教学课件：第二章

第第2 2章章 液压放大元件液压放大元件本章摘要本章摘要 圆柱滑阀结构型式、工作原理、静态特性圆柱滑阀结构型式、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、静态特性射流管阀结构型式、工作原理、静态特性滑阀的受力分析滑阀的受力分析滑阀的输出功率及效率滑阀的输出功率及效率一、按进、出阀的通道数划分一、按进、出阀的通道数划分四通阀四通阀(图图2-1a、b、c、d)三通阀三通阀(图图2-1e)二通阀二通阀(图图2-1f)二、按滑阀的工作边数划分二、按滑阀的工作边数划分四边滑阀四边滑阀(图图2-1a、b、c)双边滑阀双边滑阀(图图2-1d、e)单边滑阀单边滑阀(图图2-1f)三、按阀套窗口的形状划分三、按阀套窗口的形状划分矩形、圆形、三角形等多种矩形、圆形、三角形等多种四、按阀芯的凸肩数目划分四、按阀芯的凸肩数目划分二凸肩、三凸肩、四凸肩二凸肩、三凸肩、四凸肩2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类圆柱滑阀的结构型式及分类 五、按滑阀的预五、按滑阀的预开口型式划分开口型式划分正开口正开口(负重叠负重叠)、零开口零开口(零重叠零重叠)和和负开口负开口(正重叠正重叠)预备知识预备知识:液压桥路液压桥路1 1、液压桥路的基本功能、液压桥路的基本功能 稳态时起位移压差转换器的作用，动态时起转换器与功率放大器的作用。通过液压桥路可在阀芯端面上获得通过液压桥路可在阀芯端面上获得一个可控的液压力，以便更好地控制阀芯一个可控的液压力，以便更好地控制阀芯的运动，获得较好的稳态控制性能。的运动，获得较好的稳态控制性能。2 2、液压全桥、液压全桥负载2 2、液压半桥、液压半桥（1 1）液压半桥的基本类型）液压半桥的基本类型（2 2）液压半桥的压力）液压半桥的压力流量特性曲线流量特性曲线（3 3）液压半桥构成的基本原则）液压半桥构成的基本原则 两个液阻中，至少有一个可变液阻；可变液阻的变化必须受先导输入控制信号的控制；从两个液阻之间引出输出；液压半桥可以是并联的；液压半桥可以是多级的；（一）、滑阀压力（一）、滑阀压力流量方程的一般表达式流量方程的一般表达式2.2 2.2 滑阀静态特性的一般分析滑阀静态特性的一般分析 (1)由桥路的压力平衡可得由桥路的压力平衡可得：p1+p4=psp2+p3=ps p1-p2=pLp3-p4=pL(2)由桥路的流量平衡可得由桥路的流量平衡可得：q1+q2=qs q3+q4=qs q4-q1=qLq2-q3=qL 各桥臂的流量方程：式中节流口液导：特殊条件:四个节流窗口是匹配且对称的。g1(xv)=g3(xv)g2(xv)=g4(xv)g2(xv)=g1(-xv)g4(xv)=g3(-xv)则有：q1=q3 q2=q4 p1=p3 p2=p4 联立解得：由以上公式推得负载流量为：供油流量为：（二）、滑阀的静态特性曲线（二）、滑阀的静态特性曲线(I)阀的流量特性：负载压降pL等于常数时，负载流量与阀芯位移之间的关系。负载压降pL0时的流量特性称为空载流量特性。(II)阀的压力特性：指负载流量qL等于常数时，负载压降与阀芯位移之间的关系。通常所指的压力特性是指负载流量qL0 时的压力特性。(III)阀的压力-流量特性：指阀芯位移一定时，负载流量与负载压降之间的关系。压力流量特性曲线族(见图28)则全面描述了阀的稳态特性。（三）、阀的线性化分析和阀的系数（三）、阀的线性化分析和阀的系数（1）阀的线性化分析阀的压力-流量特性是非线性的。利用线性化理论对系统进行动态分析时，必须将这个方程线性化。利用负载压力流量方程将其在某一特定工作点附近展成台劳级数可得：（2）滑阀的特性系数（阀系数）滑阀的特性系数（阀系数）流量增益流量增益：指负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小。流量流量-压力系数：压力系数：指阀开度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变化大小。压力增益：压力增益：指qL0时阀单位输入位移所引起的负载压力变化的大小。根据：所以有：负载压力流量线性化方程：2.3 2.3 零开口四边滑阀的静态特性零开口四边滑阀的静态特性（一）、理想零开口四边滑阀的静态特性一）、理想零开口四边滑阀的静态特性 1、理想零开口四边滑阀的压力流量方程 阀芯左移：阀芯右移：合并得：归一化处理得：其中：2、理想零开口四边滑阀的阀系数、理想零开口四边滑阀的阀系数流量增益：流量-压力系数：压力增益：理想零开口四边滑阀的零位阀系数理想零开口四边滑阀的零位阀系数流量增益：流量-压力系数：压力增益：（一）、实际零开口四边滑阀的静态特性（一）、实际零开口四边滑阀的静态特性 1、压力特性曲线和泄漏流量曲线2、零位泄漏流量曲线 实际零开口四边滑阀的零位阀系数实际零开口四边滑阀的零位阀系数近似计算：流量增益:流量-压力系数：压力增益：2.4 2.4 正开口四边滑阀的静态特性正开口四边滑阀的静态特性2.4 正开口四边滑阀的特性 1、理想正开口四边滑阀的压力流量方程归一化方程：2.4 正开口四边滑阀的特性 正开口四边滑阀的压力流量曲线2、理想正开口四边滑阀的零位阀系数、理想正开口四边滑阀的零位阀系数流量增益：流量增益：流量流量-压力系数：压力系数：压力增益：压力增益：2.5 2.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性 一、零开口双边滑阀的静态特性一、零开口双边滑阀的静态特性 1、零开口双边滑阀的压力、零开口双边滑阀的压力流量方程流量方程阀芯向下移动阀芯向下移动：阀芯向上移动阀芯向上移动：2.5 双边滑阀的静态特性带差动液压缸的双边滑阀 无因次方程：2、零开口双边滑阀的零位阀系数流量增益：流量-压力系数：压力增益：2、正开口四边滑阀的零位阀系数流量增益：流量-压力系数：压力增益：2.6 滑阀的受力分析 一、作用在滑阀阀芯上的液动力 1、稳态液动力2.6 滑阀的受力分析2 2、零开口四边滑阀稳态液动力、零开口四边滑阀稳态液动力3、正开口四边滑阀稳态液动力、正开口四边滑阀稳态液动力4、瞬态液动力5、零开口四边滑阀瞬态液动力6、正开口四边滑阀瞬态液动力 二、滑阀驱动力 2.7 滑阀的输出功率和效率 一、零开口四边滑阀输出功率2.7 滑阀的输出功率和效率 二、零开口四边滑阀输出效率二、零开口四边滑阀输出效率液压系统的回路效率液压系统的回路效率l(1)定量泵定量泵+溢流阀的节流调速系统的最高工作效溢流阀的节流调速系统的最高工作效率为率为38.5%;(液压伺服控制系统属此类液压伺服控制系统属此类)l(2)由变量泵组成的容积调速系统的最高工作效率由变量泵组成的容积调速系统的最高工作效率为为66.7%;l(3)采用负载敏感或负载感应或二次调节技术的系采用负载敏感或负载感应或二次调节技术的系统的最高工作效率可超过统的最高工作效率可超过66.7%,甚至可高达甚至可高达80%以上以上.2.9 2.9 喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀 一、一、喷嘴挡板阀静态特性喷嘴挡板阀静态特性 结构原理：由流量连续性方程得负载流量：由流量连续性方程得负载流量：压力特性曲线压力特性曲线压力压力流量特流量特性曲线性曲线二、双喷嘴挡板阀静态特性二、双喷嘴挡板阀静态特性 由流量连续性方程：由流量连续性方程：压力压力流量特流量特性曲线性曲线压力特性曲线压力特性曲线三、三、作用在挡板上的液流力作用在挡板上的液流力（一）作用在单喷嘴档板上的液流力：单喷嘴档板所受的液流力：实际上，（xf0-xf）很小，上式括号内的第二项可以忽略，作用在挡板上的液流力近似等于静压力pcAN.三、三、作用在挡板上的液流力作用在挡板上的液流力（一）作用在双喷嘴档板上的液流力：双喷嘴档板所受的液流力：上式第一项是喷嘴孔处的静压力对挡板产生的液压力，第二项近似为液动力。2.10 2.10 射流管阀射流管阀（一）工作原理2.10 2.10 射流管阀射流管阀（二）射流管阀的静态特性1 压力特性 qL=02.10 2.10 射流管阀射流管阀（二）射流管阀的静态特性2 流量特性 pL=02.10 2.10 射流管阀射流管阀（二）射流管阀的静态特性3 压力流量特性 思考题l1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？l2、什么是理想滑阀?什么是实际滑阀？l3、什么是三通阀、四通阀?什么是双边滑阀、四边滑阀?它们之间有什么关系?l4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么?l5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时应如何选定阀的系数？为什么？l6、比较零开口阀与正开口阀、三通阀与四通阀的三个系数有什么异同，为什么?l7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响，为什么要研究实际实际零开口滑阀的泄漏特性?l8、为什么说零开口四边滑阀的性能最好，但最难加工？l9、什么是稳态液动力，什么是瞬态液动力？l10、滑阀流量饱和的含义是什么?它对阀的特性有什么影响？在设计时如何避免？思考题l11、求出零开口双边滑阀的最大功率点和最大功率？l12、如何表示阀的规格？零开口四边滑阀的负载压阵为什么要限制到？l13、喷嘴挡板阀的零位压力为什么取左右，和对其性能有什么影响？l14、射流管阀有哪些特点？射流管阀的工作原理和滑阀、喷嘴挡板阀是是否一样?