液壓阻力橋路學(xué)(16學(xué)時(shí))

1、液壓阻力橋路學(xué)液壓與氣動(dòng)技術(shù)研究所液壓與氣動(dòng)技術(shù)研究所 林君哲林君哲緒論在各類(lèi)常規(guī)液壓控制閥、比例控制閥和伺服控制閥等液壓元件中，為了得到較好的控制特性，提高液壓元件的技術(shù)特性，往往使用多個(gè)液阻來(lái)實(shí)現(xiàn)液阻控制回路。1936年，Harry.Vickers設(shè)計(jì)了先導(dǎo)式溢流閥，其先導(dǎo)回路由B型半橋組成。1958年Blackburn、李詩(shī)穎研制了電液伺服閥，這種伺服閥主閥的4個(gè)可變液阻構(gòu)成全橋液壓回路。1973年W.Backe出版了液壓阻力回路系統(tǒng)學(xué)。在這本著作里，作者系統(tǒng)地分析了各種半橋液阻回路和全橋液阻回路的特性及其應(yīng)用。浙江大學(xué)路甬祥、吳根茂等應(yīng)用液阻網(wǎng)絡(luò)理論分析方法研制了直接檢測(cè)式比例壓力控制

2、閥和其他比例控制閥，顯著改善了比例控制閥的技術(shù)特性。20世紀(jì)80年代中期，吳根茂在德國(guó)Rexroth公司做研究工作時(shí)，為了尋求更好的溢流閥壓力流量特性，研制了一種先導(dǎo)回路由3個(gè)液阻構(gòu)成的新型先導(dǎo)式溢流閥。20世紀(jì)90年代末，胡艷平等提出橋液阻回路，對(duì)其特性進(jìn)行分析和仿真。第一章 液壓阻力橋路概述1.1 液壓傳動(dòng)中流量控制類(lèi)型液壓傳動(dòng)中流量控制類(lèi)型（1）調(diào)節(jié)變量泵排量?jī)?yōu)點(diǎn)：沒(méi)有節(jié)流損失；缺點(diǎn)：需要較大的調(diào)節(jié)行程和力（F=1001000N,s=10100mm）。（2）調(diào)整液流阻力優(yōu)點(diǎn)：閥的調(diào)整行程和力較?。‵=10100N,S=0.11mm）；缺點(diǎn)：壓力損失較大。傳遞大功率，采用調(diào)節(jié)泵排量的流量控

3、制方式，可保持較小的功率損失；要求好的時(shí)間特性，采用改變液阻的流量控制方式，可以保證信號(hào)的快速和可靠傳遞。1.2 結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)與特性電阻網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)性關(guān)系：服從歐姆定律，線(xiàn)性電阻元件u=ri（1.1）非線(xiàn)性關(guān)系：非線(xiàn)性電阻元件u=f（r）i （1.2）液阻網(wǎng)絡(luò)（1.3）靜態(tài)液阻R：是液阻兩端壓差對(duì)流量的比值，它是液阻對(duì)穩(wěn)態(tài)流體阻礙作用的一種度量。動(dòng)態(tài)液阻Rd：是液阻兩端壓差衛(wèi)校增量對(duì)流量微小增量的比值，它是液阻對(duì)動(dòng)態(tài)流體阻礙作用的一種度量。（1.4）（1.5）（m=0.5）靜態(tài)液阻和動(dòng)態(tài)液阻一般都是壓差p或qv的函數(shù)。由式（1.3）可得，靜態(tài)液阻R為動(dòng)態(tài)液阻Rd為（1.7）（1.6）非線(xiàn)性液阻的靜

4、態(tài)液阻R值和動(dòng)態(tài)液阻Rd值是不同的。如，常用的薄刃型非線(xiàn)性液阻的壓力流量特性為（1.8）靜態(tài)液阻R為動(dòng)態(tài)液阻Rd為（1.9）（1.10）對(duì)薄刃型非線(xiàn)性液阻來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)液阻動(dòng)態(tài)液阻Rd是靜態(tài)液阻是靜態(tài)液阻R的的2倍倍。本課程除特別注明以外，所研究的液阻均為靜態(tài)液阻。在液壓閥的先到控制液阻網(wǎng)絡(luò)中，有些液阻是專(zhuān)門(mén)為改善液壓閥動(dòng)態(tài)特性而設(shè)計(jì)的，故有時(shí)也稱(chēng)為動(dòng)態(tài)液阻或動(dòng)態(tài)阻尼。分析這種液阻網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，同樣應(yīng)用式（1.5）定義的動(dòng)態(tài)液阻概念。 液阻的結(jié)構(gòu)形式：（1）薄刃型（薄壁孔口），L/d 0.5，表現(xiàn)為局部壓力損失。（2）細(xì)長(zhǎng)孔型， L/d 4，表現(xiàn)為沿程壓力損失。（3）短管型（介于薄刃型和細(xì)長(zhǎng)孔

5、型之間的混合型），L=（24）d，溢流閥中使用的圓孔型固定液阻，混合型液阻的表達(dá)公式較多，常采用與薄刃型液阻相同公式，但短管型與薄刃型的流量系數(shù)數(shù)值不同。 應(yīng)用特點(diǎn)：（1）細(xì)長(zhǎng)孔型液阻為常值，但細(xì)長(zhǎng)孔型液阻與粘度有關(guān)，在壓差一定的情況下，流量與液體粘度成反比，不利于流量的精確控制。（2）薄刃型液阻為非線(xiàn)性，但液體粘度對(duì)流量沒(méi)有影響，故在液壓元件設(shè)計(jì)中，常將液阻設(shè)計(jì)成薄刃型。（3）混合型液阻兼容細(xì)長(zhǎng)孔和薄刃型液阻的特點(diǎn)，為計(jì)算簡(jiǎn)化，仍采用薄壁型液阻公式1.3 液阻的串聯(lián)與并聯(lián)液阻的串聯(lián)與并聯(lián)類(lèi)似電路中的電阻，多個(gè)液阻也可以串聯(lián)或并聯(lián)使用。可以用等效液阻代替。由式（1.8）可知若過(guò)流孔為圓孔，則（

6、1.11）（1.12）靜態(tài)液阻R為或1.3.1串聯(lián)液阻（1.13）（1.14）經(jīng)過(guò)計(jì)算經(jīng)過(guò)計(jì)算，分壓公式為（1.14）（1.15）從式（1.14）和式（1.15）可知，兩個(gè)液阻串聯(lián)分壓時(shí)，兩個(gè)液阻的內(nèi)孔直徑相差不大，否則起不到分壓的作用。例如：設(shè)d1=0.5mm，d2=1.0mm，由式（1.14）和式（1.15）可得1.3.2 并聯(lián)液阻經(jīng)過(guò)計(jì)算經(jīng)過(guò)計(jì)算，分流公式為（1.16）（1.17）上述分析可知：（1）多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的液阻，均可用一個(gè)等效液阻代替；（2）在液壓元器件中，為增大液阻的孔徑，采用兩個(gè)液阻串聯(lián)；相同孔徑的液阻串聯(lián)，等效液阻孔徑為原來(lái)的0.84倍。1.4 全橋和半橋液阻回路全橋和半

7、橋液阻回路 電橋電路是將電阻參量的變化變?yōu)殡妷狠敵龅囊环N測(cè)量電路，在測(cè)量、濾波和溫度補(bǔ)償?shù)确矫鎻V泛應(yīng)用。如圖1.5和圖1.6所示為了便于分析液阻回路特性，將電橋的概念引用到液阻回路中。1、4邊滑閥控制雙活塞桿液壓缸，看做全橋液阻回路；2、形成4個(gè)可變液阻，R1，R2，R3，R4；3、P0為滑閥輸入，P1，P2為滑閥輸出；4、液阻值由閥芯的移動(dòng)量y來(lái)控制，控制力可以是液壓力、氣壓力、電磁力和機(jī)械力；5、空心箭頭表示閥口的開(kāi)度增大，液阻值減小。實(shí)心尖頭表示閥口的開(kāi)度減小，液阻值增大。1.4.1 全橋液阻回路1.4.2 半橋液阻回路1、錐閥和固定液阻控制但作用液壓缸；2、一個(gè)固定液阻R1，一個(gè)可變液

8、阻R2；3、P0為輸入，P1輸出；4、通過(guò)調(diào)節(jié)錐閥閥芯的行程可控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度；1.4.3 半橋液阻回路類(lèi)型1、A型半橋：2個(gè)可變液阻；2、B型半橋：R1固定液阻，R2可變液阻；3、C型半橋：R1可變液阻，R2固定液阻；4、D型半橋：R1和R2都是固定液阻，只能作分壓網(wǎng)絡(luò)使用。半橋液阻回路目前廣泛應(yīng)用于液壓控制閥和泵的先到控制回路中，或在液壓回路中作為分壓之用。1.4.4 全橋液阻回路類(lèi)型全橋液阻回路可看作是兩個(gè)半橋液阻回路并聯(lián)組合，全橋液阻回路供油9種結(jié)構(gòu)形式，如圖1.10所示。全橋液阻回路目前廣泛應(yīng)用于伺服閥的先導(dǎo)級(jí)和主閥的控制回路中。全橋和半橋液阻回路的特征：全橋和半橋液阻回路的特征：

9、1、全橋和半橋液阻回路只有一個(gè)輸入控制口，p0、qv0；2、半橋液阻回路只有一個(gè)輸出控制口p、qv。全橋液阻回路由2個(gè)半橋回路并聯(lián)而成，因此有兩個(gè)輸出控制口p1、qvA和p2、qvB。半橋液阻網(wǎng)絡(luò)只能控制單作用液壓缸，全橋液阻回路能控制雙作用液壓缸和液壓馬達(dá)的雙向運(yùn)動(dòng)；3、半橋液阻回路和全橋液阻回路總有一部分油液通過(guò)液阻流回油箱，造成能量損失。1.5 橋液阻網(wǎng)絡(luò)橋液阻網(wǎng)絡(luò)橋液阻回路由3個(gè)液阻R1，R2，R3構(gòu)成。1個(gè)輸入控制口p1，qv，兩個(gè)輸出控制口qvA、p2和qvB、p3。類(lèi)似半橋分類(lèi)方法，根據(jù)液阻R1，R2，R3為固定或可變液阻，可將橋液阻回路分為7類(lèi)，分別用A、B、C、D、E、F、G

10、表示，如圖1.11所示。以F型橋液阻回路說(shuō)明：（1）R1和R3為固定液阻，R2是錐閥口，為可變液阻。（2）對(duì)于整個(gè)回路，錐閥口開(kāi)度越大，總液阻越小，在進(jìn)口壓力基本不變的情況下，通過(guò)錐閥的流量越多。（3）閥芯處在平衡狀態(tài)時(shí)，流過(guò)液阻的流量相等。（4）當(dāng)回路流量增加時(shí)，p2值減小，p3值增加，在p2，p3作用下，閥芯的移動(dòng)方向，取決于R1、R3的阻值及面積A1和A2。（5）根據(jù)流量壓力特性p1=f（qv1），R1和R3的不同配置，當(dāng)qv1增加時(shí)，p1可以增加或保持不變橋液阻回路具有優(yōu)越的控制特性，當(dāng)R1或R3等于零時(shí)，橋液阻回路就變成相應(yīng)的半橋液阻回路。以半橋?yàn)橄葘?dǎo)控制回路的溢流閥存在一個(gè)正的穩(wěn)態(tài)

11、調(diào)壓偏差，而已橋回路為先導(dǎo)控制回路的溢流閥可使穩(wěn)態(tài)調(diào)壓偏差為正或?yàn)榱?。橋液阻回路的特點(diǎn)：（1）用橋液阻回路控制對(duì)稱(chēng)液壓缸，只能控制液壓缸的單向運(yùn)動(dòng)，與彈簧等外力配合時(shí)，則能控制液壓缸的雙向運(yùn)動(dòng)；（2）橋液阻回路有兩個(gè)輸出控制口。（3）在輸入p1不變的情況下，調(diào)節(jié)可變液阻，可同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)輸出控制口參數(shù)p2、qva和p3、qvb。（4）橋液阻回路根據(jù)液阻參數(shù)的不同設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多種不同的控制目的。（5）當(dāng)用橋液阻回路控制不對(duì)稱(chēng)液壓缸時(shí)，能控制液壓缸的雙向運(yùn)動(dòng)第2章 半橋液阻網(wǎng)絡(luò)特性與應(yīng)用2.1結(jié)構(gòu)原理半橋液阻網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)液阻構(gòu)成，具有A、B、C、D四種半橋液阻回路?？捎秒p邊控制滑閥構(gòu)成。 在圖2.1-

12、圖2.3中，p0為半橋液阻網(wǎng)絡(luò)的輸入壓力，輸出口壓力為p，一部分流體通過(guò)第一個(gè)液阻R1后再通過(guò)第二個(gè)液阻R2流回油箱，另一部分流體qv則進(jìn)入被控元件，移動(dòng)閥芯將改變可變液阻的阻值，從而調(diào)節(jié)輸出口壓力p和qv的大小。2.2 流量壓力特性半橋液阻網(wǎng)絡(luò)中，輸出控制口流量qv是可變液阻開(kāi)口量y和輸出口壓力p的函數(shù)，將qv=f（p，y）的函數(shù)關(guān)系有曲線(xiàn)繪制出來(lái)，成為半橋液阻網(wǎng)絡(luò)的半橋液阻網(wǎng)絡(luò)的特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)。分析設(shè)定：（1）假定可變液阻由滑閥構(gòu)成，且滑閥是全周閥口，其通流面積與閥芯位移y成線(xiàn)性關(guān)系；（2）從輸出控制口向外流出的流量qv為正；（3）當(dāng)閥芯位移y=0是，A型半橋的兩個(gè)液阻開(kāi)口長(zhǎng)度相等，均

13、為y0。（4）當(dāng)閥芯有位移y是，液阻R1的軸向開(kāi)口長(zhǎng)度為y0+y，液阻R2的軸向開(kāi)口長(zhǎng)度為y0-y。在式（2.2）和式（2.3）中，c為固定液阻的液導(dǎo)，c=by0。閥芯位移y的方向A、B型半橋相同，C型半橋相反。半橋液阻網(wǎng)絡(luò)特性曲線(xiàn)采用量綱一的參數(shù)描繪。設(shè)定以閥口預(yù)開(kāi)口量y0為閥口開(kāi)度的參考量，以恒壓源p0為壓力參考量，控制流量的參考量為最大流量。則對(duì)A型半橋?qū)2閥口全關(guān)，y=y0，且控制閥口壓力為零，此時(shí)從圖中可知：（1）對(duì)于A型半橋，在y=0附近一段區(qū)域內(nèi)，輸出口壓力p隨著y的增加近似線(xiàn)性增加。（2）對(duì)于B型半橋，在在y=0附近一段區(qū)域內(nèi)，輸出口壓力p隨著y的增加近似非線(xiàn)性增加。（3）對(duì)

14、于C型半橋，在在y=0附近一段區(qū)域內(nèi)，輸出口壓力p隨著y的增加近似非線(xiàn)性增加，且與B型半橋圖像互為鏡像。（4）輸出口流量不為0時(shí)的輸出口壓力與閥芯位移的關(guān)系，在 y=0附近，輸出流量不同的曲線(xiàn)族有相近的輸出口壓力位移特性。（4）在y=y0，或y=-y0時(shí)， 項(xiàng)不可忽略，因而輸出口壓力p與閥芯位移y為非線(xiàn)性關(guān)系。半橋液阻網(wǎng)絡(luò)輸出口流量為半橋液阻網(wǎng)絡(luò)輸出口流量為0，表示半橋液阻網(wǎng)絡(luò)只有，表示半橋液阻網(wǎng)絡(luò)只有壓力輸出，沒(méi)有流量輸出。有些液阻網(wǎng)絡(luò)所控制執(zhí)行元件壓力輸出，沒(méi)有流量輸出。有些液阻網(wǎng)絡(luò)所控制執(zhí)行元件位移量很小，如壓力控制閥的先導(dǎo)液阻網(wǎng)絡(luò)是用來(lái)控制主位移量很小，如壓力控制閥的先導(dǎo)液阻網(wǎng)絡(luò)是用來(lái)

15、控制主閥芯運(yùn)動(dòng)的，因主閥芯的位移量很小，因此所需流量很小，閥芯運(yùn)動(dòng)的，因主閥芯的位移量很小，因此所需流量很小，在正常工作時(shí)其輸出流量基本為在正常工作時(shí)其輸出流量基本為0，主要通過(guò)輸出口壓力，主要通過(guò)輸出口壓力來(lái)控制主閥。來(lái)控制主閥。2.3 壓力增益和流量增益壓力增益和流量增益液阻網(wǎng)絡(luò)輸出的流量和壓力是通過(guò)改變可變液阻的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于半橋液阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)際就是控制閥芯位移量y來(lái)調(diào)節(jié)輸出口壓力和流量。對(duì)外輸出的最大壓力和最大流量是設(shè)計(jì)液阻網(wǎng)絡(luò)的重要指標(biāo)，壓力增益和流量增益反映了液阻網(wǎng)絡(luò)控制特性。2.3.1 壓力增益定義：qv=0和y=0時(shí)的曲線(xiàn)斜率為半橋液阻網(wǎng)絡(luò)的壓力增益e0，它是液阻萬(wàn)羅的特征參數(shù)

16、，用公式表示為2.3.2 流量增益流量增益（1）無(wú)論壓力增益還是流量增益，A型半橋液阻網(wǎng)絡(luò)均為B型半橋液阻網(wǎng)絡(luò)的2倍。（2）C型半橋的壓力增益和流量增益都是負(fù)值，當(dāng)y增加時(shí)，C型半橋液阻R1的通流面積減小，在輸出口壓力不變的情況下，輸出流量必然減少，所以C型半橋的壓力增益和流量增益均為負(fù)值，如改變y的方向，則數(shù)值變正。2.3.3 流量壓力系數(shù)（1）A型半橋壓力和流量增益時(shí)B型和C型半橋的2倍，因?yàn)锳型半橋有兩個(gè)可變的液阻，而B(niǎo)型和C型半橋只有一個(gè)可變液阻。（2）A型半橋在y=0附近，有很好的線(xiàn)性度，可精確控制。（3）A型半橋的兩個(gè)可變液阻由一個(gè)信號(hào)控制，要求機(jī)械精度高，應(yīng)用在伺服系統(tǒng)中。B型半橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，密封性好，應(yīng)用在錐閥、噴嘴擋板閥中，同時(shí)在壓力控制元件的先導(dǎo)回路中。C型半橋固定阻尼始終與油箱連通，有一定的不可控性，應(yīng)用較少。D型半橋無(wú)增益。2.4 B型半橋先導(dǎo)回路溢流閥穩(wěn)態(tài)特性分析型半橋先導(dǎo)回路溢流閥穩(wěn)態(tài)特性分析目前，市場(chǎng)上銷(xiāo)售溢流閥的先導(dǎo)回路多采用半橋液阻網(wǎng)絡(luò)，其中B型半橋較為普遍。2.4.1 工作原理2.4.2 穩(wěn)態(tài)特性作業(yè)試根據(jù)B型半橋先導(dǎo)回路溢流閥的特性，建立閥芯的力平衡方程、液阻的壓力流量方程以及流量連續(xù)性方程，找到輸出流量qv與進(jìn)口壓力p之間的關(guān)系。找一篇關(guān)于液阻橋路相關(guān)的文章，談?wù)勔?/p>