1、液压放大元件液压放大元件内容摘要v 圆柱滑阀结构、工作原理、静态特性v 喷嘴挡板阀结构、工作原理、静态特性v 射流管阀结构、工作原理、静态特性概 述v 液压放大元件液压放大元件:机械运动控制流体动力的元件，输入（机机械运动控制流体动力的元件，输入（机 械信号）械信号）输出（液压信号），功率放大，驱动执行元件输出（液压信号），功率放大，驱动执行元件v 单级、多级液压放大器单级、多级液压放大器v 液压放大元件：滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀液压放大元件：滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀v 滑阀和喷嘴挡板阀：节流式；射流管阀：分流式滑阀和喷嘴挡板阀：节流式；射流管阀：分流式v 优点：动态性能好、工作可靠、结构
2、简单、输出功率大优点：动态性能好、工作可靠、结构简单、输出功率大v 发展方向：特性研究、最佳参数设计、最佳工作状态研究、发展方向：特性研究、最佳参数设计、最佳工作状态研究、新颖工作原理、新型放大元件的研制与开发。新颖工作原理、新型放大元件的研制与开发。2.1 圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理一、圆柱滑阀的分类一、圆柱滑阀的分类1、按进、出阀的通道数划分、按进、出阀的通道数划分 四通阀：四通阀：两个控制油口，双作用液压缸或马达两个控制油口，双作用液压缸或马达 三通阀：三通阀：一个控制油口，差动液压缸，需有反向运动的固定偏压一个控制油口，差动液压缸，需有反向运动
3、的固定偏压 二通阀：二通阀：单边阀，一个可变节流口，需和固定节流口配合，差动液压缸单边阀，一个可变节流口，需和固定节流口配合，差动液压缸2、按滑阀的工作边数（、按滑阀的工作边数（有效节流口数有效节流口数）划分）划分 四边滑阀四边滑阀(a,b,ca,b,c)：四个可控节流口，控制性能最好，三个轴向尺寸四个可控节流口，控制性能最好，三个轴向尺寸 双边滑阀双边滑阀(d,ed,e)：两个可控节流口，控制性能居中，一个轴向尺寸两个可控节流口，控制性能居中，一个轴向尺寸 单边滑阀单边滑阀(f f)：一个可控节流口，控制性能最差，没有轴向尺寸一个可控节流口，控制性能最差，没有轴向尺寸 3、按阀套窗口的形状划
4、分、按阀套窗口的形状划分(环形和断续节流窗口环形和断续节流窗口)矩形、圆形、三角形等多种；矩形、圆形、三角形等多种；矩形：矩形：全周、非全周开口，面积与位移成比例，线性流量增益，多使用全周、非全周开口，面积与位移成比例，线性流量增益，多使用 圆形：圆形：工艺性好，增益非线性，使用性能要求不高的场合工艺性好，增益非线性，使用性能要求不高的场合2.1 圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理4、按阀芯的凸肩数目划分、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 二通阀：二通阀：一般两凸肩；一般两凸肩；三通、四通阀：三通、四通阀：两个或以上凸肩。两个
5、或以上凸肩。二凸肩四通阀：二凸肩四通阀：结构简单，长度短，导向性差；凸肩易被卡，不能做成结构简单，长度短，导向性差；凸肩易被卡，不能做成全周开口；阀芯两端全周开口；阀芯两端回油流道流动阻力回油流道流动阻力不同，两端面受液压力不等，处于不同，两端面受液压力不等，处于静不平衡状态；阀芯采用液压或气动操纵有困难。静不平衡状态；阀芯采用液压或气动操纵有困难。三凸肩、四凸肩四通三凸肩、四凸肩四通阀：阀：导向性和密封性好，最常用结构型式。导向性和密封性好，最常用结构型式。2.1 圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理5、按滑阀的预开口型式划分、按滑阀的预开口型式划分 径向间隙
6、为零，节流边锐利的理想滑阀，凸肩与阀套槽宽尺寸关系：径向间隙为零，节流边锐利的理想滑阀，凸肩与阀套槽宽尺寸关系：正开口正开口(负重叠负重叠)、零开口、零开口(零重叠零重叠)和负开口和负开口(正重叠正重叠)径向间隙和工作边圆角，由流量增益曲线确定阀的预开口型式更合理。径向间隙和工作边圆角，由流量增益曲线确定阀的预开口型式更合理。零开口：零开口：线性流量增益，性能好，加工困难线性流量增益，性能好，加工困难负开口：负开口：流量增益具有死区，引起稳态误差，使用少流量增益具有死区，引起稳态误差，使用少正开口：正开口：流量增益变化大，压力灵敏度低，零位泄露量大流量增益变化大，压力灵敏度低，零位泄露量大2.
7、1 圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理二、常用圆柱滑阀的典型结构二、常用圆柱滑阀的典型结构 环形节流窗口阀套和四凸肩阀芯的四边滑阀环形节流窗口阀套和四凸肩阀芯的四边滑阀(a)圆形断续节流窗口阀套和双凸肩阀芯的四边滑阀圆形断续节流窗口阀套和双凸肩阀芯的四边滑阀(b)非圆断续节流窗口阀套和三凸肩阀芯的四边滑阀非圆断续节流窗口阀套和三凸肩阀芯的四边滑阀(c,d)2.1 圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理三、圆柱滑阀的工作原理三、圆柱滑阀的工作原理 单边滑阀的工作原理（单边滑阀的工作原理（a）：）：P1F1=PSF2 双边滑阀的工作原
8、理（双边滑阀的工作原理（b）：）：P1=PS/2，F1=2F2，P1F1=PSF2 四边滑阀的工作原理（四边滑阀的工作原理（c）:2.1 圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理圆柱滑阀的分类、结构型式及工作原理 静态特性：静态特性：稳态、恒压源时的特性，包括：稳态、恒压源时的特性，包括：（1）流量特性：负载压力）流量特性：负载压力pL恒定，恒定，qL与与xV关系关系 （2）压力特性：负载流量）压力特性：负载流量qL=0，pL与与xV关系关系 （2）压力）压力-流量特性：流量特性：pL、qL、xV关系关系 表示了阀的工作能力和性能，即输入与输出量之间的稳态对应表示了阀的工作能力和性能，即输入与输出量
9、之间的稳态对应关系，可用关系，可用方程、曲线、阀系数方程、曲线、阀系数表示。表示。阀系数：阀系数：流量放大系数，压力放大系数，流量流量放大系数，压力放大系数，流量-压力放大系数压力放大系数 静参数：静参数：xVmax，qLmax，ps，Kq，Kp，Kc2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析一、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l 每一桥臂流量每一桥臂流量qi、每一、每一桥臂桥臂压降压降pi、qL、pL、ps、qs l 假设条件：假设条件：（1 1）ps=C，p0=0；（2 2）忽略压力损失；忽略压力损失；（3
10、3）不可压缩；不可压缩；（4 4）Cd1=Cd2=Cd3=Cd4=Cd2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析根据桥路的压力平衡可得：根据桥路的压力平衡可得：p1+p4=psp2+p3=ps p1-p2=pLp3-p4=pL根据桥路的流量平衡可得：根据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：各桥臂的流量方程：111pgq 222pgq 333pgq 444pgq 2idiACg 式中节流口液导：式中节流口液导：2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析消去中间变量消去中间变量pi、qi，得负载流量得负载流量qL、负
11、载压力、负载压力pL和阀芯位移和阀芯位移xV之间之间的关系：的关系：,LvLqf xp2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析阀口对称、匹配条件：阀口对称、匹配条件：g1(xv)=g3(xv)g2(xv)=g4(xv)g2(xv)=g1(-xv)g4(xv)=g3(-xv)则有：则有：q1=q3 q2=q4 p1=p3 p2=p4 联立解得：联立解得：12sLppp22sLppp多作为电液伺服阀前置液压放大级。棱边均严格保持锐边，lj/dj3,属于短孔兼有长孔的成分,进入孔口渐缩、脱离孔壁后在孔内渐扩，贴附孔壁。用于小功率系统和两级放大器的第一级（前级）其他参数设计，一般通过经验公式和
12、设计手册，结合工程实际确定。结构简单、加工容易、运动部件质量小、对油液污染不敏感结构组成：固定节流孔、喷嘴前腔、喷嘴、挡板。Kc0最小，阻尼系数最小，不易稳定10、滑阀流量饱和的含义是什么?它对阀的特性有什么影响？如何避免？2、无因次压力-流量特性曲线液动力方向与阀腔内液体的加速度方向相反。射流管阀相频宽可超过100Hz，高的达200Hz。实际零开口四边滑阀的压力增益：L1-L2=L 称阻尼长度,其值为正时，使瞬态液动力起阻尼力作用。一、零开口四边滑阀输出功率而变，而且随 而变。2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析由以上公式推得负载流量为：由以上公式推得负载流量为：2122sLsL
13、Lppppqgg2111()()LdsLdsLqC AppC App2122sLsLsppppqgg2111()()sdsLdsLqC AppC App供油流量为：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 I）阀的流量特性：阀的流量特性：负载压降等于常数时，负载压降等于常数时，负载流量与阀芯位移负载流量与阀芯位移 之间的关系。之间的关系。负载压降负载压降pL0时的时的 流量特性称为空载流流量特性称为空载流 量特性。量特性。2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析(II)(II)阀的压力特性：阀的压力特性：负载流量等于常数负载流量等于常数时，负载压降与阀芯时，负载压降
14、与阀芯位移之间的关系。位移之间的关系。通常所指的压力特性通常所指的压力特性是指负载流量是指负载流量qL0 时的压力特性。时的压力特性。2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析(III)(III)阀阀的压力的压力-流量特性：流量特性：阀芯位移一定时，负载流量阀芯位移一定时，负载流量与负载压降之间的关系。与负载压降之间的关系。压力压力-流量特性曲线族则全面流量特性曲线族则全面描述了阀的稳态特性。描述了阀的稳态特性。当负载所需的压力和流量能当负载所需的压力和流量能够被阀的最大位移时的压力够被阀的最大位移时的压力-流量曲线包围时，阀能满足流量曲线
15、包围时，阀能满足负载要求。负载要求。2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析LALLvAvLLALppqxxqqqLALLvAvLLLALppqxxqqqq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 1）阀的线性化分析）阀的线性化分析阀的压力阀的压力-流量特性是非线性的。利用线件化理论对系统流量特性是非线性的。利用线件化理论对系统进行动态分析时，必须将方程进行动态分析时，必须将方程 线性化。线性化。将负载压力将负载压力-流量方程在某一特定工作点附近展成台劳流量方程在某一特定工作点附近展成台劳级数，得：级数，得：,LvLqf xp2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性
16、一般分析 （2 2）滑阀的特性系数）滑阀的特性系数 流量增益：流量增益：指负载压降一定时，阀单位输入指负载压降一定时，阀单位输入 位移所引起的负载流量变化的大小。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。引起的负载流量变化大小。压力增益压力增益：指指qL0时阀单位输入位移所引起的时阀单位输入位移所引起的 负载压力变化的大小。负载压力变化的大小。vLqxqKLLcpqKvLpxpK2.2 滑阀静态特性一般分析滑阀静态特性一般分析根据：根据：所以有：所以有：负载压力流量线性化方程：负载压力流量线
17、性化方程：LvLLLvvLLLqxqqpxxqqp cqpKKKLcvqLpKxKq结论结论:（1）阀系数是描述和确定系统稳定性响应特性和稳态误差的重要参数。）阀系数是描述和确定系统稳定性响应特性和稳态误差的重要参数。（2）流量增益影响系统的开环增益，流量）流量增益影响系统的开环增益，流量-压力系数影响阻尼比和速度刚压力系数影响阻尼比和速度刚 度。压力增益表示启动大惯量或大摩擦力负载能力。随工作点而变。度。压力增益表示启动大惯量或大摩擦力负载能力。随工作点而变。（3）最重要工作点：原点）最重要工作点：原点 ，流量增益最大，开环增益最，流量增益最大，开环增益最 高；流量高；流量-压力系数最小，阻
18、尼比最低。该点稳定，其它点均能稳定。压力系数最小，阻尼比最低。该点稳定，其它点均能稳定。0LLvpqx2.3 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 径向间隙为零、工作边锐利。径向间隙为零、工作边锐利。假设假设（1）不可压缩；不可压缩；（2）供油供油ps恒定；恒定；（3）窗口理想对称、匹配，无泄漏；窗口理想对称、匹配，无泄漏；（4）Cd为常数；为常数；（5）仅在窗口仅在窗口处产生压力损失。处产生压力损失。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1、理想零开口四边滑阀的压力、理想零开口四边滑阀的压力-流量方
19、程流量方程 阀芯处于中位时，四个控制节流口均关闭。阀芯处于中位时，四个控制节流口均关闭。（1 1）阀芯左移（）阀芯左移（x xv v0)0)：A A1 1=A=A3 3=0=0，g g1 1=g=g3 3=0=0 221()2sLLdsLppqgC App（2 2）阀芯右移（）阀芯右移（x xv v0)0)：A A2 2=A=A4 4=0=0，g g2 2=g=g4 4=0=0 111()2sLLdslppqgC App 负号表示负载流量反向。负号表示负载流量反向。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（3 3）合并：）合并：匹配且对称匹配且对称 A A2 2(x(xv v)
20、=A)=A1 1(-x(-xv v),),在两方向上合并在两方向上合并若为矩形口若为矩形口:A A2 2=AX=AXV V x xv v0 0，SignxSignxv v=1=1；x xv v=0 0，SignxSignxv v=0=0；x xv v 0 0，SignxSignxv v=-1=-121()vvLdsLvvxxqCAppxx1()vLdvsLvxqC Wxppx引入符号函数引入符号函数:SignumSignum 1sgnLdvsvLqC Wxpxp根据桥路的压力平衡可得：p1+p4=psp2+p3=ps p1-p2=pLp3-p4=pL当a=1时，零位泄漏流量为其作用与阀的对中弹
21、簧作用相似，是由液流引起的一种弹簧力。阀在最大输出功率时的系统最高效率为阀的压力-流量特性是非线性的。即实验表明，对于D/DN1.7 滑阀的输出功率和效率3 零开口四边滑阀的静态特性压力增益压力-流量曲线的原点是阀最重要的工作点。由此，双喷嘴档板阀的零位流量增益（放大系数）为2 滑阀静态特性一般分析二通阀：单边阀，一个可变节流口，需和固定节流口配合，差动液压缸Kf-稳态液动力刚度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（4 4）归一化处理）归一化处理（无量纲化）（无量纲化）1vvLLvxqxpxvvvmxxxLLsppp0LLmqqq01mdvmsqC Wxp令：令：其中，其中
22、，理想零开口四边滑阀的压力理想零开口四边滑阀的压力-流量特性方程的流量特性方程的无因次形式：无因次形式：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（5 5）无因次压力）无因次压力-流量曲线流量曲线窗口匹配对称，曲线对称与原窗口匹配对称，曲线对称与原点，点，、马达工况区马达工况区，、泵工况区泵工况区。压力压力-流量特性是流量特性是阀的稳态性阀的稳态性能能的完全描述。的完全描述。由压力由压力-流量特性曲线可以获流量特性曲线可以获得阀的得阀的全部静态性能参数全部静态性能参数压力压力-流量特性又称流量特性又称综合静态综合静态特性。特性。2.3 零开口四边滑阀的静态特性零开口四边滑阀的静态
23、特性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 （1 1）流量增益）流量增益（流量放大系数）（流量放大系数）1()LqdsLvqKC Wppx（2 2）流量）流量-压力放大系数压力放大系数1()2()dvsLLcLsLC WxppqKppp（3 3）压力增益）压力增益（压力放大系数）（压力放大系数）2()LsLpvvpppKxx2.3 零开口四边滑阀的静态特性零开口四边滑阀的静态特性0qdsKC Wp（零位阀系数）（零位阀系数）零位流量放大系数零位流量放大系数零位流量零位流量-压力放大系数压力放大系数00cK零位压力放大系数零位压力放大系数0pK 阀静态放大系数阀静态放大系数K
24、 Kq q、K Kc c、K KP P随阀工作点随阀工作点而变。压力而变。压力-流量曲线的流量曲线的原点原点是阀最是阀最重要重要的工作点。的工作点。K Kq0q0最大最大，系统开环放大系数，系统开环放大系数最高最高。K Kc0c0最小最小，阻尼系数，阻尼系数最小最小，不易稳定不易稳定原点原点处的静态放大系数称零位静态放处的静态放大系数称零位静态放大系数（大系数（零位阀系数零位阀系数）。）。K Kq0q0直接影响系统的稳定性。直接影响系统的稳定性。K Kq0q0取决于取决于P Ps s和和W W。P Ps s一定时，唯一取一定时，唯一取决于决于W W，W W是阀最重要的参数。是阀最重要的参数。2
25、.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二、实际零开口四边滑阀的静态特性二、实际零开口四边滑阀的静态特性 径向间隙、正负重叠量、工作边存在小圆角、钝角，中位存在径向间隙、正负重叠量、工作边存在小圆角、钝角，中位存在泄漏。泄漏。具有具有匹配对称匹配对称控制窗口的实际零开口滑阀和液压桥路。当阀控制窗口的实际零开口滑阀和液压桥路。当阀芯有一位移芯有一位移xv时，各窗口处油液流动方向时，各窗口处油液流动方向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1、实际零开口四边滑阀的压力、实际零开口四边滑阀的压力-流量方程流量方程 （1 1）两个阀腔的连续性方程）两个阀腔的连续性方程1
26、4fQQQ32fQQQ其中：其中：1112()dsQC App2222()dsQC App3322dQC Ap4412dQC Ap由匹配对称：由匹配对称：A A1 1=A=A3 3，A A2 2=A=A4 4，又又 Q Q1 1=Q=Q3 3，Q Q2 2=Q=Q4 4 因此，有因此，有 1()2sfppp2()2sfppp2.3 零开口四边滑阀的静态特性零开口四边滑阀的静态特性（2 2）实际零开口滑阀的压力）实际零开口滑阀的压力-流量特性方程流量特性方程1211()()fdsfdsfQC AppC App油源对滑阀的总供油量：油源对滑阀的总供油量：1234sQQQQQ实际零开口滑阀的供油量方
27、程：实际零开口滑阀的供油量方程：1211()()dsfdsfQC AppC Apps对比：对比：2111()()LdsLdsLqC AppC App2111()()sdsLdsLqC AppC App2.3 零开口四边滑阀的静态特性零开口四边滑阀的静态特性可得：可得：121122fddfsfsfQC AC Appppp 可见：可见：121122ddsssfsfC AC AQpppppfscsfQQKpp sLcsLqqKpp 上述结果对任何一个匹配和对称的滑阀都成立上述结果对任何一个匹配和对称的滑阀都成立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2、实际零开口四边滑阀的静态特性、
28、实际零开口四边滑阀的静态特性 实际滑阀中位特性可由实际滑阀中位特性可由实验实验确定，确定，假设：假设：窗口匹配对称，关闭负载通道窗口匹配对称，关闭负载通道(qL L=0=0),),负载负载通道和供油口接通道和供油口接压力表压力表，回油接，回油接流量计流量计。（1 1）压力特性曲线）压力特性曲线在供油压力在供油压力ps一定时，改变阀芯位移一定时，改变阀芯位移xv，测出负载压力测出负载压力pL。作出压力特性曲线。作出压力特性曲线。原点处的斜率就是零位压力增益。原点处的斜率就是零位压力增益。微小的阀芯位移微小的阀芯位移xv，负载压力，负载压力pL很快增加很快增加到供油压力。阀的零压力增益很高。到供油
29、压力。阀的零压力增益很高。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（2 2）泄漏流量曲线）泄漏流量曲线在供油压力在供油压力ps一定时，改变阀芯位移一定时，改变阀芯位移xv，测出泄漏流量测出泄漏流量ql。作出泄漏流量曲线。作出泄漏流量曲线。阀芯中位时泄漏量阀芯中位时泄漏量qc最大。密封长度最短最大。密封长度最短随阀芯位移随阀芯位移xv增加，回油密封长度增大，增加，回油密封长度增大，泄漏流量急剧减小。泄漏流量急剧减小。泄漏流量曲线可用来度量阀芯中位时的液泄漏流量曲线可用来度量阀芯中位时的液压功率损失。压功率损失。（3 3）中位泄漏流量曲线）中位泄漏流量曲线阀芯调整到中位，满足阀芯调
30、整到中位，满足x xV V=q qL L=p pL L=0=0，改变供油压力，改变供油压力ps ，测中位泄漏流量，测中位泄漏流量qc。由由q qL L=0=0，qc即为油源对阀的供油量即为油源对阀的供油量qs，由此得中位泄露流量曲线由此得中位泄露流量曲线。7 滑阀的输出功率和效率L1-L2=L 称阻尼长度,其值为正时，使瞬态液动力起阻尼力作用。是四通阀，可控制双作用液压缸阀芯操纵力一般大大超过阀芯总轴向力，以切除可能滞留在控制窗口处的脏物颗粒。由此，作用在挡板上的液流作用力为单边滑阀(f)：一个可控节流口，控制性能最差，没有轴向尺寸由压力-流量特性曲线可以获得阀的全部静态性能参数2 滑阀静态特
31、性一般分析四个节流窗口同时起作用零位压力放大系数（1）两个阀腔的连续性方程当 即取a=1,作出单喷嘴挡板阀的压力特性曲线。喷嘴孔断面上的流速为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（3 3）中位泄漏流量曲线）中位泄漏流量曲线可用来判断阀的加工配合质量可用来判断阀的加工配合质量确定阀的零位流量确定阀的零位流量-压力系数压力系数sLcsLqqKpp 由由 可知：可知：特定供油压力下的中位泄漏流量曲特定供油压力下的中位泄漏流量曲线的斜率即位阀在该供油压力下的线的斜率即位阀在该供油压力下的零位流量零位流量-压力系数。压力系数。对新阀：中位泄漏流量小，线性规律，流动层流型。对新阀：中位
32、泄漏流量小，线性规律，流动层流型。磨损阀：中位泄漏流量大，呈抛物线规律，阀口被冲蚀，流动紊流型。磨损阀：中位泄漏流量大，呈抛物线规律，阀口被冲蚀，流动紊流型。但曲线斜率增加不大，流量但曲线斜率增加不大，流量-压力系数变化不大，仍可按新阀来计算。压力系数变化不大，仍可按新阀来计算。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3、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 20032vcccccxsssqqqr WKppp层流状态下液体流经锐边小缝隙的流量：层流状态下液体流经锐边小缝隙的流量：232cr Wqp层流状态下零位泄漏流量：层流状态下零位泄漏流量：232c
33、cssr Wqqp实际零开口四边滑阀的零位流量实际零开口四边滑阀的零位流量-压力系数：压力系数：实际零开口四边滑阀的压力增益：实际零开口四边滑阀的压力增益：002032qdspccKCpKKr2.4 正开口四边滑阀的静态特性正开口四边滑阀的静态特性1、理想正开口四边滑阀的压力、理想正开口四边滑阀的压力-流量方程流量方程 l 中位时，四个窗口均有相同的正开口量中位时，四个窗口均有相同的正开口量U，且规定，且规定|xV|U。l 匹配对称，且阀芯按图示方向有一位移匹配对称，且阀芯按图示方向有一位移xV，则有，则有 A1=A3=W(U-xV)，A2=A4=W(U+xV)2.4 正开口四边滑阀的静态特性
34、正开口四边滑阀的静态特性2111()()LdsLdsLqC AppC App由式：由式：可得，理想正开口四边滑阀的压力可得，理想正开口四边滑阀的压力流量方程：流量方程：vv11()()()()LdsLdsLqC W UxppC W Uxpp归一化处理（无因次压力归一化处理（无因次压力-流量方程）：流量方程）：vv(1)(1)(1)(1+)LLLssdsqxpxpUpUpC WUp(1)1(1)1vvLLLqxpxp2.4 正开口四边滑阀的静态特性正开口四边滑阀的静态特性线性度比零开口四边滑阀好。线性度比零开口四边滑阀好。四个桥臂高度对称，是比较理想四个桥臂高度对称，是比较理想的线性元件。的线性
35、元件。在正开口区域以外，同一时刻只在正开口区域以外，同一时刻只有两个节流控制窗口起作用。其有两个节流控制窗口起作用。其压力压力-流量特性与零开口阀一样。流量特性与零开口阀一样。2、无因次压力、无因次压力-流量特性曲线流量特性曲线 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3、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vv11()()()()LdsLdsLqC W UxppC W Uxpp由式由式：微分，并令微分，并令 0LLvqpx则有则有 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 02qdsKC Wp0dscsC WUpKps02ppK
36、UuK Kq0q0是理想零开口四是理想零开口四边滑阀的边滑阀的2 2倍，因为倍，因为负载流量受负载流量受两个两个节节流窗口控制，且差流窗口控制，且差动变化。节流窗口动变化。节流窗口总面积变化总面积变化2Wx2WxV V。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u因此，因此，正开口四边滑阀能提高正开口四边滑阀能提高零位流量增益零位流量增益并改善并改善压力压力-流量曲流量曲线线性度线线性度。uK Kc0c0取决于面积梯度，取决于面积梯度，K Kp0p0与面积梯度无关。在零位附近，实际零开与面积梯度无关。在零位附近，实际零开口阀类似于正开口阀。口阀类似于正开口阀。u正开口四边滑阀的零
37、位泄漏量应是窗口正开口四边滑阀的零位泄漏量应是窗口3 3、4 4泄泄漏漏量之和，即量之和，即 （此时，每个窗口面积（此时，每个窗口面积WUWU，每个控制窗口前后压差，每个控制窗口前后压差p ps s/2/2）u零位泄零位泄漏漏量大，不适合功率较大场合应用。量大，不适合功率较大场合应用。u用零位泄用零位泄漏漏量表示的量表示的K Kq0q0和和K Kc0c0：2cdsqC WUp0cqqKU02ccsqKp2.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性双边滑阀用来控制差动液压缸。双边滑阀用来控制差动液压缸。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
38、阀的压力-流量方程流量方程 l U=0：零开口双边滑阀：零开口双边滑阀。l 阀芯偏离零位时，只有一个节流阀芯偏离零位时，只有一个节流 窗口，另一个关闭。窗口，另一个关闭。因此，压力因此，压力-流量方程：流量方程：阀芯下移阀芯下移（x xV V0 0）：122()()LdscdvscqC AppC Wxpp2.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性阀芯上移阀芯上移（x xV V0 0）：222LdcdvcqC ApC Wxp 归一化处理（无因次压力归一化处理（无因次压力-流量方程）：流量方程）：x xV V0 0：1vLcqxpx xV V0 0：vLcqxpl 无因次压力无因次压力-流量曲线
39、与零开口四流量曲线与零开口四边滑阀一样，只是坐标轴加以改变。边滑阀一样，只是坐标轴加以改变。l 双边滑阀的零位工作点：双边滑阀的零位工作点：x xV V=q=qL L=0=0和和p pc0c0=p=ps s/2/2。曲线对称于该点。曲线对称于该点。2.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性l 为使阀在零位点工作，液压缸两腔活塞面积应满足：为使阀在零位点工作，液压缸两腔活塞面积应满足：p pc0c0=p=ps s/2/2l 因此，在没有外负载力作用时，只要使活塞面积满足：因此，在没有外负载力作用时，只要使活塞面积满足：A Ah h=2A=2Ar rl 若有单向恒定外负载力时，活塞面积应满足：若
40、有单向恒定外负载力时，活塞面积应满足：A Ar r/A/Ah h=1/2=1/2FL/p/ps sA Ah h2、零开口双边滑阀的零位阀系数、零开口双边滑阀的零位阀系数 在零位工作点对压力在零位工作点对压力-流量方程求偏导，可得流量方程求偏导，可得流量增益流量增益 流量流量-压力系数压力系数 压力增益压力增益 00LsqdvqpKC Wx0000vsdvLcLsxpC WxqKpp 000vcspvvxppKxxu与零开口四边滑阀相比，与零开口四边滑阀相比，K Kq0q0是一样的，是一样的，K Kp0p0为其为其一半。一半。2.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性二、正开口双边滑阀的静态特
41、性二、正开口双边滑阀的静态特性1、正开口双边滑阀的压力、正开口双边滑阀的压力-流量方程流量方程 U0：正开口双边滑阀正开口双边滑阀 流过节流窗口流过节流窗口1 1、2 2的流量：的流量：12()()dvscqC W Uxpp22()dvcqC W Uxp因此，压力因此，压力-流量方程为：流量方程为：结构组成：固定节流孔、喷嘴前腔、喷嘴、挡板。三、双喷嘴-挡板阀的静态特性Kq0最大，系统开环放大系数最高。（5）无因次压力-流量曲线由此，双喷嘴档板阀的零位流量增益（放大系数）为2 滑阀静态特性一般分析要求左右两边元件有几何、液压的对称性，装配时一般对喷嘴和固定节流孔进行选择配对。3 零开口四边滑阀
42、的静态特性总的稳态液动力等于每个窗口产生的液动力之和，即设回油压力p0=0，且阀具有几何对称和液压对称性，则有零开口四边滑阀的瞬态液动力：系统的稳定性、响应速度和精度等指标比效率更重要。液压放大元件:机械运动控制流体动力的元件，输入（机压力-流量特性曲线族则全面有两个串联的阀口同时起作用2.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性1222()()()LdvscdvcqqqC W UxppC W Uxp归一化处理（无因次压力归一化处理（无因次压力-流量方程）：流量方程）：(1)1(1)Lvcvcqxpxpl 无因次压力无因次压力-流量曲线与正开口四边流量曲线与正开口四边滑阀一样，只是坐标要加以改
43、变：滑阀一样，只是坐标要加以改变：p pL/L/p ps s=-1=-1 改为改为 p pc c/p/ps s=0,p=0,pL L/p/ps s=0=0 改为改为p pc c/p/ps s=0.5,p=0.5,pL L/p/ps s=1=1改为改为p pc c/p/ps s=1=1，纵坐，纵坐标乘以标乘以 。122.5 双边滑阀的静态特性双边滑阀的静态特性2、正开口双边滑阀的零位阀系数、正开口双边滑阀的零位阀系数 在零位工作点对压力在零位工作点对压力-流量方程求偏导，可得流量方程求偏导，可得流量增益流量增益 流量流量-压力系数压力系数 压力增益压力增益 u与正开口四边滑阀相比，与正开口四边滑
44、阀相比，K Kq0q0是一样的，是一样的，K Kp0p0为其为其一半。因为四边滑阀有一半。因为四边滑阀有两个控制通道，双边滑两个控制通道，双边滑阀只有一个。阀只有一个。002LsqdvqpKC Wx002sdLccspC WUqKpp 00cspvppKxU零位泄漏流量为零位泄漏流量为 cdsqC WUp2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析 操纵阀芯需克服的各种阻力，包括：操纵阀芯需克服的各种阻力，包括：固体摩擦力、液动力、惯性力、粘性摩擦力、弹性力、外负载力等固体摩擦力、液动力、惯性力、粘性摩擦力、弹性力、外负载力等 运动阻力大小是设计滑阀操纵元件的主要依据运动阻力大小是设计滑阀操纵元件的主要依
45、据一、作用在滑阀阀芯上的液动力一、作用在滑阀阀芯上的液动力 液流流经滑阀时，液流速度液流流经滑阀时，液流速度大小、方向大小、方向发生变化，动量发生变化，产发生变化，动量发生变化，产生液动力：稳态液动力、瞬态液动力。生液动力：稳态液动力、瞬态液动力。（1）稳态液动力：）稳态液动力：液流速度液流速度大小、方向大小、方向沿沿流道流道变化，液动力轴向分量与变化，液动力轴向分量与滑阀开口量成比例，称液压弹簧，方向总是指向使阀芯关闭的方向。滑阀开口量成比例，称液压弹簧，方向总是指向使阀芯关闭的方向。（2）瞬态液动力：）瞬态液动力：液流速度液流速度大小、方向大小、方向随随时间时间变化，液动力轴向分量与变化，
46、液动力轴向分量与滑阀开口量的变化率成比例，称阻尼力，其方向：滑阀开口量的变化率成比例，称阻尼力，其方向：若液流未经节流进入阀腔，液动力使阀芯关闭，起稳定作用；若液流未经节流进入阀腔，液动力使阀芯关闭，起稳定作用；若液流经节流流出阀腔，液动力推开阀芯开启，产生不稳定作用力。若液流经节流流出阀腔，液动力推开阀芯开启，产生不稳定作用力。2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析1、稳态液动力、稳态液动力 在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用用力。在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用用力。稳态轴向液动力大小为（动量定理）：稳态轴向液动力大小为（动量定理）：1cossFFqv阀口射流最
47、小断面处流速：阀口射流最小断面处流速：2vvCp理想矩形窗口流量：理想矩形窗口流量：2dvqC Wxp因此，稳态液动力为：因此，稳态液动力为：2cossvdvfvFC C WxpK x对于理想滑阀，稳态液动力为：对于理想滑阀，稳态液动力为：0.43svfvFWxpK xu对于滑阀，稳态液动力方向总是对于滑阀，稳态液动力方向总是指向使阀口关闭的方向指向使阀口关闭的方向。其作用。其作用与阀的与阀的对中弹簧对中弹簧作用相似，是由液流引起的一种弹簧力。作用相似，是由液流引起的一种弹簧力。u实际上，液动力实际上，液动力受径向间隙和工作边圆角受径向间隙和工作边圆角的影响，使阀口过流断的影响，使阀口过流断面
48、增大，射流角减小，使液动力增大，稳态液动力与阀开口量呈面增大，射流角减小，使液动力增大，稳态液动力与阀开口量呈非线性非线性。2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析（1）零开口四边滑阀的稳态液动力）零开口四边滑阀的稳态液动力 u有两个串联的阀口同时起作用有两个串联的阀口同时起作用u每个阀口的压降：每个阀口的压降：u总的稳态液动力总的稳态液动力 稳态液动力刚度：稳态液动力刚度：空载时达到最大，即空载时达到最大，即u仅负载压力仅负载压力P PL L=C=C时，与时，与x xV V成比例。成比例。P PL L当变化时，呈非线性。当变化时，呈非线性。2sLppp 0.43()s
49、sLvfvFW pp xK x0.43()fsLKW pp000.43ssvfvFWp xKx2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析（2）正开口四边滑阀的稳态液动力）正开口四边滑阀的稳态液动力 u四个节流窗口同时起作用四个节流窗口同时起作用u总的稳态液动力等于每个窗口产生的液动力之和，即总的稳态液动力等于每个窗口产生的液动力之和，即 由匹配和对称：由匹配和对称：A1=A3=W(U-xV)，A2=A4=W(U+xV)由此，稳态液动力：由此，稳态液动力：空载时达到最大，即空载时达到最大，即u正开口的空载稳态液动力是零开口的正开口的空载稳态液动力是零开口的2 2倍倍41221 1310.43()()sss
50、FA ppA pApA pp00.86()ssvLFW p xp U00.86ssvFWp x2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析2、瞬态液动力、瞬态液动力 阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，导致阀腔内液流速度随时阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，导致阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。瞬态液动力大小为：瞬态液动力大小为：液体不可压缩：液体不可压缩：理想矩形窗口流量：理想矩形窗口流量：2dvqC Wxp()td mvFdttvdvdvdqFmLALdtdtdt2.6 滑阀受力分析滑阀受力分析因此，瞬态液动力：因此，瞬态液动力：2
