液壓阻力橋路學(16學時)

1、液壓阻力橋路學液壓與氣動技術(shù)研究所液壓與氣動技術(shù)研究所 林君哲林君哲緒論在各類常規(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，往往使用多個液阻來實現(xiàn)液阻控制回路。1936年，Harry.Vickers設計了先導式溢流閥，其先導回路由B型半橋組成。1958年Blackburn、李詩穎研制了電液伺服閥，這種伺服閥主閥的4個可變液阻構(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。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用。浙江大學路甬祥、吳根茂等應用液阻網(wǎng)絡理論分析方法研制了直接檢測式比例壓力控制

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80年代中期，吳根茂在德國Rexroth公司做研究工作時，為了尋求更好的溢流閥壓力流量特性，研制了一種先導回路由3個液阻構(gòu)成的新型先導式溢流閥。20世紀90年代末，胡艷平等提出橋液阻回路，對其特性進行分析和仿真。第一章 液壓阻力橋路概述1.1 液壓傳動中流量控制類型液壓傳動中流量控制類型（1）調(diào)節(jié)變量泵排量優(yōu)點：沒有節(jié)流損失；缺點：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：閥的調(diào)整行程和力較小（F=10100N,S=0.11mm）；缺點：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；要求好的時間特性，采用改變液阻的流量控制方式，可以保證信號的快速和可靠傳遞。1.2 結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)與特性電阻網(wǎng)絡線性關(guān)系：服從歐姆定律，線性電阻元件u=ri（1.1）非線性關(guān)系：非線性電阻元件u=f（r）i （1.2）液阻網(wǎng)絡（1.3）靜態(tài)液阻R：是液阻兩端壓差對流量的比值，它是液阻對穩(wěn)態(tài)流體阻礙作用的一種度量。動態(tài)液阻Rd：是液阻兩端壓差衛(wèi)校增量對流量微小增量的比值，它是液阻對動態(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為動態(tài)液阻Rd為（1.7）（1.6）非線性液阻的靜

4、態(tài)液阻R值和動態(tài)液阻Rd值是不同的。如，常用的薄刃型非線性液阻的壓力流量特性為（1.8）靜態(tài)液阻R為動態(tài)液阻Rd為（1.9）（1.10）對薄刃型非線性液阻來說，動態(tài)液阻動態(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)絡中，有些液阻是專門為改善液壓閥動態(tài)特性而設計的，故有時也稱為動態(tài)液阻或動態(tài)阻尼。分析這種液阻網(wǎng)絡的動態(tài)特性時，同樣應用式（1.5）定義的動態(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）細長孔型， L/d 4，表現(xiàn)為沿程壓力損失。（3）短管型（介于薄刃型和細長孔

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。 應用特點：（1）細長孔型液阻為常值，但細長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）薄刃型液阻為非線性，但液體粘度對流量沒有影響，故在液壓元件設計中，常將液阻設計成薄刃型。（3）混合型液阻兼容細長孔和薄刃型液阻的特點，為計算簡化，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)類似電路中的電阻，多個液阻也可以串聯(lián)或并聯(lián)使用?？梢杂玫刃б鹤璐?。由式（1.8）可知若過流孔為圓孔，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)過計算經(jīng)過計算，分壓公式為（1.14）（1.15）從式（1.14）和式（1.15）可知，兩個液阻串聯(lián)分壓時，兩個液阻的內(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)過計算經(jīng)過計算，分流公式為（1.16）（1.17）上述分析可知：（1）多個串聯(lián)或并聯(lián)的液阻，均可用一個等效液阻代替；（2）在液壓元器件中，為增大液阻的孔徑，采用兩個液阻串聯(lián)；相同孔徑的液阻串聯(lián)，等效液阻孔徑為原來的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測量電路，在測量、濾波和溫度補償?shù)确矫鎻V泛應用。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量y來控制，控制力可以是液壓力、氣壓力、電磁力和機械力；5、空心箭頭表示閥口的開度增大，液阻值減小。實心尖頭表示閥口的開度減小，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、一個固定液阻R1，一個可變液

8、阻R2；3、P0為輸入，P1輸出；4、通過調(diào)節(jié)錐閥閥芯的行程可控制活塞的運動速度；1.4.3 半橋液阻回路類型1、A型半橋：2個可變液阻；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)絡使用。半橋液阻回路目前廣泛應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 全橋液阻回路類型全橋液阻回路可看作是兩個半橋液阻回路并聯(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用于伺服閥的先導級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輸入控制口，p0、qv0；2、半橋液阻回路只有一個輸出控制口p、qv。全橋液阻回路由2個半橋回路并聯(lián)而成，因此有兩個輸出控制口p1、qvA和p2、qvB。半橋液阻網(wǎng)絡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的雙向運動；3、半橋液阻回路和全橋液阻回路總有一部分油液通過液阻流回油箱，造成能量損失。1.5 橋液阻網(wǎng)絡橋液阻網(wǎng)絡橋液阻回路由3個液阻R1，R2，R3構(gòu)成。1個輸入控制口p1，qv，兩個輸出控制口qvA、p2和qvB、p3。類似半橋分類方法，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，分別用A、B、C、D、E、F、G

10、表示，如圖1.11所示。以F型橋液阻回路說明：（1）R1和R3為固定液阻，R2是錐閥口，為可變液阻。（2）對于整個回路，錐閥口開度越大，總液阻越小，在進口壓力基本不變的情況下，通過錐閥的流量越多。（3）閥芯處在平衡狀態(tài)時，流過液阻的流量相等。（4）當回路流量增加時，p2值減小，p3值增加，在p2，p3作用下，閥芯的移動方向，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qv1增加時，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R1或R3等于零時，橋液阻回路就變成相應的半橋液阻回路。以半橋為先導控制回路的溢流閥存在一個正的穩(wěn)態(tài)

11、調(diào)壓偏差，而已橋回路為先導控制回路的溢流閥可使穩(wěn)態(tài)調(diào)壓偏差為正或為零。橋液阻回路的特點：（1）用橋液阻回路控制對稱液壓缸，只能控制液壓缸的單向運動，與彈簧等外力配合時，則能控制液壓缸的雙向運動；（2）橋液阻回路有兩個輸出控制口。（3）在輸入p1不變的情況下，調(diào)節(jié)可變液阻，可同時調(diào)節(jié)兩個輸出控制口參數(shù)p2、qva和p3、qvb。（4）橋液阻回路根據(jù)液阻參數(shù)的不同設計，可實現(xiàn)多種不同的控制目的。（5）當用橋液阻回路控制不對稱液壓缸時，能控制液壓缸的雙向運動第2章 半橋液阻網(wǎng)絡特性與應用2.1結(jié)構(gòu)原理半橋液阻網(wǎng)絡由兩個液阻構(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)絡的輸入壓力，輸出口壓力為p，一部分流體通過第一個液阻R1后再通過第二個液阻R2流回油箱，另一部分流體qv則進入被控元件，移動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)絡中，輸出控制口流量qv是可變液阻開口量y和輸出口壓力p的函數(shù)，將qv=f（p，y）的函數(shù)關(guān)系有曲線繪制出來，成為半橋液阻網(wǎng)絡的半橋液阻網(wǎng)絡的特性曲線。特性曲線。分析設定：（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成線性關(guān)系；（2）從輸出控制口向外流出的流量qv為正；（3）當閥芯位移y=0是，A型半橋的兩個液阻開口長度相等，均

13、為y0。（4）當閥芯有位移y是，液阻R1的軸向開口長度為y0+y，液阻R2的軸向開口長度為y0-y。在式（2.2）和式（2.3）中，c為固定液阻的液導，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)絡特性曲線采用量綱一的參數(shù)描繪。設定以閥口預開口量y0為閥口開度的參考量，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A型半橋?qū)2閥口全關(guān)，y=y0，且控制閥口壓力為零，此時從圖中可知：（1）對于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的增加近似線性增加。（2）對于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的增加近似非線性增加。（3）對

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族有相近的輸出口壓力位移特性。（4）在y=y0，或y=-y0時， 項不可忽略，因而輸出口壓力p與閥芯位移y為非線性關(guān)系。半橋液阻網(wǎng)絡輸出口流量為半橋液阻網(wǎng)絡輸出口流量為0，表示半橋液阻網(wǎng)絡只有，表示半橋液阻網(wǎng)絡只有壓力輸出，沒有流量輸出。有些液阻網(wǎng)絡所控制執(zhí)行元件壓力輸出，沒有流量輸出。有些液阻網(wǎng)絡所控制執(zhí)行元件位移量很小，如壓力控制閥的先導液阻網(wǎng)絡是用來控制主位移量很小，如壓力控制閥的先導液阻網(wǎng)絡是用來

15、控制主閥芯運動的，因主閥芯的位移量很小，因此所需流量很小，閥芯運動的，因主閥芯的位移量很小，因此所需流量很小，在正常工作時其輸出流量基本為在正常工作時其輸出流量基本為0，主要通過輸出口壓力，主要通過輸出口壓力來控制主閥。來控制主閥。2.3 壓力增益和流量增益壓力增益和流量增益液阻網(wǎng)絡輸出的流量和壓力是通過改變可變液阻的阻值來實現(xiàn)的，對于半橋液阻網(wǎng)絡實際就是控制閥芯位移量y來調(diào)節(jié)輸出口壓力和流量。對外輸出的最大壓力和最大流量是設計液阻網(wǎng)絡的重要指標，壓力增益和流量增益反映了液阻網(wǎng)絡控制特性。2.3.1 壓力增益定義：qv=0和y=0時的曲線斜率為半橋液阻網(wǎng)絡的壓力增益e0，它是液阻萬羅的特征參數(shù)

16、，用公式表示為2.3.2 流量增益流量增益（1）無論壓力增益還是流量增益，A型半橋液阻網(wǎng)絡均為B型半橋液阻網(wǎng)絡的2倍。（2）C型半橋的壓力增益和流量增益都是負值，當y增加時，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B型和C型半橋的2倍，因為A型半橋有兩個可變的液阻，而B型和C型半橋只有一個可變液阻。（2）A型半橋在y=0附近，有很好的線性度，可精確控制。（3）A型半橋的兩個可變液阻由一個信號控制，要求機械精度高，應用在伺服系統(tǒng)中。B型半橋結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，密封性好，應用在錐閥、噴嘴擋板閥中，同時在壓力控制元件的先導回路中。C型半橋固定阻尼始終與油箱連通，有一定的不可控性，應用較少。D型半橋無增益。2.4 B型半橋先導回路溢流閥穩(wěn)態(tài)特性分析型半橋先導回路溢流閥穩(wěn)態(tài)特性分析目前，市場上銷售溢流閥的先導回路多采用半橋液阻網(wǎng)絡，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，談談液