液压控制系统(2)

§1.3 液压伺服系统的分类及其特点 一、液压伺服系统的分类

１、按系统中误差信号产生和传递的物质形式不同分类 机液伺服系统 电液伺服系统 气液伺服系统

２、按液压控制元件的形式分类 阀控伺服系统 泵控伺服系统

３、按不同的被控物理量分类 位置伺服系统 速度伺服系统 加速度伺服系统 力伺服系统 其它物理量伺服系统 二、液压伺服系统的特点 与其他类型的伺服系统比较

１、液压元件的功率重量比大、力矩惯量比（或力质量比）大。因此，可以组成体积小、重量轻、加速度性能好的伺服系统，有利于控制大功率负载。 ２、液压伺服系统的负载刚度大，因而系统控制精度高。

３、液压伺服系统响应快、频宽大，有利于控制速度大小和方向变化频繁的控制对象。 ４、液压伺服系统尤其是电液伺服系统，为发展机电液一体化的高技术装置提供了广阔的前景。（即在小功率信号部分的数学运算、误差检测、放大及系统特性补偿采用电子装置或计算机；在大功率传递和控制部分采用液压动力元件。）

５、液压伺服系统中特别是伺服阀的加工精度要求高，对液压介质的清洁度要求也高，价格贵。

６、液压伺服元件在液压介质中具有自润滑性，可进行柔性传动，能量储存比较方便等。

第二章 伺服阀（液压放大元件）

一、伺服阀的概念

是液压伺服系统中的核心元件

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是能量转换元件 是功率放大元件

其作用是将各种功率很小的输入信号转变成功率较大的液压输出量，用以控制液压执行元件的动作。 二、伺服阀的分类

１、按输入信号及转换器类型分类：电液伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀 ２、按级数分类 单级伺服阀

双级伺服阀：常采用此阀，它具有两级液压放大。其中第一级称为前置级，末级称为功率级。 三级伺服阀：当流量很大时，可采用此阀。

３、按前置级结构分类：滑阀式伺服阀、喷嘴挡板式伺服阀、射流管式伺服阀

注意：单级伺服阀和多级伺服阀的功率级，通常采用滑阀式结构。多级伺服阀的前置级可采用滑阀式、喷嘴挡板式和射流管式三种结构。 ４、按输出特性分类

流量控制阀、压力控制阀和压力－流量控制阀。 §２.１ 滑阀式伺服阀

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一、滑阀的结构形式及分类 １、按滑阀外接油路数目分为： 四通阀（图2-１a、b、c) 三通阀(图2-1d)

四通阀和三通阀的特点：

四通阀和三通阀必须有与油源相联的通路和与回油箱相联的通路。 四通阀有两个通向负载的通路，三通阀有一个通向负载的通路。 三通阀只能与差动缸配合工作，而不能与液压马达配合工作。 ２、按滑阀工作边（即起节流作用的棱边）数目分为： 单边滑阀

双边滑阀（图2-1d) 四边滑阀（图2-1a、b、c) 特点：

单边、双边和四边滑阀的控制作用是相同的。

单边式、双边式只用以控制单杆的液压缸；四边式可用来控制双杆的，也可用来控制单杆的液压缸。

工作边愈多，结构工艺性愈复杂；但控制质量好，系统的工作精度较高。 四边式控制用于精度和稳定性要求较高的系统（例如：电液伺服系统）。 单边式、双边式控制用于一般精度的系统（例如：机液伺服系统）。 滑阀式伺服阀装配精度较高、价格也较贵，对油液的污染较敏感。 ３、按滑阀阀芯的台肩数目分为：

二台肩滑阀（图2-1a) 三台肩滑阀（图2-1b) 四台肩滑阀（图2-1c) 1)、二台肩滑阀：

结构最简单，但阀芯轴向移动时导向性差，阀芯台肩易落入阀套槽中。由于阀芯两端回油管道中阻力不同，使阀芯在轴向处于静不平衡状态。此阀采用液压或气动操纵有困难。 ２）、三台肩滑阀：

其阀芯两端的台肩既起控制液流的作用，又起导向和密封作用。因此，三台肩的四通滑阀得到了广泛应用。 ３）、四台肩滑阀：

阀芯由于两端的两个台肩，其导向性和密封性好，但结构最复杂。

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4、按滑阀阀芯在中位时节流口的开口形式分为： １）、负开口（xs<0 )：阀芯上凸肩宽度大于阀体 上凹槽宽度。

阀口打开以前，需向左或向右移动一小段距离才能打开，阀芯左、右移动的区间叫做阀的重叠量。

这种阀在阀芯处于中间平衡位置时，可以断开泵和执行元件的通道，因此便于将执行元件停止在一定

位置。它的缺点是死区大、灵敏度低。

２）、零开口（xs =0）：阀芯上的凸肩和阀套上的 凹槽宽度相等。

零开口阀死区小，灵敏度高，零位泄漏小。但制造困难。 ３)、正开口（ xs > 0 ）：阀芯上的凸肩宽度小于 阀套上的凹槽宽度。

在平衡位置处左右阀口都有油流通过并流向油箱，因而造 成功率损耗。所以开口量应做得一些。 此滑阀制造简单，且在压力一定时流量和阀芯 位移量近似线性关系，应用较多。 二、阀特性的线性化——阀系数

为了便于分析起见，首先建立负载流量QL和负载压力pL两个概念： 负载流量QL：是指通向负载的流量。它可通过滑阀节流口的流量Q表示。

负载压力pL：是指负载压差，即pL=p1-p2，p1是负载进油腔压力，p2是负载回油腔压力。 1、线性化的负载流量方程 因为滑阀的控制流量：

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Ｑ＝f（xv，△p） (２－1) 式中：xv — 阀芯位移 △p — 节流口的压降

又因为负载压力pL与滑阀节流口压降△p存在关系，所以（１）式可写成： ＱL＝f（xv， pL） (２－２)

上式表明：控制滑阀的负载流量ＱL是阀芯位移xv和负载压力pL的函数，该函数式是非线性的。利用这个方程对系统进行动态分析时，需要求解非线性微分方程。在用线性理论对系统进行动态分析时，必须把此方程线性化，其方法是将方程式 （２）在特定的工作点（例如在ＱL＝ＱL1 点附近）按泰劳级数展开：

由于将工作范围限制在工作点附近，则二阶以上的高阶导数可忽略，所以

称为线性化的负载流量方程 ２、阀系数

根据（３）式，可得阀系数如下： 流量增益Ｋq：

特点：对系统的稳定性有直接影响，并且还与液压放大元件相连接所控制的执行机构的快速性有关。

流量－压力系数Ｋc：

“－”的意义：由于随着pL ＱL ，

所以在式中具有负号，保证Ｋc永远为正数。特点：直接影响阀控执行元件组合的阻尼比。 压力增益（压力灵敏度）Ｋp ：

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