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第2章 液压控制阀 2液压控制阀 前言 本章主要介绍了液压控制阀的结构、分类，液压控制阀的分析，给出了各类阀的稳态特性方程、阀系数、液动力的计算等。本章是后续各章节的基础，要求全面掌握各类阀的分析，熟悉阀系数、稳态液动力、瞬态液动力等的计算。 2.1 液压控制阀概述 液压控制阀是重要的控制元件。利用节流原理，根据输入信号对液体流量或压力进行控制。系统中，它是机-液能量转换装置。 输入的机械功率远小于输出的液压功率。因此液压控制阀又可称为功率放大器、液压功率放大元件。液压放大元件也是控制液体流量大小及方向的控制元件，通常称为(液压)阀，如：滑阀、挡板阀等。 2.1.1 液压控制阀的结构分类 常用的液压控制阀可分为： 圆柱滑阀式 喷嘴挡板式 射流管式 为了控制的需要，可以进行组合。如喷嘴挡板与圆柱滑阀组成的两级电液伺服控制阀 一、圆柱滑阀 各类圆柱滑阀结构形式 按滑阀的工作边数分 四边滑阀：控制性能最好，需保证3个轴向配合尺寸 双边滑阀：需保证1个轴向配合尺寸 单边滑阀：控制性能最差，无需保证轴向配合尺寸 滑阀的不同开口型式 根据阀芯台肩和阀套槽宽的不同组合： 图2.3 不同开口形式的流量增益 二、喷嘴挡板阀 喷嘴挡板阀 单喷嘴挡板阀 双喷嘴挡板阀 双喷嘴挡板阀 双喷嘴挡板阀是四通阀，控制双作用液压缸 与圆柱形滑阀相比，突出优点是抗污染能力强，不需要严格的制造公差，惯量小，响应快。 缺点是零位泄漏大，功率小，常用于小功率液压控制系统中，通常用于多级伺服阀的前置级。 三、射流管阀 结构如右图 优点是结构简单，加工精度低，抗污染能力强 缺点是零位泄漏大，响应速度低，工作性能差。因此使用受到限制。 可作为电液伺服阀的前置级。 2.1.2 液压控制阀的定义和作用 定义：液压控制阀，是输入量是机械量，输出与输入量成正比的流量或压力元件。 作用： 能量转换器 功率放大器 控制器 液压控制阀性能直接影响液压控制系统的性能。 2.2 零开口四通阀的分析 零开口四通阀具有良好的线性流量特性，因此在液压控制系统中较为常见。 零开口四通阀作为重点进行分析，以确定液压控制阀的一般特性：阀的稳态特性(流量压力特性)、阀系数等。 稳态特性是在稳态情况下负载流量 、负载压力 和阀芯位移 间的数学关系。这描述了控制阀本身的工作能力和工作性能。 静态特性曲线和阀的系数可从实际的阀得出，许多结构的阀也可用解析法推导出压力流量方程 零开口四通滑阀的桥式液路 2.2.1 零开口四通滑阀的假设条件 阀是理想的阀 节流边为绝对锐边，无径向间隙，无泄漏。 节流口对称： 节流口匹配：A1=A3，A2=A4； 各节流口流量系数相等。 流体是理想的流体 液体是不可压缩的。即弹性模量无穷大； 流体运动粘度为0 稳态情况时，液体密度变化很小，可忽略不计。 能源压力是理想的压力 液压能源是理想的恒压源。供油压力为常数，回油压力为零，或将供油压力看成是二者之差 2.2.2 零开口四通滑阀的流量-压力特性方程 当阀芯位移xv0时，节流口1、3处的流量 ： 式中，A=wxv ，w为滑阀节流窗口面积梯度。 由假设知，在理想状态下，由于匹配，Q1=Q3，p0=0。取QL为流入及流出负载的负载流量，则QL=Q1= Q3。 接前： 定义负载压降为： 则有： ， 又因为： QL=Q1= Q3 流量-压力特性方程 当阀芯位移xv0时，可同理推出： 两方程合二为一，得理想零开口四通阀流量-压力特性方程： 2.2.3 零开口四通阀无量纲Q-P特性方程 将式 进行无因次化，即两边同除以最大空载流量方程, 得零开口四通阀无量纲流量-压力特性方程： 式中， 2.2.4 流量-压力特性曲线 流量-压力曲线： 范围内， Q-p特性曲线线性度最好。而总体上Q-p特性是非线性的，因此在使用线性控制理论进行动态分析前，必须进行线性化。 流量-压力特性曲线实质 指阀芯位移一定时，负载流量与负载压降之间的关系。 压力-流量特性曲线全面描述了阀的稳态特性。最大位移下的压力-流量特性曲线表示阀的工作能力和规格。当负载所需要的压力和流量能被阀在最大位移时的压力-流量曲线包围时，阀就能满足负载的要求。 2.2.5 Q-p特性方程线性化 定义阀的三个系数： 流量增益： 表示负载压力不变时，负载流量对阀芯位移的变化率。直接影响系统的开环增益；其值越大，阀对负载流量的控制就越灵敏。 流量-压力系数 压力-流量曲线的切线斜率冠以负号。影响系统阻尼比和速度刚度。表示阀芯位移不变时，负载