電液氣控制工程

1、電液氣控制工程 2.2 2.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析滑閥靜態(tài)特性的一般分析 (,)LLV LL v qf q p x p x 滑閥的，是指穩(wěn)態(tài) 情況下，閥的負載流量 、負載壓力 和滑閥 芯位移 三者之間的關系： 它表示滑閥的工作能力和性能，對液壓伺服系統(tǒng) 的靜、動 靜態(tài)特性即壓 態(tài)特性計算具 力流量特性 有重要意義 電液氣控制工程 0,0, (1,2,3,4) (1,2,3,4) L L s i si pp p p p qq q q 圖中，其中 為供油壓力為負載壓降， 為通過每一閥肩的壓降 為供油流量， 為 四邊滑閥及其等效的液壓橋路如下圖 為油液壓力為油液 負載流量，為 通過每一閥 流量

2、肩的流量 一、壓力流量方程的一般表達式一、壓力流量方程的一般表達式 電液氣控制工程 電液氣控制工程 n假設： 1）供油壓力ps為常數(shù)，回油壓力p0=0 2）忽略管道和閥腔內(nèi)的壓力損失。 3）假定液體是不可壓縮的。 4）假定閥各節(jié)流口的流量系數(shù)相等 電液氣控制工程 14 23 12 34 + + s s L L ppp ppp ppp ppp 根據(jù)橋的得壓平路可力衡 電液氣控制工程 12 34 41 23 + + s s L L qqq qqq qqq qqq 根據(jù)橋的得流平路可量衡 電液氣控制工程 111 222 333 444 = = = = qgp qgp qgp qgp 各橋臂的流量為

3、電液氣控制工程 2 , , i i i di d v i i gC A gC gx 這里 稱為節(jié)流口的,為閥節(jié)流口流量系數(shù)， 為液體密度，為節(jié)流口開口面積， 隨變化，是閥芯位移 的函數(shù) 其變化規(guī)律取決于節(jié)流口 液導 的幾何形狀 電液氣控制工程 vv13 v4v2 vv21 4vv3 g (x )=g (x ) 表示 大多數(shù)情況下，閥口是匹配的 g (x )=g (x ) g (x )=g ( x ) 表示 g (x )=g ( x 和對稱的，即 閥口是匹配的 閥 - - ) 口是對稱的 電液氣控制工程 i i 1313 2424 d d 1313 2424 i i 流流量量 q = qq =

4、q q = q q = q 代代入入 對對于于匹匹配配且且對對稱稱的的閥閥， 通通過過橋橋路路斜斜對對角角線線上上的的 兩兩個個橋橋臂臂的的是是相相等等的的 即即 2 2 g = C Ag = C A，可可得得 通通過過橋橋路路斜斜對對角角線線上上的的兩兩個個橋橋臂臂的的 p = pp = p p = pp = p 壓壓降降也也是是相相等等的的 電液氣控制工程 1323s 12s 12L sL 1 sL 2 s 12 += += -= + = 2 - = 2 = 2 ppppp ppp p pp pp p p p p p pp 將 代入 得 與聯(lián)立解得 當空載時， 電液氣控制工程 LL LL

5、d2sd1s d2sd1s 11 C A(p -p ) -C A(p +p ) 11 C A(p -p ) +C A(p +p ) s q q L 供油流量： 負載流量負載流量 電液氣控制工程 二、滑閥的靜態(tài)特性曲線二、滑閥的靜態(tài)特性曲線 滑閥的靜態(tài)特性可以用靜態(tài)特性曲線表達滑閥的靜態(tài)特性可以用靜態(tài)特性曲線表達 閥的流量特性是指負載壓降pL 等于常數(shù)時，負載流量與閥芯 之間的關系。 負載壓降pL=0時的流量特性稱 為空載流量特性，相應的曲線 稱為空載流量特性曲線。 電液氣控制工程 2 壓力特性曲線 閥的壓力特性是指負載流量等于常數(shù)時，負 載壓降與閥芯位移之間的關系。 通常所指的壓力特性 是指負

6、載流量等于0時 的壓力特性。 電液氣控制工程 3 壓力-流量特性曲線 指閥芯位移一定時，負 載流量與負載壓降之間 的關系。 閥在最大位移下的壓力 -流量特性曲線可以表 示閥的工作能力和規(guī)格， 當負載所需要的壓力和 流量能夠被該壓力-流 量特性曲線所包圍時， 閥就能滿足負載的要求。 pL/ps 電液氣控制工程 三、閥的線性化分析與閥的系數(shù)三、閥的線性化分析與閥的系數(shù) (,)(,) A LVLLAVALA LL LL LL LLAVL V AVL VL L A A A A qq qf xpqf xp qq qqxp x qqx x p p p 在某一特定的工作點 附近展開成臺勞級數(shù) 如果把工作點定

7、在 附近，則高階無窮小可以忽略 這是壓力-流量方程以增量形式表示的線性化表達式 電液氣控制工程 , , ,) L V L L L LL V L VV L q c c q pp c q K x q K p K q pKp x KK q xKx p 定義為是流量特性曲線某一點的 切線的斜率，負載流量控制的靈敏度 是流量壓力特性曲線 切線冠以負號，越小，剛度越大，抵抗 定義閥的三個系數(shù)： 流量增益 流量壓力系 負 數(shù) 壓力增益 載變化的能力大 （因為 電液氣控制工程 000 , , LVL q qc qc c p p qKxKp KK K K K K 三系數(shù)在確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響 應特性和穩(wěn)態(tài)誤差時

8、非常重要。流量增益直接影響 系統(tǒng)開環(huán)增益，因而對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應特性、穩(wěn) 態(tài)誤差有直接的影響；流量壓力系數(shù)直接影響閥 控執(zhí)行元件的阻尼比與速度剛度；壓力增益表示閥控 執(zhí)行元件組合起動負 最重要的工作點：原點（閥的性 載的能力 參 。 能數(shù)） 電液氣控制工程 因為反饋控制系統(tǒng)經(jīng)常工作在原點附近。 LLv 0qpx= 原點處流量增益最大，開環(huán)增益也最高，但流量 -壓力系數(shù)最小，所以系統(tǒng)阻尼比也最低。 因此壓力-流量特性的原點對于系統(tǒng)穩(wěn)定性是最 關鍵的一點。 一個系統(tǒng)能穩(wěn)定工作在這一點，則也能穩(wěn)定工作 在其他點。 電液氣控制工程 2.3 零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性 一一 理想

9、零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性理想零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性 理想滑閥是指徑向間隙為零、工作邊銳利的滑閥理想滑閥是指徑向間隙為零、工作邊銳利的滑閥 理想零開口四邊滑閥是匹配且對稱的理想零開口四邊滑閥是匹配且對稱的 電液氣控制工程 開閥當閥處閥間時 個節(jié)關閉 由由于于是是理理想想零零口口，于于套套的的中中位位置置， 四四控控制制流流口口全全部部 電液氣控制工程 13 13 22 00 0, -1 (-) (3-62) 2 sL Lds v L v xxAA pp qp g Cp g gA 由（352）和（353） 當當閥閥芯芯左左移移 時時，此此時時 可可得得 電液氣控制工程 2 2 11 4 4 1

10、() (3-63) 2 00 0, sL LdsL vv pp qgC App xxAA gg 由（352）和（353） 當當閥閥芯芯移移 時時，此此時時 可可得得 右右 電液氣控制工程 24 2 1 |() (2-36) vv LdsL vv vv xx qCApp xx A xAx 為 對稱 閥對稱則 （ ）（ ）， 節(jié)閥 上 開邊壓 為 閥匹匹配配且且流流口口的的 因因是是匹匹配配的的，二二式式合合 理理想想零零口口四四滑滑的的力力 并并 - 流- 流量量特特性性方方程程 電液氣控制工程 m m0m 0m 1 W() (3-66) 1 (3-67 W ) 1 W(), v LdvsL v

11、 v LvL vL vvL v v dvsL v v x qCxpp x xq x qxp x xxq xq x qCxpp x 若節(jié)流閥口為矩形，其面積梯度為，代入上式得 為了使其具有通用性，將它化成無因次形式 ，為閥芯最大位移， 閥芯最大位移的空載流量 電液氣控制工程 無因次壓力無因次壓力-流量曲線流量曲線 閥口匹配且對稱，所以閥口匹配且對稱，所以 曲線對稱于原點曲線對稱于原點 pL/ps 電液氣控制工程 000; 0; () 1 () 2() 2() 00 L L V VL L LL LL VV VLL q s qdcp ds ds c s s p q KC Wpp x C Wxpp q

12、 K ppp ppp K xx p KC WK xp K q 流量增益： 流量壓力系數(shù)： 壓力 由（366）得 在 位時，即時， ： ： 增益 三系數(shù)為 2 理想零開口四邊滑閥的閥系數(shù) 電液氣控制工程 0; s qd s p KC W Wp 計。 直接響統(tǒng)穩(wěn) 計，壓統(tǒng)穩(wěn) 零零位位流流量量增增益益 由由于于和和 是是很很容容易易控控制制的的量量，零零位位流流量量增增益益也也容容易易 算算和和控控制制 零零位位流流量量增增益益影影系系的的定定性性，零零位位流流量量增增益益 容容易易算算和和控控制制可可使使液液伺伺服服系系具具有有可可靠靠的的定定性性 電液氣控制工程 二、實際零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性

13、二、實際零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性 實際零開口滑閥有徑向間隙、很小的正的或?qū)嶋H零開口滑閥有徑向間隙、很小的正的或 負的重疊量、閥口工作邊存在小圓角負的重疊量、閥口工作邊存在小圓角 因此在中位附近，泄漏不可忽略，泄漏特性因此在中位附近，泄漏不可忽略，泄漏特性 決定了閥的性能。決定了閥的性能。 電液氣控制工程 通過實驗可得三條特性曲線 1) 壓力特性曲線 Ps一定，改變閥的位移，測得負載壓力pL。 零位壓力增益很高 電液氣控制工程 2 2）泄漏流量曲線）泄漏流量曲線 Ps一定，改變閥的位移，測得泄漏流量一定，改變閥的位移，測得泄漏流量qc 如圖如圖3 31414（a a） 閥芯在中位時的泄漏流量最大

14、。閥芯在中位時的泄漏流量最大。 3）中位泄漏流量曲線）中位泄漏流量曲線 閥芯在中位不動，閥芯在中位不動， 改變供油壓力改變供油壓力Ps，測得泄漏流量，測得泄漏流量qc 如圖如圖314（b） 中位泄漏流量曲線可用來判斷閥的加工配合質(zhì)量中位泄漏流量曲線可用來判斷閥的加工配合質(zhì)量 新閥和舊閥（圖新閥和舊閥（圖314（b） ） 電液氣控制工程 電液氣控制工程 2 0 0 0 22 0 0 32 ; 3232 ; 00 c s d c q p c ss c s c c dq r p C K K K Wr pp Wr p q K p WCK qpx s LLV 時，三系數(shù)為：位時，即在 閥芯與閥套間的徑閥芯與閥套間的徑 向間隙向間隙 油液的動力