液压伺服与比例控制系统ppt课件.ppt
燕 山 大 学液压伺服与比例控制系统课程组,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,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,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)和负开口(正重叠),2.2 滑阀分析,滑阀有正开口、零开口、负开口三种。,滑阀的开口型式,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,一、零开口四边阀的压力-流量特性方程,2.2.1 零开口四通滑阀的静特性,x0时,x0时,二、零开口四边阀的阀系数,三、零开口四边阀的特性曲线,四、实际零开口四边阀的零位阀系数,零位时存在径向泄漏,零位时压力不是无穷大,等价动态物理模型,动态数学模型,一、正开口四边阀的压力-流量特性方程,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,2.2.2 正开口四通滑阀的静特性,可分解成2个流量的叠加,二、正开口四边阀的阀系数,三、正开口四边阀的特性曲线,动态数学模型,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。,上一次课小结,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。,阀芯,阀体（阀套）,凸肩,沉割槽,棱边,阀芯孔,阀芯与阀体,land,棱边,图2.2 滑阀典型结构原理图,沉割槽,通油槽,零开口,正开口,负开口,ZERO LIP,UNDER LIP,OVER LIP,零重叠,负重叠,正重叠,图2.2 滑阀典型结构原理图,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。,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。,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,(b)两凸肩三通滑阀 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,c,P,T,ps,ps,图2.2 滑阀典型结构原理图,c,P,T,ps,ps,图2.2 滑阀典型结构原理图,c,P,T,ps,ps,图2.2 滑阀典型结构原理图,c,P,T,ps,ps,B,P,T,A,ps,(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。,图2.2 滑阀典型结构原理图,B,P,T,A,ps,图2.2 滑阀典型结构原理图,B,P,T,A,ps,图2.2 滑阀典型结构原理图,B,P,T,A,ps,(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。,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,(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。,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,(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。,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,图2.2 滑阀典型结构原理图,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p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。,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。,图2.3 零开口四通滑阀,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。,(a),(b),（c）,图2.5 零开口四通滑阀压力-流量曲线,曲线是非线性的!,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:,(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。,(2-12),(2-13),(2-14),(2-15),(2-16),(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,图2.6 正开口四通滑阀,2.2.2 正开口四通滑阀的静特性,2.2.3 三通阀的静特性,1,2,一、三通阀的负载压力,三通阀一般驱动差动缸,PL是用来平衡负载F的压力,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,QL,零位时Kc很小！,零开口三通阀的阀系数,(2-37),(2-38),(2-39),零开口三通阀的零位阀系数也象四通阀一样，应根据其零位漏损量推算。,三、正开口三通阀的压力-流量特性,1,2,图2.10为正开口三通阀，两个节流口同时工作以控制一个控制口，其控制压力为pc，负载流量为QL，设阀芯按图示方向移动，由图可知,图2.10 正开口三通滑阀,和零开口三通阀一样引入负载压力pL，直接引用式(2-34)，得,(2-40),(2-27),(2-40),式(2-40)与式(2-27)相比，正开口四通阀流量方程中的pL改换成2pL，就变成正开口三通阀的流量方程了。因此，当把图2.7中正开口四通阀压力流量曲线的pL/ps坐标1改为1/2后，就是正开口三通阀的压力流量曲线了。,图2.7 正开口四通滑阀压力-流量曲线,正开口三通阀的三个零位阀系数为,(2-41),(2-42),(2-43),三通阀的流量增益与四通阀的流量增益相同，而三通阀的压力增益Kp较四通阀的小一半，这是因为三通间只控制一个控制腔压力pc，而另一腔的压力不可控所致。,2.2.3 三通阀的静特性,如果阀芯按图示方向移动，棱边1处的节流口打开，控制腔压力pc增高，其最大值pcmax=ps时使活塞向右运动的力 F1=p1ApsA。A 无杆端活塞面积，A 有杆端活塞面积。,1,2,四、三通阀、四边阀静特性比较,1、液压放大元件的流量增益Kq与半桥的节流边有关：零开口阀是正开口阀的一半；带固定节流孔时，Kq是正开口阀的一半。,2、液压放大元件的压力流量系数Kc与半桥、全桥有关：半桥正开口三通阀是全桥正开口四通阀的2倍；半桥零开口三通阀是全桥零开口四通阀2倍；带2个固定节流孔的全桥与正开口四通阀全桥相等；带1个固定节流孔的半桥与正开口三通阀半桥相等；,3、零开口的压力流量系数远小于正开口阀，零开口的压力增益远在于正开口阀。零开口的因“内泄漏”引起的误差将远小于正开口阀。,四、三通阀、四边阀静特性比较,1、流量增益Kq，正开口是零开口的2倍，正开口是带固定节流孔阀的2倍，半桥与全桥相等（因左右半桥流量相等）,等价动态物理模型,动态数学模型,四、三通阀、四边阀静特性比较,2、零位压力流量系数Kc0，正开口远大于零开口，半桥是全桥的2倍,等价动态物理模型,动态数学模型,压力放大器的等效,压力放大器的物理模型,压力放大器的数学模型,四、三通阀、四边阀静特性比较,3、压力增益Kp，正开口远小于零开口，半桥是全桥一半,（1）作用在圆柱滑阀上的稳态液动力,2.2.4 滑阀的力特性,液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到稳态液动力。因沿阀芯径向的分力互相抵消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。,图2.11 作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力,稳态液动力指向阀口关闭的方向,稳态液动力指向阀口关闭的方向,(2)、作用在滑阀上的液压卡紧力,(a)倒锥；(b)顺锥；(c)倾斜,(5.13),开一条均压槽时，K0.4；开三条等距槽时，K0.063；开七条槽时，K0.027。,侧向力指向阀芯卡紧方向,侧向力指向阀芯对中方向,2.2.5 滑阀的结构设计,1、为防止流量饱和，W67 xvmax;2、xvmax约为0.10.5;3、保持凸肩为锐边，间隙为0.3微米。,2.3 喷嘴-挡板阀分析,喷嘴-挡板阀阀有单喷嘴-挡板阀和双喷嘴-挡板阀两种。,单喷嘴-挡板阀相当于带1个固定节流孔的正开口三通阀,双喷嘴-挡板阀相当于带2个固定节流孔的正开口四通阀,2.3.1 单喷嘴-挡板阀（略）,2.3.2 双喷嘴-挡板阀,一、双喷嘴-挡板阀的压力-流量特性,Q1,Q2,Q3,Q4,二、双喷嘴-挡板阀的压力特性,三、双喷嘴-挡板阀零位的阀系数,2.3.3 双喷嘴-挡板阀的液流力,2.3.4 双喷嘴-挡板阀的设计,1、为防止流量饱和，x0=dn/16;2、x0约为0.1,d00.5。,2.4 射流管式液压放大元件,射流管阀一般用先导级作为压力放大器用阀系数由实验确定,1、射流管阀只有一个喷孔堵塞后“事故归零”；2、射流管喷孔较大。,2.6 放大元件的效率,
