液压伺服与比例控制系统ppt_02

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vxAW滑阀的面积梯度及部分开口，可全周开口、开方孔、开园孔是变化的W开园孔nLW展开图开方孔vdW全周开口一、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/)(2/)(0LSvdLLSvPPWxCQPPPx阀口压差时x0时x0时/)(/)(2/)(0LSvdLLSvdLLSvPPWxCQPPWxCQPPPx阀口压差时/)(LSdvLqPPWCxQK流量增益二、零开口四边阀的阀系数0000/PCSdqKKPWCK系数理想零开口阀的零位阀三、零开口四边阀的特性曲线)(2/)(LSLSvdLLCPPPPWxCPQK压力流量系数vLSvLPxPPxPK)(2压力增益LQ流量LP压力时当SLPP四、实际零开口四边阀的零位阀系数LCvqLCPKxKQPWK002032CK泄漏系数零位时存在径向泄漏零位时压力不是无穷大KqvxLQKcLPKqvxLQKcLP放Q泄Q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vvxUxU开口减小为、阀口开口增大为、阀口42312341QQQQQL或为为负载流量4231QQQQ且实际上一、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42312341QQQQQQQQQL流量关系1Q流量4Q流量可分解成2个流量的叠加/)()(/2)(/)()(/2)(442131LSvdvdLSvdvdPPxUWCPxUWCQQPPxUWCPxUWCQQ又2/)(414221LSLPPPPPPPPP右图压力关系2/)(123121LSLPPPPPPPPP左图压力关系/)()(/)()(41LSvdLSvdLLPPxUWCPPxUWCQQQQ特性方程UPKPPWUCKPWCKSPSSdCSdq2//2000零位压力增益零位压力流量系数零位流量增益二、正开口四边阀的阀系数三、正开口四边阀的特性曲线KqvxLQKcLP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。机械功率FV液压功率pQ小大阀芯阀体（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ZEROLIPUNDERLIPOVERLIP零重叠负重叠正重叠图2.2滑阀典型结构原理图ABpST（a）两凸肩四通滑阀图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。pSTABXv（a）两凸肩四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABXv（a）两凸肩四通滑阀图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pc（b）两凸肩三通滑阀cPTpspspc（b）两凸肩三通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图cPTpspspcXv（b）两凸肩三通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图cPTpspspcXv（b）两凸肩三通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图cPTpsps（C）四凸肩零开口四通滑阀BPTAps(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。（C）四凸肩零开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图BPTAps（C）四凸肩零开口四通滑阀Xv图2.2滑阀典型结构原理图BPTAps（C）四凸肩零开口四通滑阀Xv图2.2滑阀典型结构原理图BPTAps(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。pSTAB（D）三凸肩零开口四通滑阀pSTAB（D）三凸肩零开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABXv（D）三凸肩零开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABXv（D）三凸肩零开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABUUUU（E）三凸肩正开口四通滑阀(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。pSTABUUUU（E）三凸肩正开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABUUUUXv（E）三凸肩正开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABUUUUXv（E）三凸肩正开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABOLOLOLOL（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。pSTABOLOLOLOL（F）三凸肩负开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABOLOLOLOLXv（F）三凸肩负开口四通滑阀图2.2滑阀典型结构原理图pSTABOLOLOLOLXv（F）三凸肩负开口四通滑阀图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。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3142pSQLQ1Q3Tp2p1(b)液压桥pSTABXv124p13p2QLQL(a)结构原理图pSTABXv124p13p2QLQLA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。dvxvxvxv(a)(b)（c）QL/QLmax0.81.0=xv/xvmax0.81.2-1.2-0.8-0.8-0.4-0.40.40.40.2-0.2000pL/ps-0.80.8-0.40.40.6-0.6-1.0ⅣⅡⅢⅠ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:LLLvvLLppQxxQQLcvqpKxKQ(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。)(1LsdvLqppWCxQK)(2)(1LsLsvdLLcppppWxCpQKcqvLsvLpKKxppxpK)(2(2-12)(2-13)(2-14)sdqpWCK1000cK0pK(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。pSTABXv124p13p2QL测Kq0图2.6正开口四通滑阀3142pSQLQ1Q3Tp2p1pSTABXv=0p1p2QLQLL1L2UUUU12432.2.2正开口四通滑阀的静特性图2.9零开口三通滑阀pcXvpspsp0≈0AA’2.2.3三通阀的静特性//ApAApss/2AA12一、三通阀的负载压力2/2/2/SLCSCLSCLPPPPPPFAPAPAPF或令CLPPAF工作腔压力为负载压力为，油缸有效工作面积为设油缸负载力为,CP控制压力SP偏置压力A2/AFCAP2/APSSPO三通阀一般驱动差动缸PL是用来平衡负载F的压力CP2/SPAAF2.2.3三通滑阀的静特性二、零开口三通阀的压力-流量特性/)2(/21LSvdvdLPPWxCPWxCQQvLSPLSLSvdCLSdqxPPKPPPPWxCKPPWCK22/)2(/)2(压力增益压力流量系数流量增益2/SLPPSP偏置压力A2/ASPOLSSLCPPPPPP22/vxWQLKqvxLQKcLP放Q泄Q零位时Kc很小！零开口三通阀的阀系数LsdvLqppWCxQK21LsLsvdLLcppppWxCpQK221vLScqpxppKKK2(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/)2()(/)2()(/2)(/2)(212211LSvdLSvdLvdvdPPxUWCPPxUWCQQQPxUWCQPxUWCQ又特性方程2/)2(2/)2(21LSLSPPPPPP压力关系UPKPPWUCKPWCKSPSSdCSdq000/2/2零位压力增益零位压力流量系数零位流量增益2/SLPPSP偏置压力A2/AQLSPOvxvxUvxU12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21QQQLcsvdppxUWCQ21cvdpxUWCQ22pcXvpspsp0≈0AA’U+xvU-xv12LsvdppxUWCQ211LsvdppxUWCQ212LsvvdLsvdLppxUWxCppxUWCQ2121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)2scLppp21QQQLLsvLsvdLppxUppxUWCQQQ141(2-27)LsvvdLsvdLppxUWxCppxUWCQ2121(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