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。
2.1.4 正（预）开口滑阀放大器
中位时各个控制窗口的预开口量均为x0，假定滑阀工 作在预开口区以内，即，各控制窗口面积分别为：
f1 f3 W (xv x0 ) f2 f4 W (x0 xv )
流量连续方程为：
Qf Q1 Q4 Q2 Q3
CvW (x0 xv)
2.1.3零开口滑阀的静特性
忽略油液可压缩性情况下考虑滑阀的稳态特性即静特性，供压源为 恒压源。静特性包括：
流量特性：负载恒定情况下，流经滑阀控制窗口至负载的流量Qf， 与滑阀阀芯相对中位的位移XV之间的关系；
压力特性：负载流量Qf =0时，负载压差pf与阀芯位移XV之间的关系； 压力－流量特性：负载流量Qf 、负载压差pf 、阀芯位移XV之间的关 系，或称综合静特性。
p1 同样还有：
ps p f 2
p2
ps p f 2
于油是源实总际供零油开量口Qs滑为阀：Q的s压力Q－1 流Q量2特性Q方3 程Q为4 ：，则有
QQsf CCvvf1f1
11(

(pps s p
fp)f
)
C vCfv2
f2
1

(1p(s

ps
pf
)p
f
)
Q f
Qf xv
xv

Q f p f
p f
零位附近为系统常见工作状态，此时上述方程可改写为：
Q f KQ0 xv Kc0 p f
2.1.5 三通阀分析
一、零开口三通滑阀的静特性
三通（双边）滑阀广泛应用于机械－液压位置伺服系统中， 用来控制差动缸。
考虑实际零开口阀，当阀芯有位移时，各窗口处的液流流动 方向如图所示。
两个阀腔连续方程为： Q f Q1 Q4 Q f Q3 Q2
Q1 Cv f1
其中：
Q3 Cv f3
2
(
ps

p1)
2
p2
Q2 Cv f2
2
(
来自百度文库
ps

p2
)
Q4 Cv f4
2
p1
又因滑阀对称配作，所以有： Q1 Q3 Q2 Q4 ， f1 f3 f2 f4
压力放大系数：
Kp

p f xv
2( ps p f ) xv
通常压力放大系数指QL=0时阀单位输入位移所引起的负载压 力变化的大小。此值大，阀对负载压力控制灵敏度高。
可以看出，三个阀系数随工作点不同而变化，其中压力－流
量曲线的原点（阀位移，负载压降和负载流量均为零）是滑阀最 重要的工作点。反馈控制系统常在原点附近工作，原点对系统的 稳定性至关重要，如果在该点稳定，则在其它点不存在不稳定问 题，故通常在进行系统分析时以原点处的静态放大系数作为阀的 性能参数 。
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。
2．1 滑阀
2.1.1滑阀结构 2.1.2工作原理 2.1.3零开口滑阀的静特性 2.1.4正开口滑阀放大器 2.1.5三通阀分析 2.1.6 滑阀放大器的功率和效率
切断负载时的压力特性
切断负载时的压力特性曲线的原点处，容易求出线斜率 就是阀的零位压力增益Kp0。从图中看出Kp0 ≠∞，但在很小 的位移内，负载压力很快增加到供油压力Ps，说明这种阀的 压力增益很高。
泄露流量曲线
泄漏流量曲线表明阀在零位时的液流功率损失，且在零位时最大。 因为此时阀密封长度最短，随阀芯移动回油密封长度增加，泄漏量急 剧减小。
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。
零位流量放大系数：
KQ0

Q f xv
CvW
xv0 pf 0
零位流量－压力放大系数：
零位压力放大系数：
Kc0


Q f p f
0
x v0 pf 0 Qf 0
1

ps
K p0

p f xv
xv0 Qf 0

二、实际零开口滑阀
实际零开口滑阀因为存在径向间隙，且往往有很小的或正或负 的重迭量，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角或者倒钝， 因此在中位时，阀的泄漏不可避免。
其中:
Qf

Qf
CvWxv max
ps /
； xv

xv xv max
；
pf

pf ps
理想零开口四边滑
阀无因次压力－流量曲 线如左图所示。如果供 油压力、阀芯最大位移、 阀的最大空载流量或阀 的面积梯度已知时，由 无因次的压力－流量特 性可以获得全部的静态 性能参数，故常称为综 合静特性。
流量放大系数：
1
(
ps

p
f
)

CvW
(
x0

xv
)
1
(
ps

p
f
)
xv x0
无因次形式为：
Qf (1 xv ) 1 pf (1 xv ) 1 pf
各无因次量分别为：
Qf

Qf
CvWx0 ps /
xv

xv x0
pf

pf ps
正开口四边滑阀的无因次压力—流量曲线
图中U就是中位时各个控制窗口的的预开口量x0
就可以利用在选定压力下的中位流量曲线的斜率来确定阀的流量 －压力放大系数。
切断负载时的实验油路
压力表图，示在实回验油油口路接，流封量闭计负，载如通果道供，油即压QL力=0P，s一在定供，油改口变接阀 的开度Xv，测出对应的负载压力PL和泄露流量QL（即供油流 量Qs，输入流量等于输出流量）
可以测得PL－XV曲线及QL－XV曲线，如果阀处于中位（即零 位），改变供油压力，测得零位泄漏量Qc与供油压力Ps之间关系 的曲线。
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
Qf CvWxv
2
( ps

p2 )

CvWxv
2
p1
于是负载流量表达式为:
Qf CvWxv
1

( ps

pf
)
xv 0
可见有QpfQfpss


2CvfpQp1sff1/pfKc
Cv f2 1/ 。2 零ps位 p时f 每个节流窗
口的压降和泄漏量分别是Ps/2和Qs/2。
Qs Cv f1 1/ Cv f2 1/ ps 2 ps p f 2 ps p f
该结果对任何一个配作且对称的滑阀来说总是成立的，这样
3.实际零开口滑阀的零位压力放大系数Kp0
零位流量放大系数不变，
KQ0 CvW ps /
于是实际零开口滑阀的零位压力放大系数为：
K p0

KQ0 Kc0

32Cv ps / S 2
Kp0主要取决于阀的径向间隙S，而与面积梯度W无关。 为了获得大的Kp0值，所以S的值很小，阀的制造精度高。
此外，描述滑阀性能的静参数，如：滑阀最大位移XVmax、最 大空载流量Qf max、供油压力ps。
还有阀的三个静态放大系数（阀系数）
流量放大系数 压力放大系数
Kq

dQ f dxv
Kp

dp f dxv
流量－压力放大系数
Kc

dQf dp f
一、理想零开口阀
除忽略工作油液的可压缩性、认为供油压力恒定的以外，假设： 1）控制窗口是理想且对称的，而且没有泄漏； 2）控制窗口处的流量系数Cv为常数； 3）工作油液只在流经控制窗口时产生压力损失。
第二章 液压放大器
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。
1.零位流量放大系数
理想阀的K Q0与实际阀的K Q0十分接近，可认为相同。 因为零位时的K Q0比较准确，所以系统的稳定性可靠。这 也是液压伺服系统的一个优点。
KQ0 CvW ps /
阀的零位流量增益取决于供油压力Ps和阀的面积梯度 W，这两个量在实际应用中容易测量，所以Kq0容易准确计 算和控制.
2．1．1 滑阀结构
按结构可分为圆柱滑阀、旋转滑阀和平板滑阀，其中圆柱滑阀具有 最优良的控制特性，在伺服系统中应用最广。
圆柱滑阀是借助阀芯和阀套之间的相对运动改变节流孔的面积以达 到对液流进行控制的。按液流进入和离开滑阀的通道数目分为二通、三 通和四通滑阀；按滑阀工作边数目（即有效节流孔数目）可分为单边、 双边和四边滑阀；按滑阀在中位时的开口或重迭形式可分为零开口（零 重迭）、负开口、正开口、滑阀等。
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
2.1.2 工作原理
的相上ap静偏反）1的，止差方图X大不。v以a，向，向)小断图上也p单左，1地中各恢同边，使将通图复样两p筒由过阀1，。通降体滑阀套筒滑滑低运阀芯均体阀阀，动打d固停对p的。开1连止输F位控的1于运<入置制节p运动信变s边流F动。号2化，有窗筒阀起来筒预口壳芯到改体开关体连了变向口小，续放节左量，使向大流运x这运左变0窗，动种动，换口使，作筒则和c得同用的的筒伺p时称大运体1服F减为小动1同控=小负，反样p制与s反可F应向作2x馈，以到左0用。此改滑，。时变阀
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

( ps

p1 )
Q3 Cv f3
2

( p2

p0 )

Cv
f3
2

p20
又对理于称想pp是sf配阀负作无p载p11矩泄流Qf形 漏1pp量f22窗，，表f口有3所达C有v以式WW：有为xxvv：：p11(
于是引负入载符流号量函表数达s式gn为X:V（XV>0时为1，反之为-1），合
并 特以性上方两程式：QQ有ff 矩C形CvvWW窗xx口vv 理11想((pp零ss开(sp口gfn四)xv边) p滑fx)阀v 的0压力－流量
无因次方程为：
Qf xv 1 (sgn xv) p f
KQ

Q f xv
CvW
1

(
ps

pf
)
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
Qf p f
CvWxv
1

(
ps

p
f
)

2( ps p f )
它是压力—流量曲线的切线斜率，冠以负号使流量—压 力系数总为正值。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。它的值小，阀抵抗负 载变化的能力大，即阀的刚性大。
正开口四边滑阀的无因次压力—流量曲线
零位阀系数：
KQ0 2CvW ps /
Kc0

CvWx0 ps
ps
/

CvWx0
ps
K p0

2 ps x0
与零开口阀比较，流量系数是零开口的两倍，流量－压力放
大系数取决于阀的结构参数――面积梯度W，而压力系数与W无 关。
采用小偏差线性化方法，对压力－流量特性进行线性 化，有：