第四章液压伺服驱动元件 上泽成大坐 上浙克1大当 什么是戒压饲原系统？意过液压垫制元件的功率救大作 主要讨论内容 用，将爵的输入信号加以放大， 第一部分：控制元件 运动规停的自门节反使果轨。 着重分析液压控制阀、动力机构、伺服阀 被压句票黑动元件使构建液压间限 条镜的枝心环带 的静、动态特性。（本章） 第二部分：控制系统 主要介绍电液位置伺服系统、速度伺服系 统、力同服系统和机液伺服系统的基本原理、 分析与设计。（第五章） 4.1、概述 )承文点人岁 上帝文1大坐 液压系统的主要构成 中的阳 流体传动及控制专业的两大专业内容 春白雪高品 伺服系统 伺服阀 液压元件 液压同服 与传动系统 控制)系统 比例阀 比例系统 先修基础课： ◆流体力学 ◆液压传动 ◆自动控制理论 ，。。4。。 传动系统 液压伺服系统的发展概况 上潘成1大孝 上活丝大举 1940年，飞机上 液压伺服系统的工作原理 首先出现电液何 服系统 先讨论一下液压传动系统和液压伺服系统 的区别 Hydraulic 50年代末，喷需挡板阀为 Control 前置级的两级滑阀式何服 Systems by Herbert E. 阀出现 Merritt (Hardcover) 6O年代，Merrit著《Hydraulic control system》出版，液压伺服理论趋于完善。 国内在60年代以后，液压伺服技术开 始得到发展
1 第四章 液压伺服驱动元件 什么是液压伺服系统？ 通过液压控制元件的功率放大作 用，将微弱的输入信号加以放大， 并驱动液压执行元件，使之自动、 连续、快速而精确地复现输入信号 运动规律的自动调节反馈系统。 液压伺服驱动元件是构建液压伺服 系统的核心环节 主要讨论内容 第一部分：控制元件 着重分析液压控制阀、动力机构、伺服阀 的静、动态特性。（本章） 第二部分：控制系统 主要介绍电液位置伺服系统、速度伺服系 统、力伺服系统和机液伺服系统的基本原理、 分析与设计。（第五章） 4.1、概述 流体传动及控制专业的两大专业内容 液压元件 与传动系统 液压伺服 （控制）系统 先修基础课： 流体力学 液压传动 自动控制理论 液压系统的主要构成 伺服驱动，液 压系统中的阳 春白雪。高品 质、娇贵······ 换 向 阀 调 速 阀 伺服系统 传动系统 比例系统 伺服阀 比例阀 . . . . . . 液压伺服系统的发展概况 国内在60年代以后，液压伺服技术开 始得到发展。 60年代，Merrit 著《Hydraulic control system》出版，液压伺服理论趋于完善。 50年代末，喷嘴挡板阀为 前置级的两级滑阀式伺服 阀出现 1940年，飞机上 首先出现电液伺 服系统 液压伺服系统的工作原理 先讨论一下液压传动系统和液压伺服系统 的区别
以调速为例： 上泽成大坐 上浙克1大当 节流调速液压伺服系统实例 节流调速液压传动 节流方式液压传动 系统实例 节流方式液压 伺服系统： 系统： 性能： 性能： ◆传感器精度 M ◆有一定的稳态速 主要确定了 系统的精度 度控制精度 ◆有一定的动 ◆动态速度控制性 态响应能力 能较差 P: 3 ◆闭环 ◆开环 山 ◆流量自动调 节 ◆流量手动调节 两者的比较(1) )承文点人岁 两者的比较(2) 上活文1大修 传动系统 伺服系统 传动系统 伺服系统 控调速阀，节流阀 伺服阀（通俗地说：它 控手动调速、 顺序控制、加位置、速度、力等各种 是精密的比例换向阀， 制 载控制等 物理量的自动控制 元 阀芯位移与输入电流成 正比，起换向阀和流量 的 控制阀作用。) 控开环 闭环 性侧重静态，考虑调速范更侧重于动态，考虑稳 对被控对象不进行在线检 在线检测反馈，自动调 能围、低速稳定性、速度刚 定性、动态响应、控制 原 测反馈，无即时修正能 整、修正，有抗干扰能 度和效率等 精度等 力，不存在稳定性问题 力， 存在稳定性问题 上潘成1大孝 上活丝大拳 液压同服系统的组成 指令装置，向系统发出指令信号，如电位器、计算机： 检测反馈元件，检测被控制量，将系统的输出转换为反馈信 号，如电位计，测速机： 比较元件，给出系统输入与反馈信号之差，如加法器： 同服放大器，将偏差信号放大、转换，产生控制信号，如电流 比较元件 液压源 干扰， 反馈线性伺服放大器： 液压控制元件，起信号变换（如电流一流量）、能量变换及放 指令装置 翱一腰一翻翻 大（如电气一液压）作用，输出一与输入电流成正比的流 量，如伺服阀： 反馈元件← 执行机构，接受液压功率放大器的流体动力，驱动工作机构， 如油缸、液压马达： 校正环节，改善系统或局部环路的性能，如滞后校正电路。 2
2 以调速为例： 节流方式液压传动 系统： 性能： 有一定的稳态速 度控制精度 动态速度控制性 能较差 开环 流量手动调节 节流调速液压传动 系统实例 节流调速液压伺服系统实例 节流方式液压 伺服系统： 性能： 传感器精度 主要确定了 系统的精度 有一定的动 态响应能力 闭环 流量自动调 节 两者的比较（1） 闭环 在线检测反馈，自动调 整、修正，有抗干扰能 力，存在稳定性问题 开环 对被控对象不进行在线检 测反馈，无即时修正能 力，不存在稳定性问 题 控 制 原 理 伺服阀（通俗地说：它 是精密的比例换向阀， 阀芯位移与输入电流成 正比，起换向阀和流量 控制阀 作用。） 控 调速阀 ，节流阀 制 元 件 传动系统 伺服系统 两者的比较（2） 更侧重于动态，考虑稳 定性、动态响应、控制 精度等 侧重静态，考虑调速范 围、低速稳定性、速度刚 度和效率等 性 能 要 求 位置、速度、力等各种 物理量的自动控制 手动调速、顺序控制、加 载控制等 控 制 功 能 传动系统 伺服系统 液压伺服系统的组成 指令装置 比较元件 伺服 放大器 液压控 制元件 执行 机构 被控 对象 反馈元件 液压源 干扰 校正 环节 ＋ － 指令装置，向系统发出指令信号，如电位器、计算机； 检测反馈元件，检测被控制量，将系统的输出转换为反馈信 号，如电位计，测速机； 比较元件，给出系统输入与反馈信号之差，如加法器； 伺服放大器，将偏差信号放大、转换，产生控制信号，如电流 反馈线性伺服放大器； 液压控制元件，起信号变换（如电流－流量）、能量变换及放 大（如电气－液压）作用，输出一与输入电流成正比的流 量，如伺服阀； 执行机构，接受液压功率放大器的流体动力，驱动工作机构， 如油缸、液压马达； 校正环节，改善系统或局部环路的性能，如滞后校正电路
上泽成大坐 液压伺服系统的优点 上浙克1大当 液压伺服系统的分类 1、功率一重量比大 1、按控制信号分：机液、电液等： 同样功率的控制系统，液压伺服系统体积小、重量 轻，这在航空等领域有重大意义。典型情况下，电 2、按液压控制元件分：阀控系统（阀控节 机：17WN:液压泵和马达：170WN 流原理)、泵控系统（泵控改变排量）、 2、力矩一惯量比大 无阀系统： 具有产生大加速度的能力，动态响应快，在兵器等 3、按被控物理量分：位置伺服系统、速度 行业有实用价值。液压马达： 一般情况下是电机的 10~20倍，但目前力矩电机等有缩小差距的趋势。 伺服系统、力伺服系统等： 3、刚度大，抗干扰能力强 4、按液压动力机构是否对称分：对称系 4、调速比范围大，如马达系统：200°s~0.001°s、 统、非对称系统。 调速比为200000. 5、实现直线伺服驱动方便、容易.直流电机的力一质量 比为130N/g,而油缸为13000N/kg,相差100倍。 )承文点人岁 所文1大步 液压伺服系统的缺点 液压伺服系统应用举例 1、对油液的污染敏感，同服阀的油液精度要求为 3μm: ◆加载试验系统，力伺 2、加工精度高、成本大： 服系统 3、使用维护不方便： 4、不宜作远距离传输： ◆六自由度电液句服平台 (航空，航天、航海、机 5、易污染环境，食品行业等难以应用： 器人等)，位置系统 6、过载能力低，当额定压力14MPa,一般最大便不能 超过21MPa。 对比：部分电机功率的瞬时过载功率可达到额定 工作功率的7一8倍 导致结果：不得不选用大容量的系统。 上潘成1大孝 液压控制阀的作用 上活丝大举 4.2、液压控制阀 同服系统中的液压控制阀： 液压传动系统中的液压控制阀指控制液体压 通过节流控制，达到与电信 力、流量和方向的三类开关阀或手动调节阀： 号成比例地控制流量或压力 阀 的目的。 液压伺服系统中的液压控制阀指可实现比例控 制的液压阀。 ◆在节流式液压同服中，它直接 控制执行元件动作： 液压控制阀是机械一液压转换装置，也是一种 ◆在容积式液压同服系统中，它 功率放大装置（故有些书把液压控制阀叫做液 直接控制泵的变量机构，改变 压放大元件)。 泵的输出流量，从而间接控制 执行元件动作。 3
3 液压伺服系统的分类 1、按控制信号分：机液、电液等； 2、按液压控制元件分：阀控系统（阀控节 流原理）、泵控系统（泵控改变排量）、 无阀系统； 3、按被控物理量分：位置伺服系统、速度 伺服系统、力伺服系统等； 4、按液压动力机构是否对称分：对称系 统、非对称系统。 液压伺服系统的优点 1、功率－重量比大 同样功率的控制系统，液压伺服系统体积小、重量 轻，这在航空等领域有重大意义。 典型情况下，电 机：17W/N；液压泵和马达：170W/N 2、力矩－惯量比大 具有产生大加速度的能力，动态响应快，在兵器等 行业有实用价值。液压马达：一般情况下是电机的 10～20倍，但目前力矩电机等有缩小差距的趋势。 3、刚度大，抗干扰能力强 4、调速比范围大，如马达系统：200°/s～0.001°/s、 调速比为200000。 5、实现直线伺服驱动方便、容易. 直流电机的力－质量 比为130N/kg，而油缸为13000N/kg，相差100倍。 液压伺服系统的缺点 1、对油液的污染敏感，伺服阀的油液精度要求为 3μm； 2、加工精度高、成本大； 3、使用维护不方便； 4、不宜作远距离传输； 5、易污染环境，食品行业等难以应用； 6、过载能力低，当额定压力14MPa，一般最大便不能 超过21MPa。 对比：部分电机功率的瞬时过载功率可达到额定 工作功率的7～8倍 导致结果：不得不选用大容量的系统。 液压伺服系统应用举例 六自由度电液伺服平台 （航空、航天、航海、机 器人等），位置系统 加载试验系统，力伺 服系统 4.2、液压控制阀 液压传动系统中的液压控制阀指控制液体压 力、流量和方向的三类开关阀或手动调节阀； 液压伺服系统中的液压控制阀指可实现比例控 制的液压阀。 液压控制阀是机械－液压转换装置，也是一种 功率放大装置（故有些书把液压控制阀叫做液 压放大元件）。 液压控制阀的作用 在节流式液压伺服中，它直接 控制执行元件动作； 在容积式液压伺服系统中，它 直接控制泵的变量机构，改变 泵的输出流量，从而间接控制 执行元件动作。 伺服系统中的液压控制阀： 通过节流控制，达到与电信 号成比例地控制流量或压力 的目的。 手控节流阀
上泽成大坐 浙克1大当 4.2.1、液压控制 圆柱滑阀 1~3Hm间隙 阀的结构类型及 特点 特点： ◆流量可大 ◆圆柱滑阀 可小、 ◆喷嘴挡板阀 ◆易计算和 ◆射流管阀 控制： ◆抗污染要 求高 ◆应用最广 泛 各种圆柱滑阀结构示意图 )承文点人岁 按台肩与阀套槽宽的组合分 所文1大坐 接食肉藏分 i压深* 正开口 触南天寸蒙大，外港水 的开口型式 零开和 负开 零开口： 线性增 、应用最多 正开口（负 77 上潘成1大孝 按阀口形状分 喷嘴挡板阀（双喷嘴） 形成压差的原理： [◆节流口1、2存在 「◆节流口3、4变化 Q ◆优点：结构简单、 公差较宽（制造精度 要求低)、特性可预 测、惯量小、动态响 全周开口： 局部开口： 应快： 大流量采用 中、小流量采用 ◆缺点：零位泄漏 大、功率损耗大，只 能用在小功率场合， 多作为前置级用， 4
4 4.2.1、液压控制 阀的结构类型及 特点 圆柱滑阀 喷嘴挡板阀 射流管阀 圆柱滑阀 1～3μm间隙 特点： 流量可大 可小、 易计算和 控制； 抗污染要 求高 应用最广 泛 各种圆柱滑阀结构示意图 按通道数分 （1）四通阀： 一通供油，一通回 油，二通负载，性能最好； （2）三通阀： 一通供油，一通回 油，一通负载，性能较差； （3）二通阀： 一通回油，一通负 载，性能最差。 按节流棱边分 （1）四边滑阀（四 通阀）： 有三个轴 向尺寸精度的要 求，应用最多，制 造最难； （2）双边滑阀 （ 三通阀）：有一 个轴向尺寸精度的 要求； （3）单边滑阀（二 通阀）： 无轴向尺 寸精度要求。 按台肩数分 （1）二台肩： 轴向尺寸最小，但静态 不稳定，回油压力不能高，导向性差； （2）三台肩： （3）四台肩： 轴向尺寸较大，外泄小 按台肩与阀套槽宽的组合分 xv QL 正开口 零开口 负开口 零开口： 线性增益， 应用最多 正开口（负重 叠）：需要连续液 流、恒流或伺服阀 前置级的场合 负开口（正重 叠）：有死 区，非线性 从零位附近流量 增益曲线可确定 阀的开口型式 按阀口形状分 全周开口： 大流量采用 局部开口： 中、小流量采用 喷嘴挡板阀（双喷嘴） 优点：结构简单、 公差较宽（制造精度 要求低）、特性可预 测、惯量小、动态响 应快； 缺点：零位泄漏 大、功率损耗大，只 能用在小功率场合， 多作为前置级用。 节流口1、2存在 节流口3、4变化 形成压差的原理：
射流管阀 上泽成大坐 4.2.2、液压控制阀的特性分析 上克1大 ww形 控制滑阀的特点？ 以滑阀为例来进行特性分 ◆配合公差要求 析，其结果可类推或思路适 流管 高，工艺难度 用于其它型式的阀。 ◆驱动部件质量 特 控责真骛大 dF022 接收器 喷嘴 瓷：响应较 ◆优点：抗污染能力强： ◆缺点：零位泄漏大、特性不易预 ◆可作前置级和 测（靠实验测得）、响应较慢，可 所有简服阀的 作前置级。 功率级。 三台肩四通滑阀图 )承文点人岁 三台肩四通滑阀分析 上活文1大举 Q供油 各阀的过流面积： A=A(x.) 假定：四个节流窗口是匹配且对称的 匹配：A(x,)=A,(x)4(-x)=A-x,) 对称：A(x,)=4(-x,)A(x,)=A,(-x) 四个节流窗口处流量系数均相同 回油 液流通道的等 Ca=Ca2=Ca=Ca4=Ca 效液压桥路 则有负载流量： ye0- Q=g-0.=0-0 上潘成1大孝 上活丝大举 通过阀口的流量 各阀口的流量 =CA 小孔节流下的流量公式： O-CA =C4 式中：C。:流量系数（无因次）： A:阀口面积： 由于匹配及对称，可推得： p:液体密度(glm) 9,=g 9=2 5
5 射流管阀 优点：抗污染能力强； 缺点：零位泄漏大、特性不易预 测（靠实验测得）、响应较慢，可 作前置级。 特点？ 4.2.2、液压控制阀的特性分析 配合公差要求 高，工艺难度 大 驱动部件质量 大，要有较大 的控制驱动 力，响应较 慢。 可作前置级和 所有伺服阀的 功率级。 以滑阀为例来进行特性分 析，其结果可类推或思路适 用于其它型式的阀。 控制滑阀的特点？ 三台肩四通滑阀图 液流通道的等 效液压桥路 供油 回油 三台肩四通滑阀分析 ( ) ( ) 1 v 3 v A x = A x ( ) ( ) 2 v 4 v A −x = A −x ( ) ( ) 1 v 2 v A x = A −x ( ) ( ) 3 v 4 v A x = A −x Cd1 = Cd 2 = Cd 3 = Cd 4 = Cd QL = Q1 − Q4 = Q3 − Q2 ( ) 各阀的过流面积： Ai iv = A x 假定： 四个节流窗口是匹配且对称的 匹配： 对称： 四个节流窗口处流量系数均相同 则有负载流量： 通过阀口的流量 小孔节流下的流量公式： 式中：Cd ：流量系数（无因次）； A：阀口面积； ρ：液体密度（ ） Q = Cd A ΔP ρ 2 3 kg / m 各阀口的流量 ( ) 2 Q1 = Cd A1 ps − p1 ρ ( ) 2 2 2 2 Q C A p p = d s − ρ 3 3 2 2 Q C A p d ρ = 4 4 1 2 Q Cd A p ρ = 由于匹配及对称，可推得： Q1 = Q3 Q2 =Q4
由Q,=Q推得： P:-P=P2 P:=P+p 流量特性曲线 负载压降： PL=P-P2 OL=f(x,)p,=常数的曲线 p=Btp B2-L-2 2 2 当p,=0时，为空载流量 PL=0 负载流量 特性曲线（右图） 1 1 1:零开口 Q.=2-Q:=CA (P.-P)-C,4yb(P.+P) 2:正开口 总供油量 实测流 量曲线 100500 50 电流m、 )承文点人岁 零开口阀流量内泄特性 上活文1大修 压力特性曲线 b 没漏流量Q, PL=f(x,)g,=常数 2 通常指的是 =0时的曲 线 P=const 阀的行程名 1:零开口 2:正开口 在供油压力不变负载流量为零 的情况下，改变阀芯位移，测得 阀芯略微移动，压降就迅速 的供油量： 增加，表明压力增益很高 阀芯在中位时泄漏最大 上潘成1大孝 4.2.3、阀的线性化分析 压力一流量特性方程以增量形 表示的线性化表达式 线性化处理 设某一工作点：Qn=f(Po.x.)o 则在该点附近工作时： 0=(Px,)是一非线性函数。 QL=f(Pu,x,)fPo+pz,x0+△，) 分析之前先线性化。阀通常在工作点附近 工作，因而线性化所带来的误差一般较 0+电 小。 忽略高阶项： Q.-0n=A0,=al△ 6
6 1 2 p p p L = − 2 1 ps pL p + = 2 2 ps pL p − = 32 1 2 1 1 () () Q Q Q CA p p CA p p L d sL d sL ρ ρ =−= − − + 23 1 2 1 1 () () Q Q Q CA p p CA p p s d sL d sL ρ ρ =+= − + + ps − p1 = p2 ps = p1 + p2 负载压降： 负载流量 总供油量 由 推得： Q1 = Q3 流量特性曲线 的曲线 当pL=0 时，为空载流量 特性曲线 （右图） 1：零开口 2：正开口 QL = f (xv ) pL =常数 实测流 量曲线 压力特性曲线 通常指的是 QL=0 时的曲 线 1：零开口 2：正开口 pL = f (xv )QL =常数 阀芯略微移动，压降就迅速 增加，表明压力增益很高 零开口阀流量内泄特性 在供油压力不变、负载流量为零 的情况下，改变阀芯位移，测得 的供油量： 阀芯在中位时泄漏最大 4.2.3、阀的线性化分析 线性化处理 是一非线性函数。 分析之前先线性化。阀通常在工作点附近 工作，因而线性化所带来的误差一般较 小。 ( , ) L L v Q = f p x 压力－流量特性方程以增量形式 表示的线性化表达式 设某一工作点： 则在该点附近工作时： ( , ) L0 L0 v0 Q = f p x = .... ( , ) ( , ) 0 0 0 0 0 + Δ + Δ + = + Δ + Δ L L L v v L L L L v L L v v P P Q x x Q Q Q f p x f p p x x ∂ ∂ ∂ ∂ L L L v v L L L L P P Q x x Q Q −Q = ΔQ = Δ + Δ 0 0 0 ∂ ∂ ∂ ∂ 忽略高阶项：
上泽成大坐 上浙克1大当 阀的三个重要系数 阀的线性化流量方程 根据上面定义，压力一流量曲线的线性化 (1)流量增益： K,-20 y 方程变为： (2)流量一压力系数： (3)压力增益： AQ=K,Ax,-K△P opL K=0x. 阀系数随工作点而变，通常以零位工作点的 三系数的关系： 数值计算。此时： K K,0最大，对稳定性最不利： K K. K最小，阻尼比最小，对稳定性也最不利。 在零位稳定，在其他工作点肯定稳定。 屏充1大皆 上活文1大修 4.2.4、 零开口四通滑阀的分析 一、压力一流量特性 讨论对象假设：滑阀为理想滑阀 内容： ◆确定稳态工况下 的负载压力一流 Q,=f八p,儿-骑定值 量关系 ◆阀系数的计算 ? 径向问隙为 零（实际为 PL 1~3u) 工作棱边为锐 边(r=0) 上潘元1大孝 则由 上活丝大举 1 Q:=Q;-O:=CA (P.-P)-Cky -(P,+P:) 可得： .=g-0=C4月-p) 当x,>0时 p,+p) Q,=0-0=-c4 当x0时，42=A4=0,即Q2=Q4=0 当x,<0时，A1=A3=0,即Q,=Q3=0 7
7 阀的三个重要系数 （1）流量增益： （2）流量－压力系数： （3）压力增益： v L q x Q K ∂ ∂ = L L c p Q K ∂ ∂ = − v L p x p K ∂ ∂ = v q p K K K = 三系数的关系： 阀的线性化流量方程 根据上面定义，压力－流量曲线的线性化 方程变为： L q v Kc PL ΔQ = K Δx − Δ 阀系数随工作点而变，通常以零位工作点的 数值计算。此时： Kq0最大，对稳定性最不利； Kc0最小，阻尼比最小，对稳定性也最不利。 在零位稳定，在其他工作点肯定稳定。 4.2.4、零开口四通滑阀的分析 内容： 确定稳态工况下 的负载压力－流 量关系 阀系数的计算 ( ) v L L x Q fp = = 确定值 QL pL ? 一、压力－流量特性 讨论对象假设：滑阀为理想滑阀 径向间隙为 零（实际为 1～3μ） 工作棱边为锐 边（r＝0） 当xv>0时，A2＝A4＝0，即Q2＝Q4＝0 当xv 当 时 2 2 1 0 () 0 Q Q CA p p x L d sL v ρ =− + < =－ 当 时 1 1 ( ) v v L d sL v v x x Q CA p p x x ρ = − ( ) ( ) 1 v 2 v 由于 A x = A −x
稳态特性方程 上泽成大坐 上浙克1大当 上面两式相除： 若节流窗口为矩形（包括全周），则A=wx, 其中w为面积梯度(m)。 9 x,PL 则有： x p. 为了能用无因次形式表示，设pL=O和x,=xma时的 可得=f(PL)x花数 最大空载流为： 压力一流量特性曲线，其为 抛物线线族 零开口压力一流量特性曲线 )承文点人岁 阀的三系数 上活文1大修 QL=f(PL)m常数 ◆正常工作区为1.Ⅲ象限 对稳态特性方程求偏微分，可得： ◆因阀的节流口匹配对称，故 影响开 白线对称于原点 ◆当PL印，b的 此时的阀系数为： 矩形锐边节流孔，在层流状态下通 K0=c01 Ps 过该孔的流量可用下式确定： K0=0 后两个系数与实 0= -△p 际试验不符，另 32 K0=0 有实际求法 式中，△p:节流孔两边的压力差 μ：液体的动力粘度 8
8 稳态特性方程 1 ( ) v L dv s L v x Q Cx p p x ω ρ = − max max s L dv p Q Cx ω ρ = 为了能用无因次形式表示，设pL=0和xv＝ xvmax时的 最大空载流为： 若节流窗口为矩形（包括全周），则A1=ωxv， 其中ω为面积梯度（m）。 则有： 上面两式相除： max max 1 L v v L L v vs Q p x x Q x xp = − ⋅ 可得 压力－流量特性曲线，其为 抛物线线族 QL = f ( pL )Xv =常数 零开口压力－流量特性曲线 QL = f ( pL ) Xv =常数 正常工作区为I、III象限 因阀的节流口匹配对称，故 曲线对称于原点 当 pL /ps ≤ 2/3 时，线性度 较好，实际也多工作在此范 围 pL＝常数时，QL与xv成线性 关系（矩形窗口时） 特性曲线表明了什么？ 最大开度下的压力－流量特 性曲线可表示阀的工作能力和 规格。 当负载所需的压力和流量能 够被曲线包围时，阀就能满足 负载的要求 阀的三系数 对稳态特性方程求偏微分，可得： 1 ( ) L q d sL v Q K c pp x ω ρ ∂ == − ∂ 1 ( ) 2( ) dv s L L c L sL cx p p Q K p pp ω ρ − −∂ = = ∂ − q 2( ) s L p c v K p p K K x − 压力增益： = = 流量－压力系数： 流量增益： 影响开 环增益 影响驱动负载 的能力和负载 引起的误差 影响刚 度和阻 尼 零位阀系数 条件： 此时的阀系数为： 0 Qpx L Lv = == 后两个系数与实 际试验不符，另 有实际求法 0 s q d p K c ω ρ = 0 0 Kc = Kp0 = ∞ Kc0和Kp0的实际计算 根据流体力学理论分析，对于无限平 面上高为b、宽为ω，而且ω>>b的 矩形锐边节流孔，在层流状态下通 过该孔的流量可用下式确定： 2 32 b Q p π ω μ = Δ 式中，△p：节流孔两边的压力差 μ：液体的动力粘度
上泽成大坐 可以证明： 上浙克1大当 零位泄漏量 K0= 80. op,o 零位（中位）时，p=p2P,/2,（p=0), 则此时泄漏量为两个节流窗口泄漏量之和： 则零位附近的流量一压力系数和压力增益分别为： rp. Q.-2 8o. π0r2 为阀芯与阀套间的径向间隙。 324 K 32μcaVp,Ip π2 4.2.5、滑阀的功率与效率 上承文点大皆 上活文1大举 伺服系统中，效率是设 一、 产生最大输出功率的条件 总的来说，液 计中考虑的因素之 压驱动系统的 一， 但地位的轻重则 设滑阀输出功率为：N。PQ 功率变化幅度 根据实际系统的情况 比电机驱动系 而有所不同。 其中： O=C0x P:-PL 统的功率变化 譬如，某个伺服系统考虑的因 幅度要大 素依次是： 液压系统中耗 则输出功率： No=P.OL=Picaox, P.-PL ◆满足系统动静态性能 能低效的标志 ◆操作的方便和可靠 ◆节能高效 性元件？ =cj@X Pp.P)-P ◆…… e.v 进一步可写成无量纲 上潘成1大孝 上活丝大举 形式： 令 dNo= =(),1- dpL P.p.P.V P. 得最大输出功率条件为： 2 设 lC甲anva在a PL=3P. P, 此时No=Nomax: 有曲线如图示： 2 P,=- 2 9
9 零位泄漏量 零位（中位）时，p1=p2=ps / 2，（pL=0）， 则此时泄漏量为两个节流窗口泄漏量之和： rc为阀芯与阀套间的径向间隙。 2 32 c c s r Q p πω μ = μ π ω 32 2 0 0 c x s s c r p Q K v = ∂ ∂ = = 2 0 0 0 32 / c d s c q p r c p K K K π μ ρ = = 0 0 0 s L c s L Q Q K p p ∂ ∂ = =− ∂ ∂ 可以证明： 则零位附近的流量－压力系数和压力增益分别为： 4.2.5、滑阀的功率与效率 伺服系统中，效率是设 计中考虑的因素之 一，但地位的轻重则 根据实际系统的情况 而有所不同。 总的来说，液 压驱动系统的 功率变化幅度 比电机驱动系 统的功率变化 幅度要大 液压系统中耗 能低效的标志 性元件？ 譬如，某个伺服系统考虑的因 素依次是： 满足系统动静态性能 操作的方便和可靠 节能高效 ··· ··· 一、产生最大输出功率的条件 设滑阀输出功率为： N0=pLQL s L L dv p p Q cx ω ρ − = 0 ( )1 s L L L Ld v s L L dv s s s p p N pQ pc x p p p cx p p p ω ρ ω ρ − = = = − 则输出功率： 其中： 进一步可写成无量纲 形式： s L L p p p = — 0 ( )1 L L s s s dv s N p p p p p cx p ω ρ = − ⋅ 设 有曲线如图示： 得最大输出功率条件为： 0 0 L dN dp 令 = 2 3 L s p p = 0max max 0 2 2 33 33 s dv s s p N c x p Qp ω ρ = ⋅= 此时N0=N0max ：
上泽成大坐 、 最大输出功率时的滑阀效率4 当p=(2/3)p,时， 效率定义： 受器 Kq=Ca@ (p,-pL)=57.7%K0 采用变量泵油源时， Q-0,最大效率为：7=2g=卫==6.7% P.C.P,3 为使系统K不至于下降太多，P,一般工作 在： 久 什么是 变量泵 油源？ 考虑：流量增益【，下降给系统带来的影响？ 采用定量泵时 )承文点人岁 上活文1大修 4.3、控制阀的结构原理与应用 2 7=g L(p.-) 2 ×57.7%=38% 伺服阀： P.O 将电气信号转换成液压流 量 此时效率较低。若系统工作于 思考：你认为 电液伺服系统的核心元件 P12/3p,工况，效率会更低。 因为 之一，也是区别传动系统 以定量泵作为油源的液压伺服 率较低面被 与伺服系统的标志元件之 系统多见于中小功率系统 舜成1大孝 伺服阀的组成 上活丝大举 4.3.1、电液伺服阀的组成、分 ◆电气放大一机械转换器：力矩马达、力 类及工作原理 一位移转换器 ◆前置液压放大器：滑阀、喷嘴挡板、射 流管 ◆功率级液压器：滑阀 ◆反馈机构：弹簧式、位移式等 电气机械 ⑧ 前置放大 功率放大 转换酈 级 级 反馈机构 10
10 为使系统Kq不至于下降太多，pL一般工作 在： % 0 ( ) 57.7 1 q d s L Kq K = c p − p = ρ ω 2 3 L s p p ≤ 当pL=(2/3)ps时， 考虑：流量增益Kq下降给系统带来的影响？ 二、最大输出功率时的滑阀效率 采用变量泵油源时， Qs=QL，最大效率为： 什么是 变量泵 油源？ 效率定义： 2 66.7% 3 LL L ss s pQ p pQ p η = = == 0 L L i ss N p Q N pQ η = = 采用定量泵时 57.7% 38% 3 2 ) 3 2 ( 1 3 2 = × = ⋅ ⋅ − = = ρ ω ρ ω η s s d vm s d vm s s s s L L p p c x p c x p p p Q p Q 此时效率较低。若系统工作于 pL<2/3ps工况，效率会更低。 以定量泵作为油源的液压伺服 系统多见于中小功率系统 思考：你认为 液压伺服驱动 技术会因为效 率较低而被淘 汰吗？ 4.3、控制阀的结构原理与应用 伺服阀： 将电气信号转换成液压流 量 电液伺服系统的核心元件 之一，也是区别传动系统 与伺服系统的标志元件之 一。 4.3.1、电液伺服阀的组成、分 类及工作原理 伺服阀的组成 电气放大～机械转换器：力矩马达、力 －位移转换器 前置液压放大器：滑阀、喷嘴挡板、射 流管 功率级液压器：滑阀 反馈机构：弹簧式、位移式等 电气机械 转换器 前置放大 级 功率放大 级 反馈机构