液压伺服控制系统分析

右图压力关系 PL P 1 P 2 P2 P4 P 1 P4 ( PS PL ) / 2
Q1 Q3 CdW (U xv ) 2P 1 / CdW (U xv ) ( PS PL ) / 又 Q2 Q4 CdW (U xv ) 2P4 / CdW (U xv ) ( PS PL ) /
2.2.2 正开口四通滑阀的静特性
一、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 P 1 P 2 P 1 P 3 P 2 P 1 (P S P L)/ 2
0.6 0.4 0.2
0
Ⅱ 0Ⅰ Ⅲ Ⅳ
-0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0
-0.4 -0.8 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
pL/ps
图2.5
零开口四通滑阀压力-流量曲线
将流量方程(2-8)式在某一工作点(QL1、xv1、pL1)附近全 微分，可得在此工作点处的流量方程:
1

ps
(2-15)
K p0
(2-16)
Kc0 0
(2-17)
滑阀的三个阀系数以及其静特性曲线都可用实验法测得。 测Kq0 Xv
T pS
3
2 QL
1
4
p2 A
p1 B
2.2.2 正开口四通滑阀的静特性
T pS
Xv=0
L2
L1
pS Q1 2 p2 QL 3 T 4 1 p1
3
2
1
4
Q3
T
pS
A
B
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。
（a）两凸肩四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
Xv
A
B
（a）两凸肩四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
Xv
A
B
（a）两凸肩四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
（E） 三凸肩正开口四通滑阀
T
pS
U
U
U
U
A
B
（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
Xv
U
U
U
U
A
B
（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
Xv
U
U
U
U
A
B
（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
OL
OL
OL
OL
A
B
(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。
P C P L P S /2 P P S PL 2
xv
零位时Kc很小！
QL
Kq
Q放
Q泄
P L
Kc
2P /
PS
xv
W
PL PS / 2
O
QL Q1 CdWx v CdWx v
( PS 2 PL ) /
流量增益 K q CdW ( PS 2 PL ) / ( PS 2 PL ) / PS 2 PL
2.2.1零开口四通滑阀的静特性
滑阀的结构型式很多，最有代表性的是零开口四通滑阀。 能表示Q、A及Δp三者间关系的方程就是滑阀的特性 方程，而只研究稳态关系的就叫做静特性。
Xv
T
pS
pS Q1 2 p2 Q3 T QL 1 p1 4
3
2
1
4
3
p2 A QL
p1 B QL
(a)结构原理图 Xv
T pS
P L
Kq Kc
P L
QL
Kc
KC 等价动态物理模型 泄漏系数
动态数学模型
2.2.2 正开口四通滑阀的静特性
一、正开口四边阀的压力-流量特性方程
负载流量QL为 Q1 Q4 或为 Q3 Q2
实际上 Q1 Q3且Q2 Q4
阀口 1、 3开口增大为 U xv 阀口2、 4开口减小为 U xv
压力PL
理想零开口阀的零位阀 系数 K q 0 CdW PS / KC 0 0 K P0
四、实际零开口四边阀的零位阀系数
零位时压力不是无穷大
零位时存在径向泄漏
KC 0
W 2 P 32
QL
Q泄
QL K q 0 xv K C 0 PL
Kq
xv
Q放
来自百度文库xv
二、零开口四边阀的阀系数
流量增益 QL Kq Cd W xv
压力流量系数 KC C Wx v ( PS PL ) / QL d PL 2( PS PL )
三、零开口四边阀的特性曲线
流量QL
( PS PL ) /
当P L P S时
压力增益 KP 2( PS PL ) PL xv xv
T
P
ps
A
B
（C） 四凸肩零开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
Xv
T
P
ps
A
B
（C） 四凸肩零开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
Xv
T
P
ps
A
B
（C） 四凸肩零开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
A
B
（D） 三凸肩零开口四通滑阀
(d)三凸肩零开口 四通滑阀 图中三个通油槽处 有四个工作棱边。由于 凸肩的宽度和不同凸肩 间的距离，与相对应的 油槽尺寸是配制得完全 一致的，所以当阀芯处 于中位时，凸肩的棱边 与油糟的棱边，一一对 齐，从而把油槽完全封 住。这种完全理想化的 滑阀，称理想滑阀。
T
pS
A
B
（D） 三凸肩零开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
Xv
A
B
（D） 三凸肩零开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
Xv
A
B
（D） 三凸肩零开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
U
U
U
U
A
B
(e)三凸肩正开口四通阀 阀芯处于中位时， 四个节流工作棱边处都 有相同的预开口量U， 即在零位时有预开口量， 这种阀称正开口阀或负 重叠阀。
QL QL Q x v L pL xv pL
Q K q xv K c pL
(2-11)
Kq——流量增益，或流量放大系数，表示负载压力pL不变时， 当阀芯位移xv，有微小增量时所引起的流量增量；
Kc——压力流量系数，表示阀芯位移不变时负载压力增量与 负载流量增量之间的关系，也称阀刚度。
U
A p2 QL
U U
B p1 QL
U
图2.6 正开口四通滑阀
2.2.3 三通阀的静特性
一、三通阀的负载压力 Xv
p0≈0
2 1
ps
p s A A/ p s A/
A 2 A/
pc
ps
A
A’
图2.9 零开口三通滑阀
PL是用来平衡负载F的压力
设油缸负载力为 F，油缸有效工作面积为 A 负载压力为 PL , 工作腔压力为 PC
c
pc
ps
（b）两凸肩三通滑阀
T
P
ps
pc
c ps
（b）两凸肩三通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
Xv
T
P
ps
pc
c ps
（b）两凸肩三通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
Xv
T
P
ps
pc
c ps
（b）两凸肩三通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
P
ps
A
B
（C） 四凸肩零开口四通滑阀
(c)四凸肩零开口四 通滑阀 图中两个通油槽处 有四个工作棱边。由于 凸肩的宽度和不同凸肩 间的距离，与相对应的 油槽尺寸是配制得完全 一致的，所以当阀芯处 于中位时，凸肩的棱边 与油糟的棱边，一一对 齐，从而把油槽完全封 住。这种完全理想化的 滑阀，称理想滑阀。
PS
O
令F AP L AP C P S A/ 2 F PL P C P S /2 或P C P L P S /2
PC
控制压力PC
偏置压力PS
A/ 2
AP C
A
F
PS / 2
PS A / 2
A
F
三通阀一般驱动差动缸
A
2.2.3 三通滑阀的静特性
二、零开口三通阀的压力-流量特性
阀体（阀套） 沉 割 槽 阀 芯 孔
阀芯 凸肩
阀芯与阀体
棱边
棱边 land
沉割槽 通油槽
图2.2 滑阀典型结构原理图
零开口
ZERO LIP
正开口
UNDER LIP
负开口
OVER LIP
零重叠
负重叠
正重叠
图2.2 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 。
特性方程 QL Q1 Q4 QL CdW (U xv ) ( PS PL ) / CdW (U xv ) ( PS PL ) /
二、正开口四边阀的阀系数
零位流量增益 K q 0 2C dW PS / 零位压力流量系数 KC 0 CdWU PS / PS
QL 1 Kq Cd W ( ps p L ) xv
p L 2( ps p L ) K q Kp xv xv Kc
(2-12)
(2-13)
QL Kc p L
CdWx v
1

( ps pL )
2( p s p L )
(2-14)
K q 0 CdW
（F） 三凸肩负开口四通滑阀
T
pS
OL
OL
OL
OL
A
B
（F） 三凸肩负开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
Xv
OL
OL
OL
OL
A
B
（F） 三凸肩负开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
T
pS
Xv
OL
OL
OL
OL
A
B
（F） 三凸肩负开口四通滑阀
图2.2 滑阀典型结构原理图
不论凸肩数有多少，也不管是三通或四通的阀，都 可以做成正开口、负开口或零开口的。
W Ln
W是变化的
展开图
2.2.1 零开口四通滑阀的静特性
一、零开口四边阀的压力-流量特性方程
x>0时
x<0时
xv 0时 阀口压差P ( PS PL ) / 2 QL CdWx v xv 0时 阀口压差P ( PS PL ) / 2 QL CdWx v ( PS PL ) / QL CdWx v ( PS PL ) / ( PS PL ) /
五、按滑阀的预 开口型式划分 正开口(负重叠)、 零开口(零重叠)和 负开口(正重叠)
2.2 滑阀分析
滑阀的开口型式
滑阀有正开口、零开口、负开口三种。 正开口
零开口
负开口
正开口、零开口、负开口
滑阀的面积梯度及部分开口，可全周开口、 开方孔 、开园孔
全周开口
开方孔
开园孔
W dv
A W xv
三、正开口四边阀的特性曲线
零位压力增益 2 PS K P0 U
xv
Kq Kc
P L
QL
动态数学模型
上一次课小结
液压放大元件能将输入位移(机械量)转换并放大为具有 一定压力的液体流量。 流量与压力的乘积即功率，因此也可以说液压放大元件 所输出的就是具有一定功率的液压信号。 液压放大元件也是控制液体流量的大小及方向的控制 元件，通常称为(液压)阀，如：滑阀、挡板阀等。 机械功率FV 小 液压功率pQ 大
欢 迎 使 用
《液压伺服与比例控制系统》
多媒体授课系统
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
2.1 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 二凸肩、三凸肩、四凸肩
(b)两凸肩三通滑阀
T P ps 两个凸肩里侧的两个棱 边是工作棱边，只有一个通 向液压执行元件的控制口c， 所以称三通阀。如果阀芯向 右微动，P口的油液经过右凸 肩棱边的节流作用后通向 C 口，如果阀芯向左移动，则 C 口的油液经左凸肩棱边节 流后由T口流出滑阀。由于只 有一个控制口 C ， 通向液压 缸的无杆腔，液压缸的有杆 腔是不可控的。为使液压缸 能双向运动，必须采取其它 办法让液压缸活塞回程，图 示结构
(b)液压桥
A
3
2
1
4
p2 A QL
p1 B QL
图2.3 零开口四通滑阀
dv xv xv xv
(a)
图2.4
(b)
滑阀阀口形状
（c）
(a)
通油槽为整周开槽
(b)通油槽为方孔 （c）通油槽为圆孔。
QL/QLmax
1.2
1.0=xv/xvmax 0.8
曲 线 是 非 线 性 的 !
0.8 0.4