矩很小，不能 驱动四边控制滑阀，因此必须利 用喷嘴挡板结构先进行力的放大 。 （3）功率放大级 功率放大级由阀芯12和阀体组成。 其功能是将前置放大级输入的滑 阀位移信号进一步放大，实现控 制功率的转换和放大。
一 、液压放大元件概述
重庆大学
液压放大元件也称液压放大器，是一种以机械 运动来控制流体动力的元件。在液压伺服系统中， 它将输入的机械信号（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。因此，
它既 （流量、压力）输出，并进行功率放大。因此，
它既 是一种能量转换元件，又是一种功率放大元件。
特点
重庆大学
最小流通尺寸比喷嘴挡板的工作间隙大410倍，故对油液的清洁度要求较低。缺点是零 位泄露量大；受油液黏度度变化影响大，低温
特性差；力矩马达带动射流管，负载惯量大，
响应速度低于喷嘴挡板阀。
液压放大元件解析
阀的静态特性可用方程、曲线或特性参数(阀的系数)表示。 静态特性曲线和阀的系数的获得：
1）可从实际的阀测出 2）对许多结构的阀也可以用解析法推导出压力-流量方程。
2.2 滑阀静态特性的一般分析
2.2.1 滑阀压力-流量方程的一般表达式
负开口
OVER LIP
正重叠
滑阀典型结构原理图
(a)为两凸肩四通滑 阀，它有一个进油 口P，两个通向液 压执行元件的控制 口A及B，另外还 有两个回油口。因 为两个回油口合并 成一个O口流出滑 阀，故整个滑阀共 有P、T、A、B四 个通油口，称四通 阀。
T
pS
A
B
（a）两凸肩四通滑阀
这种结构 中回油压力作 用于凸肩，因 油压力不会为 零，当阀芯不 在零位时，总 有一个使阀芯 继续打开的力 作用于阀芯。
二、按滑阀的工作边数划分
四边滑阀(图2-1a、b、c) 双边滑阀(图2-1d、e) 单边滑阀(图2-1f)
三、按阀套窗口的形状划分
矩形、圆形、三角形等多种
四、按阀芯的凸肩数目划分
二凸肩、三凸肩、四凸肩
五、按滑阀的预开口型式划分
正开口(负重叠)、零开口(零重叠)、负开口(正重叠)
2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类
（E） 三凸肩正开口四通滑阀 图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
OLOL
OL OL
A
B
（F） 三凸肩负开口四通滑阀
(f)三凸肩负开口四 通滑阀
零位时每个凸 肩都遮盖了相应的 油槽而有重叠量， 只有阀芯位移超过 了棱边处的重叠量 后阀口才打开。这 种阀称正重叠阀或 负开口阀。
浙江大学研究生液压伺服课第二章(新)111124资料
• 对于理想零开口阀
xV 0, A2 A4 0, Q2 Q4 0 xV 0, A1 A3 0, Q1 Q3 0
第二章 液压放大元件
学习目的： 了解各种阀的结构 掌握阀的稳态特征方程 阀的驱动力计算 各种阀的设计方法
液压放大元件
• 液压放大元件也称为液压放大器
以小功率控制大功率 三极管：Ic=B*Ib
• 液压放大元件包括滑阀、喷嘴挡板阀和射 流管阀等。
第一节 圆柱滑阀的结构形式及分类
• 按进、出阀的通道数划分
QS Q1 Q2 Cd A1 2 / ( ps p1) Cd A2 2 / p1 Cd A1 ( ps pL ) / Cd A4 ( ps pL ) / (Q Q2 Q4 )
阀的线性化分析和阀的系数
• 阀的负载流量特性方程
QL Cd A1
1
(
pS
pL
)
Cd
A2
1
(
pS
Cr
xV
– 考虑径向间隙
A
x2 V
Cr2
– 层流小缝隙流动时
Q b2 p 32
b
B
b(B b)
• 滑阀压力流量特性的一般表达式
• 设供油压力为 Ps ，供油流量 Qs，负载流量QL,通往 负载油缸两端的压力 P1、P2 回油压力 P0 0
负载压力 PL P1 P2
(1)
负载流量 QL Q1 Q4 Q3 Q2
– 四通阀 – 三通阀 – 二通阀
• 按滑阀工作边数划分
– 四边滑阀 – 双边滑阀 – 单边滑阀
• 按滑阀的预开口型式划分
– 正开口 – 零开口 – 负开口
第二章 滑阀静态特性的一般分析
液压伺服第二章
根据：
q L x v q L x v q L p L
Kp Kq Kc
所以有：
负载压力流量线性化方程：
qL K q xv Kc pL
阀的三个系数是表示阀静态特性的三个性能参数。这 些系数在确定系统的稳定性、响应特性和稳态误差时 是非常重要的。流量增益直接影响系统的开环增益， 因而对系统的稳定件、响应特性、稳态误差有直接影 响。流量—压力系数直接影响阀控执行元件(液压动 力元件)的阻尼比和速度刚度。压力增益表示阀控执 行元件组合起动大惯量或大摩擦力负载的能力。
归一化处理得：
qL xv
其中：
xv 1 pL xv
qL qL q0 m
1
q0 m CdWxvm
ps
pL pL ps
xv xv xvm
二、零开口四边阀的阀系数
流量增益 Kq QL CdW xv ( PS PL ) /
三、零开口四边阀的特性曲线
流量QL
当PL PS时
g3( xv ) g4( xv ) g1( -xv ) g3( -xv )
ps pL p1 2
ps pL p2 2
由以上公式推得负载流量为：
qL g 2
qL Cd A2
ps p L ps p L g1 2 2
1
供油流量为：
qs g 2
( ps pL ) Cd A1
2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类
阀体（阀套） 沉 割 槽 阀 芯 孔 棱边
阀芯
凸肩
阀芯与阀体
棱边 land
沉割槽 通油槽
零开口 零重叠
正开口 负重叠
负开口 正重叠
液压放大元件(第二章)
根据流量连续性有：
q L q1 q2 Cd 0 A0 2d n ( x0 x)
2
p1
qL q4 q3 Cdf d n ( x0 x)
2
p2 Cd 0 A0
2
( p s p2 )
则以上方程可简化为：
qL C d 0 A0 p s /
第一节 圆柱滑阀的结构形式
滑阀是靠节流原理工作的，借助于阀芯与阀 套间的相对运动改变节流口面积的大小实现对流 体流量或压力的控制。 滑阀的结构形式可分为：
(1) 按进出阀的通道数，有四通阀、三通阀和二通阀。
四通阀有两个控制口，可用来控制双作用液压缸或 液压马达，也可以控制单活塞杆液压缸，组成非对称液 压伺服系统。
（3）静摩擦力 阀芯刚起动时的摩擦力；
du （4）粘性摩擦力 它与阀芯速度成正比，f f A dy
（5）液流力 它是由于液体流过滑阀而引起的力。
由此可得
d 2 xv d y d v d 2 xv K2 dt 2 d1 dt 2 dt 2
2
2
dv K ;K 1 d1
qL C d 0 A0 p s /
2(1
p1 x 2 p1 ) (1 ) ps x0 ps
(1
p x 2 p2 ) 2(1 2 ) x0 ps ps
p L p1 p2
流量－压力特性曲线见书本图2－21所示。
双喷嘴挡板阀的优点：与单喷嘴挡板阀流量－压力特性曲线相比， 线性度好，线性范围较大，特性曲线对称性好。
以图中向右方向为正，则节流口1、3处的流量分别为：
零开口四通滑阀压力-流量曲线如图所示
第三节 正开口四通滑阀的静特性
液压控制系统课后思考题
液压控制系统课后思考题第⼆章1、为什么把液压控制阀称为液压放⼤元件？答：因为液压控制阀将输⼊的机械信号（位移）转换为液压信号（压⼒、流量）输出，并⾏功率放⼤，移动阀芯所需要的信号功率很⼩，⽽系统的输出功率却可以很⼤。
2、什么是理想滑阀?什么是实际滑阀？理想滑阀：径向间隙为零，节流⼯作边锐利的滑阀实际滑阀：存在径向间隙，节流⼯作边有圆⾓的滑阀3、什么是三通阀、四通阀?什么是双边滑阀、四边滑阀?它们之间有什么关系?“⼆通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接⼝，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀⼝的开关来沟通。
“双边滑阀”、“四边滑阀”是指换向阀有两个、四个可控的节流⼝。
⼀般情况下，三通阀是双边滑阀，四通阀是四通阀。
4、什么叫阀的⼯作点？零位⼯作点的条件是什么?阀的⼯作点是阀的压⼒—流量曲线上的点。
零位⼯作点即曲线的原点，⼜称零位阀系数。
零位⼯作点的条件是0===v L L x p q 。
5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时应如何选定阀的系数？为什么？流量增益q q =x L VK ??，为放⼤倍数，直接影响系统的开环增益。
流量-压⼒系数c q =-p L L K ??，直接影响阀控执⾏元件的阻尼⽐和速度刚度。
压⼒增益p p =x L VK ??，表⽰阀控执⾏元件组合启动⼤惯量或⼤摩擦⼒负载的能⼒当各系数增⼤时对系统的影响如下表所⽰。
7、径向间隙对零开⼝滑阀的静态特性有什么影响，为什么要研究实际实际零开⼝滑阀的泄漏特性?答：理想零开⼝滑阀c0=0K ，p0=K ∞，⽽实际零开⼝滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏流量2c c0r =32W K πµ，p0c =K ，两者相差很⼤。
理想零开⼝滑阀实际零开⼝滑阀因有径向间隙和⼯作边的⼩圆⾓，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，⽤泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失⼤⼩，⽤中位泄漏流量曲线来判断阀的加⼯配合质量。
第二章_液压放大器.ppt(改)3
零位泄露流量曲线
零位泄漏流量曲线表明新、旧阀的零位流量—压力系数Kc0，即原点 处相应曲线切线的斜率， Kc0 ≠0。虽然新旧阀的Kc0只相差2~3倍，但泄 漏流量的大小明显不同，这也是衡量阀质量的一种间接方法。
实际零开口四边滑阀的三个阀系数
新阀液流在径向间隙内的流动为层流，当控制窗口磨损以后， 液流流通面积增大，变为紊流。但是在某特定压力下，旧阀虽比 新阀零位中位泄漏量大,但曲线的斜率增加不大，即流量-压力放 大系数相差不大，因此可按新阀状态来计算阀的流量-压力放大系 数。
在液压伺服系统中，通常液压放大器以其输出的较大功率液流驱动 执行机构工作，执行机构则将液压能转换为机械能去推动负载。
液压放大器可以由单个或多个（通常为两个）液压放大器组成，分 别称之为单级或多级液压放大器。
基本的液压放大元件主要有滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀三种，其 中滑阀和射流管阀可以作为单级液压放大器使用，尤以前者居多；喷嘴 挡板阀一般作为多级放大器的前置级。
2.实际零开口四边滑阀的零位流量—压力放大系数K c0
利用
Qs ps
Qf p f
Kc
可近似求得:
Kc0
Qs ps
xv0
Qc ps
WS 2 32
S：阀的径向间隙；W阀的面积梯度
表明实际阀的 K c0的值与面积梯度W、径向间隙S及油的 动力粘度等参数有关。通常取S为5×10-3mn作为典型值来估 算K c0的大小。
ps p f 2
ps p
f
, )
Q1 Q3 Qf
p2
ps p f 2
xv 0
阀芯向右时有
f2 f4 Wxv Q2 Q4 Qf
第2章液压放大元件
第二章 液压放大元件
§3 零开口四边阀的静态特性
一、理想零开口四边滑阀的静态特性 1.理想零开口四边滑阀：几何形状理想：棱边直角（与轴线垂直）；无 间隙 2.压力——流量关系方程 假设条件：无泄漏，控制窗口匹配、对称
qL= q1= Cd A1 ( ps p1 ) qL= q3= Cd A3 2 p2
3
2
4
V
)
1
V
2
V
3
V
4
V
33
第二章 液压放大元件
由（1）或（2）：
qL CdW (U xV ) 1 ( ps pL ) CdW (U xV ) 1 ( ps p L )
无因次化处理：除以 CdWU 漏量）得
ps （单边零位泄
qL pL xV pL xV 1 1 1 1 U ps ps CdWU ps U
5
第二章 液压放大元件
射流管阀——改变射流管偏转角度，两接收通道恢 复压力变化。
6
第二章 液压放大元件
MOOG 72
7
滑阀式液压放大元件
8
第二章 液压放大元件
§1.圆柱滑阀的结构形式与分类
1.按通道way数目分类： 二通、三通、四通 2.按工作边edge数目分类： 单边、双边、四边 3.按阀芯台肩land数目分类： 二台肩、三台肩、四台肩
36
第二章 液压放大元件
4.零位泄漏流量
qc q1 q2 2CdWU
ps
可见，此阀零位能耗较大。
37
第二章 液压放大元件
§５．双边滑阀的静态特性 一、双边阀控缸的工作原理 液压缸活塞力平衡方程
液压控制液压放大元件上
ps
K p0
2ps U
实际系统往往不是对称的，但给予对称性的假 设后，可以得到一个完整的解析表达式，于是 就对该系统的静态特性进行深入的分析。其结 论，对于非对称系统，在定义意义下也是正确 的。
零开口四边阀的等效表示
x>0时
x<0时
xv 0时 阀口压差 P (PS PL ) / 2
QL CdWx v (PS PL ) /
流量增益：
Kq0 CdW ps
流量-压力系数： Kc0 0
压力增益：
Kp0
四、实际零开口四边滑阀的静态特性
1、压力特性曲线和泄漏流量曲线
2、中位泄漏流量曲线
零位泄漏
实际零开口四边滑阀的零位阀系数
流量-压力系数：
K p0
Kq0 Kc0
32Cd ps rc2
压力增益：
Kc0
qc ps
PL PS / 2
零位流量增益
Kq0 2CdW PS /
零位压力流量系数
A
A/ 2
特性方程
Q1 CdW (U xv ) 2P1 / 又 Q2 CdW (U xv ) 2P2 /
KC0
2CdWU PS
PS /
零位压力增益
KP0
PS U
QL Q1 Q2
CdW (U xv ) (PS 2PL ) / CdW (U xv ) (PS 2PL ) /
正开口四边阀的压力-流量特性方程
可分解 成2个流 量的叠加
流量关系
QL Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q4
流量Q1
流量Q4
左图压力关系
PL P1 P2 P1 P3 P2 P1 (PS PL ) / 2
第二章 液压放大器.ppt(改)3
2.1滑阀 2.2喷嘴档板阀 2.3 射流管液压放大器
液压放大器利用节流原理，用输入位移（转角）信号对通往执行元 件的液体流量或压力进行控制，是一个机械－液压转换装置。由于控制 阀输入功率小而输出功率大，因此也是一种功率放大元件。它加上转换 器及反馈机构组成伺服阀，是伺服系统的核心元件。 在液压伺服系统中，通常液压放大器以其输出的较大功率液流驱动 执行机构工作，执行机构则将液压能转换为机械能去推动负载。 液压放大器可以由单个或多个（通常为两个）液压放大器组成，分 别称之为单级或多级液压放大器。
基本的液压放大元件主要有滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀三种，其 中滑阀和射流管阀可以作为单级液压放大器使用，尤以前者居多；喷嘴 挡板阀一般作为多级放大器的前置级。 滑阀和喷嘴挡板阀都是节流式放大器，即以改变液流回路上节流孔 的阻抗来进行流体动力的控制，但两者有不同形式的节流孔。射流管阀 是一种分流式元件。 液压放大器可以是液压伺服阀，也可以是伺服变量泵（输入为角位 移，输出为流量），本章主要介绍液压伺服阀。
流量放大系数：
KQ
Q f xv
CvW
1
( ps p f )
流量增益表示负载压降一定时，阀单位输入位移所引起 的负载流量变化大小。其值越大，阀对负载流量的控制就越 灵敏。
流量－压力放大系数：
Kc
Q f p f
CvWx v
1
( ps p f )
2( ps p f )
阀芯在阀套内处于对称位置时，称为处于零位。设阀芯由零位 向左移动xv，负载两端压降pf= p1 -p2，流过负载的流量为Qf ，流经 控制窗口的流量为：
Q1 Cv f1 2
2
燕山大学液压伺服与比例控制课件2
压力 PL
理想零开口阀的零位阀系数 K q 0 = Cd W pS / ρ KC 0 = 0 K P0 = ∞
二、实际零开口四边滑阀的静态特性
1、压力特性曲线和泄漏流量曲线
零位时压力增益很高 零位时存在径向泄漏
2、中位泄漏流量曲线
3、实际零开口四边滑阀的零位阀系数 流量-压力系数：
qc π rc2W Kc0 = = ps 32 μ Kq0 Kc0
1.0=xv/xvmax 0.8 0.6 0.4 0.2
Ⅱ 0Ⅰ Ⅲ Ⅳ
-0.2 -0.4 -0.6 -1.0 -0.8
-0.4
所需压力流量能被阀 的最大位移时的压力流量 -0.8 曲线包围，即能满足系统 -1.2 设计要求。
-0.8 -0.4
0
0.4
0.8 pL/ps
零开口四通滑阀压力-流量曲线
三、阀的线性化分析和阀的系数
32 μCd ps ρ = π rc2
压力增益：
K p0 =
2.4 正开口四边滑阀的特性
T pS
Xv=0
L2
L1
pS Q1 3 p2 4 p1 1
2
3
4
1
Q3
QL 2 T
U
A p2 QL
U U
B p1 QL
U
四边滑阀及等效桥路
负载流量 Q L 为 Q 4 − Q1或为 Q 2 − Q3
阀口 2 、 开口增大为 4 阀口 1、 开口减小为 3 U + xv U − xv
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《液压伺服与比例控制系统》
多媒体授课系统
燕 山 大 学 《液压伺服与比例控制系统》 国家级精品课建设小组
第2章 液压放大元件
液压放大元件
阀的静态特性可用方程、曲线或特性参数(阀的系数)表示。 静态特性曲线和阀的系数的获得：
1）可从实际的阀测出 2）对许多结构的阀也可以用解析法推导出压力-流量方程。
2.2 滑阀静态特性的一般分析
2.2.1 滑阀压力-流量方程的一般表达式
二凸肩、三凸肩、四凸肩
五、按滑阀的预开口型式划分
正开口(负重叠)、零开口(零重叠)、负开口(正重叠)
2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类
五、按滑阀的预开口型式划分
正开口(负重叠) 零开口(零重叠) 负开口(正重叠)
dv
xv (a)
xv (b)
xv （c）
图2.4 滑阀阀口形状 (a) 通油槽为整周开槽 (b)通油槽为方孔 （c）通油槽为圆孔。
第2章 液压放大元件
概述
液压放大元件—液压放大器，以机械运动来控制流体动力传输的元件。 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。 小功率信号控制大功率信号
具有结构简单、单位体积输出功率大、工作可靠和动态性能好等优点， 在液压伺服系统中广泛应用。
包括：滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀等。 研究重点：结构形式、工作原理、静态特性及设计准则
3.1 圆柱滑阀的结构型式及分类
一、按进、出阀的通道数划分
四通阀(图2-1a、b、c、d) 三通阀(图2-1e) 二通阀(图2-1f)
二、按滑阀的工作边数划分
四边滑阀(图2-1a、b、c) 双边滑阀(图2-1d、e) 单边滑阀(图2-1f)
三、按阀套窗口的形状划分
矩形、圆形、三角形等多种
四、按阀芯的凸肩数目划分
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2.2 滑阀静态持性的一般分析
滑阀的静态待性即压力 —流量特性，是指稳态
情况下，阀的负载流量 qL 与负载压力 pL 、滑阀 位移 x v 三者之间的关系。
它表示滑阀的工作能力和性能，对液压伺服系统的 静、动态特性计算具有重要意义。
管式连接
螺纹式连接、法兰式连接
板式及叠加式连接 单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加阀
按其他方式分类
按控制方式 分类
插装式连接 开关或定值控制阀 电液比例阀
伺服阀 数字控制阀
螺纹式插装(二、三、四通插装阀)、法兰式插装(二通插装阀) 压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀
电液比例压力阀、电源比例流量阀、电液比例换向阀、电流比例复合 阀、电流比例多路阀三级电液流量伺服
流量控制阀
节流阀、单向节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、比例流量控制阀
方向控制阀
单向阀、液控单向阀、换向阀、行程减速阀、充液阀、梭阀、比例方 向阀
滑阀
圆柱滑阀、旋转阀、平板滑阀
座阀
椎阀、球阀、喷嘴挡板阀
射流管阀
射流阀
手动阀
手把及手轮、踏板、杠杆
机动阀
挡块及碰块、弹簧、液压、气动
电动阀
电磁铁控制、伺服电动机和步进电动机控制
一、按 进、出阀腔的油路通道数划分
四通阀(图a、b、c、d)、三通阀(图e)、二通阀(图f)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
二、按滑阀的工作边数划分(可控节流口：凸肩与阀套)
四边滑阀(图a、b、c)，双边滑阀(图d、e)，单边滑阀(图f)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
不同开口形式的流量曲线
三、按滑阀的预开口 (阀芯与阀套重叠度) 型式划分
p2 =
ps
pL 2
对于匹配对称阀，在空载时，与负载相连的两个管 道中的压力均为供油压力的一半；加载后，一个管道中 的压力升高等于另一管道中的压力下降。
由以上公式推得负载流量为：
qL = g2 ps pL g1 ps + pL
2
2
1
1
qL = Cd A2 ( ps pL ) Cd A1 ( ps + pL )
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。
小功率信号控制大功率信号
结构简单、单位体积输出功率大、工作可靠和动态性 能好等优点，液压伺服系统中广泛应用。
包括滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀等。
研究重点：结构形式、工作原理、静态特性及设计准则。
2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类
供油流量为：
qs = g2 ps pL + g1 ps + pL
2
2
1
1
qs = Cd A2 ( ps pL ) + Cd A1 ( ps + pL )
二、滑阀的静态特性曲线 (流量、压力、阀芯位移)
(1)流量特性曲线
负载压降等于常数 时，负载流量与阀芯位 移之间的关系。负载压 降pL＝0时的流量特性 称为空载流量特性。
特性。
0
0.8 0.6
0.4
0.2
Ⅱ 0Ⅰ
ⅢⅣ
-0.2
-0.4
所需压力流量能被阀 的最大位移时的压力流量 -0.8
曲线包围，即能满足系统 -1.2 设计要求。
-0.4
-0.6 -0.8 -1.0
-0.8 -0.4
0
0.4
0.8 pL/ps
零开口四通滑阀压力-流量曲线
三、阀的线性化分析和阀的系数
(1) 阀的线性化分析
(2)压力特性曲线
负载流量等于常数 时，负载压降与阀芯位 移之间的关系。通常所 指的压力特性是指负载 流量qL＝0时的压力特 性。
QL/QLm
(3)压力-流量特性曲线 ax 1.2
1.0=xv/xvmax
阀芯位移一定时，负 0.8
载流量与负载压降之间的
关系。压力—流量特性曲 0.4
线族可全面描述阀的稳态
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。因为考虑的是稳态情 况，液体密度变化量很小。 4) 假定阀各节流口流量系数相等。
桥路的压力平衡方程 ： 桥路的流量平衡方程：
2
gi = Cd Ai
一般情况下，阀的窗口是匹配和对称的，即：
g1 (xv ) = g3 (xv ) g 2 (xv ) = g 4 (xv ) g 2 (xv ) = g1 ( xv ) g 4 (xv ) = g3 ( xv )
联立方程：q1= q3 ，q2 = q4 ，可解得：
p1 = ps + pL 2
阀的压力-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，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 附近展成台劳级数可得：
p1 + p4 = ps p2 + p3 = ps p1 p2 = pL p3 p4 = pL
q1 + q2 = qs q3 + q4 = qs q4 q1 = qL q2 q3 = qL
各桥臂的流量方程：
q1 = g1 p1 q2 = g 2 p2 q3 = g3 p3 q4 = g 4 p4
式中节流口液导：
阀的静态特性可用方程、曲线或特性参数(阀的系 数)表示。
静态特性曲线和阀的系数可从实际的阀测出，对许 多结构的阀也可以用解析法推导出压力-流量方程。
一、滑阀压力—流量方程的一般表达式
T
pS
Xv=0 L2
L1
2
3
4
1
U
UU
U
A
B
p2 QL
p1 QL
pS
3 p2
Q3 2
Q1 4
p1 QL
1
T
四边滑阀及等效桥路
正开口(负重叠)、零开口(零重叠)和负开口(正重叠)
零开口 零重叠
正开口 负重叠
负开口 正重叠
四、按阀套窗口的形状划分
矩形、圆形、三角形等
五、按阀芯的凸肩数目划分
二凸肩、三凸肩、四凸肩
工业应用分类方法
分类方法 按机能分类
按结构分类
按操作方法 分类
按连接方式 分类
种类
详细分类
压力控制阀
溢流阀、顺序阀、卸荷阀、平衡阀、减压阀、比例压力控制阀、缓冲 阀、仪表截止阀、限压切断阀、压力继电器
欢迎使用
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第2章 液压放大元件
本章摘要
•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 •射流管阀结构型式、工作原理、静态特性
本章概述
液压放大元件——液压放大器，以机械运动来控制流 体动力传输的元件。