第五章电液伺服阀与比例阀详解

电液伺服阀的发展趋势与现状

电液伺服阀与比电液例阀的研究现状与发展趋势 摘要：电液比例阀是电液比例控制技术的核心元件,它按照输入电信号指令,连续成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。电液伺服阀是电液伺服控制系统中的关键元件。二者均在电液比例系统以及电液伺服系统中起到重要作用。本文中以电液比例换向阀和电液伺服阀为例详细介绍了其工作原理，并从性能、方展、前景等方面分别对两类阀进行了阐述，使我们对其有了更深刻的认识。 关键词：电液比例阀；电液比例换向阀；电液伺服阀；现状；趋势 1 引言 液压工业己成为全球性的工业，国际液压界一些著名公司如美国的派克汉尼汾公司（PARKER HANNIFIN）、德国的力士乐（REXROTH）和博世公司（BOSCH）等居世界领先地位，我国液压工业距国外还有一定的差距。 现代液控技术始于第一次世界大战后。今天，机电一体化的进程对液控技术提出了更多的需求，而计算机技术和控制理论的发展则为液压技术注入了新的动力。电液比例阀与电液伺服阀作为液压系统中的重要控制元件，分别代表了电液比例技术与电液伺服技术的发展情况。电液伺服阀与电液比例阀的出现使液压系统与现代化的电子技术结合的更加紧。 电液比例阀,是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件,代表了流体控制技术的发展方向[ 1 ] 。它以传统的工业用液压控制阀为基础,采用电- 机械转换装置,将电信号转换为位移信号,按输入电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。 电液伺服阀不仅能够实现微小电气信号向大功率液压信号(流量与压力)的转换,还可以根据输入电信号的大小,成比例地输出相应的流量和压力。因此,在电液伺服系统中,电液伺服阀将电气部分与液压部分连接起来,实现整个系统的控制策略和执行元件的动作。所以,电液伺服阀的性能,特别是其电液伺服阀的动特性和稳定性,直接影响到整个液压系统乃至机械设备的可靠性和寿命。电液伺服阀的发展史就是一部力图获得速度更快、精度更高、稳定性更好的创新史[ 2 ]。 2 发展历史 2.1电液伺服阀发展历史 最早使用液压伺服技术的机构也许已经湮灭在浩瀚的历史长河中。直到1750 年左右,用于控制给水系统和蒸汽锅炉水位的液位控制阀在英国出现。随着工业革命的发展,控制策略的不断改进, 进而影响到液压技术的发展。在二战前夕,由于空气动力学的应用要求一种能够实现机械信号与气体信号转换装置。在二战末期,伺服阀是采用滑阀阀芯在阀套中移动的结构。阀芯的运动是直流螺线管产生的电磁力与弹簧产生的压力共同作用的结果,因此,此时的伺服阀还仅仅是一种单级开环控制阀。二战结束后，电液伺服阀开发研制进入了迅速发展时期,很多结构设计进一步提高了电液伺服阀的性能。特别是1960年的电液伺服阀设计更多地显示出了现代伺服阀的特点。如:两级间形成了闭环反馈控制;力矩马达更轻移动距离更小;前置级对功率级的压差通常可达到50%以上;前置级无摩擦并且与工作油液相互独立;前置级的机械对称结构减小了温度、压力变化对零位的影响。

液压控制系统(王春行编)课后题答案

第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏 流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。

理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 8、理想零开口阀具有线性流量增益，性能比较好，应用最广泛，但加工困难；因为实际阀总存在径向间隙和工作边圆角的影响。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起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。 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 c q0q K U = 零位流量-压力系数 c c0s q 2p K =

电液比例阀工作原理 (2)

电液比例阀就是阀内比例电磁铁输入电压信号产生相应动作,使工作阀阀芯产生位移,阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例压力、流量输出元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电形式进行反馈。电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点,应用领域日益拓宽。近年研发生产插装式比例阀与比例多路阀充分考虑到工程机械使用特点,具有先导控制、负载传感与压力补偿等功能。它出现对移动式液压机械整体技术水平提升具有重要意义。特别就是电控先导操作、无线遥控与有线遥控操作等方面展现了其良好应用前景。 2 工程机械电液比例阀种类与形式 电液比例阀包括比例流量阀、比例压力阀、比例换向阀。工程机械液压操作特点,以结构形式划分电液比例阀主要有两类:一类就是螺旋插装式比例阀(screwin cartridge proportional valve),另一类就是滑阀式比例阀(spool proportional valve)。 螺旋插装式比例阀就是螺纹将电磁比例插装件固定油路集成块上元件,螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路与成本低廉等特点,近年来工程机械上应用越来越广泛。常用螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通与多通等形式,二通式比例阀主比例节流阀,它常它元件一起构成复合阀,对流量、压力进行控制;三通式比例阀主比例减压阀,也就是移动式机械液压系统中应用较多比例阀,它主对液动操作多路阀先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统手动减压式先导阀,它比手动先导阀具有更多灵活性与更高控制精度。可以制成如图1所示比例伺服控制手动多路阀,不同输入信号,减压阀使输出活塞具有不同压力或流量进而实现对多路阀阀芯位移进行比例控制。四通或多通螺旋插装式比例阀可以对工作装置实现单独控制。 滑阀式比例阀又称分配阀,就是移动式机械液压系统最基本元件之一,就是能实现方向与流量调节复合阀。电液滑阀式比例多路阀就是比较理想电液转换控制元件,它保留了手动多路阀基本功能,还增加了位置电反馈比例伺服操作与负载传感等先进控制手段。它就是工程机械分配阀更新换代产品。 出于制造成本考虑与工程机械控制精度要求不高特点,一般比例多路阀内不配置位移感应传感器,具有电子检测与纠错功能。,阀芯位移量容易受负载变化引起压力波动影响,操作过程中要靠视觉观察来保证作业完成。电控、遥控操作时更应注意外界干涉影响。近来,电子技术发展,人们越来越多采用内装差动变压器(ＬＤＶＴ)等位移传感器构成阀芯位置移动检测,实现阀芯位移闭环控制。这种由电磁比例阀、位置反馈传感器、驱动放大器与其它电子电路组成高度集成比例阀,具有一定校正功能,可以有效克服一般比例阀缺点,使控制精度到较大提高。 3 电液比例多路阀负载传感与压力补偿技术 节约能量、降低油温与提高控制精度,同时也使同步动作几个执行元件运动时互不干扰,现较先进工程机械都采用了负载传感与压力补偿技术。负载传感与压力补偿就是一个很相似概念,都就是利用负载变化引起压力变化去调节泵或阀压力与流量以适应系统工作需求。负载传感对定量泵系统来讲就是将负载压力负载感应油路引至远程调压溢流阀上,当负载较小时,溢流阀调定压力也较小;负载较大,调定压力也较大,但也始终存一定溢流损失。变量泵系统就是将负载传感油路引入到泵变量机构,使泵输出压力随负载压力升高而升高(始终为较小固定压差),使泵输出流量与系统实际需要流量相等,无溢流损失,实现了节能。 压力补偿就是提高阀控制性能而采取一种保证措施。将阀口后负载压力引入

电液比例阀工作原理

电液比例阀工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电液比例阀是阀内比例电磁铁输入电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例压力、流量输出元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电形式进行反馈。电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，应用领域日益拓宽。近年研发生产插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它出现对移动式液压机械整体技术水平提升具有重要意义。特别是电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好应用前景。 2 工程机械电液比例阀种类和形式 电液比例阀包括比例流量阀、比例压力阀、比例换向阀。工程机械液压操作特点，以结构形式划分电液比例阀主要有两类：一类是螺旋插装式比例阀（screwin cartridge proportional valve），另一类是滑阀式比例阀（spool proportional valve）。 螺旋插装式比例阀是螺纹将电磁比例插装件固定油路集成块上元件，螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路和成本低廉等特点，近年来工程机械上应用越来越广泛。常用螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例阀主比例节流阀，它常它元件一起构成复合阀，对流量、压力进行控制；三通式比例阀主比例减压阀，也是移动式机械液压系统中应用较多比例阀，它主对液动操作多路阀先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统手动减压式先导阀，它比手动先导阀具有更多灵活性和更高控制精度。可以制成如图1所示比例伺服控制手动多路阀，不同输入信号，减压阀使输出活塞具有不同压力或流量进而实现对多路阀阀芯位移进行比例控制。四通或多通螺旋插装式比例阀可以对工作装置实现单独控制。 滑阀式比例阀又称分配阀，是移动式机械液压系统最基本元件之一，是能实现方向与流量调节复合阀。电液滑阀式比例多路阀是比较理想电液转换控制元件，它保留了手动多路阀基本功能，还增加了位置电反馈比例伺服操作和负载传感等先进控制手段。它是工程机械分配阀更新换代产品。 出于制造成本考虑和工程机械控制精度要求不高特点，一般比例多路阀内不配置位移感应传感器，具有电子检测和纠错功能。，阀芯位移量容易受负载变化引起压力波动影响，操作过程中要靠视觉观察来保证作业完成。电控、遥控操作时更应注意外界干涉影响。近来，电子技术发展，人们越来越多采用内装差动变压器（ＬＤＶＴ）等位移传感器构成阀芯位置移动检测，实现阀芯位移闭环控制。这种由电磁比例阀、位置反馈传感器、驱动放大器和其它电子电路组成高度集成比例阀，具有一定校正功能，可以有效克服一般比例阀缺点，使控制精度到较大提高。 3 电液比例多路阀负载传感与压力补偿技术

电液伺服阀基础知识介绍

电液伺服阀基础知识介绍 射流管式电液伺服阀与喷嘴挡板式电液伺服阀是目前世界上运用最普遍的典型两级流量控制伺服阀。博格公司的DSHR一级先导就是射流管阀，而派克公司的TDL一级先导就是喷嘴挡板阀，下面对两种阀的结构、工作原理及特点作个比较与介绍。并着重分析了射流管式伺服阀在可靠性及工作性能方面的一些优势。 工作原理： ★喷嘴挡板式伺服阀的原理：TDL 图1 为喷嘴挡板式伺服阀的原理图。它主要由力矩马达、喷嘴挡板式液压放大器、滑阀式功率级及反馈杆组件构成。其工作过程为：输入到力矩马达线圈的电气控制信号在衔铁两端产生磁力，使衔铁挡板组件偏转。挡板的偏移将一侧喷嘴挡板可变节流口减小，液流阻力增大，喷嘴的背压升高；而另一侧的可变节流口增大，液流阻力减小，液流的背压降低。这样可得到与挡板位置变化相对应的喷嘴背压，此背压加到与与喷嘴腔相通的阀芯端部，推动阀芯移动。而阀芯又推动反馈杆端部的小球，产生反馈力矩作用在衔铁挡板组件上。当反馈力矩逐渐等于电磁力矩时，衔铁挡板组件被逐渐移回到对中的位置。于是，阀芯停留在某一位置。在该位置上，反馈杆的力矩等于输入控制 电流产生的的力矩，因此，阀芯位置与输入控制电流大小成正比。当供油压力及负载压力为一定时，输出到负载的流量与阀芯位置成正比。 图1双喷嘴挡板式力反馈电液流量伺服阀

★射流管式伺服阀的原理： 图2 为射流管式伺服阀的原理图。力矩马达采用永磁结构，弹簧管支承着衔铁射流管组件，并使马达与液压部分隔离，所以力矩马达是干式的。前置级为射流放大器，它由射流管与接受器组成。当马达线圈输入控制电，在衔铁上生成的控制磁通与永磁磁通相互作用，于是衔铁上产生一个力矩，促使衔铁、弹簧管、喷嘴组件偏转一个正比于力矩的小角度。经过喷嘴的高速射流的偏转，使得接受器一腔压力升高，另一腔压力降低，连接这两腔的阀芯两端形成压差，阀芯运动直到反馈组件产生的力矩与马达力矩相平衡，使喷嘴又回到两接受器的中间位置为止。这样阀芯的位移与控制电流的大小成正比，阀的输出流量就比例于控制电流。 图2 射流管式力反馈电液流量伺服阀 ★两种阀的主要特点： 射流管式与喷嘴挡板式最大差别在于喷嘴挡板式以改变流体回路上所通过的阻抗来进行力的控制。相反，射流管式是靠射流喷嘴喷射工作液，将压力能变成动能，控制两个接受孔获得能量的比例来进行力的控制。这种方式的阀与喷嘴挡板式相比因射流喷嘴大，由污粒等工作液中杂物引起的危害小，抗污染能力强。且射流管式液压放大器的压力效率及容积效率高，一般为７０％以上，有时也可达到９０％以上的高效率。输出控制力（滑阀驱动力）大，进一步提高了抗污染能力。同样其灵敏度、分辨率及低压工作性能大大优于喷嘴挡板阀。另外，由于射流管式由于在喷嘴的下游进行力控制，当喷嘴被杂物完全堵死时，因两个接受孔均无能量输入，滑阀阀芯的两端面也没有油压的作用，反馈弹簧的弯曲变形力会使阀芯回到零位上，伺服阀可避免过大的流量输出，具有“失效对中”能力，并不会发生所谓的“满舵”现象。但射流管式液压放大器及整个阀的性能不易理论

比例阀控制系统传递函数Word版

0 引言 最近10年来发展起来的电液比例控制技术新成员——伺服比例阀，实际上是电液比例技术与电液伺服阀的进一步的“取长补短”式的融合。伺服比例阀(闭环比例阀)内装放大器，具有伺服阀的各种特性：零遮盖、高精度、高频响，但其对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性。 电液伺服控制系统多数具有良好的控制性能，并具有一定的鲁棒性，有广泛的应用。电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。电液伺服系统由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂，因此，电液伺服控制系统的仿真受到越来越多的重视。 电液技术的不断发展和人们对电液系统性能要求的不断提高，了解电液伺服系统过程中的动态性能和内部各参变量随时间的变化规律，已成为电液伺服系统设计和研究人员的首要任务在系统工作过程中，主要液压元件的动态响应、系统各部分的压力变化，执行元件的位移和速度等，都是人们非常关心的。 本文以电液伺服比例阀控液压缸为例，针对Matlab/Simulink 在电液伺服控制系统仿真分析中的局限性，采用AMESim 和Matlab/Simulink 联合仿真模型，取得了良好的效果。 1 系统组成及原理 电液伺服控制系统根据被控物理量（即输出量）分为电液位置伺服系统，电液速度伺服系统，电液力伺服系统三类。本文主要介绍电液位置伺服系统的仿真研究。其中四通阀伺服比例阀控液压缸的原理如图所示。

图1 阀控缸－负载原理图系统组成图 电液位置伺服控制系统是最为常见的液压控制系统，实际的伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。控制系统结构框图见图2所示。 图2 电液伺服控制系统的结构框图

液压伺服控制课后题答案大全王春行版

第二章 液压放大元件 习题 1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-?=，径向间隙 m r c 6105-?=，供油压力Pa p s 51070?=，采用10号航空液压油在40C ?工作，流 量系数62.0=d C ，求阀的零位系数。s pa ??=-2104.1μ3/870m kg =ρ 解：对于全开口的阀，d W π= 由零开口四边滑阀零位系数 2. 已知一正开口量m U 31005.0-?=的四边滑阀，在供油压力Pa p s 51070?=下测得零位泄漏流量min /5L q c =，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀零位系数ρ s d q p w c k 20= s s d co p p wu c k ρ = ρ s d c p wu c q 2= 3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-?=，供油压力 Pa p s 510210?=，最大开口量m x m 30105.0-?=，求最大空载稳态液动力。 解：全开口的阀d W π= 最大空载液动力： 4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Pa p s 510210?=，系统稳定性要求阀的流量增益s m K q /072.220=，试设计计算滑阀的直径d 的最大开口量 m x 0。计算时取流量系数62.0=d C ，油液密度3/870m kg =ρ。 解：零开口四边滑阀的流量增益： 故m d 31085.6-?= 全周开口滑阀不产生流量饱和条件

5. 已知一双喷嘴挡板阀，供油压力Pa p s 510210?=，零位泄漏流量 s m q c /105.736-?=，设计计算N D 、0f x 、0D ，并求出零位系数。计算时取8.00d =C ， 64.0df =C ，3/870m kg =ρ。 解：由零位泄漏量 ρπs f N df c p X D C q 02???= 即16 0N f D X = 得： mm p C q D s df c N 438.0216=??= ρ π 则： 若： 8.00 =d df C C ， 16 10= N f D X 则mm D D N 193.044.00== 第三章 液压动力元件 习题 1. 有一阀控液压马达系统，已知：液压马达排量为rad m D m /10636-?=，马达容积效率为95%，额定流量为s m q n /1066.634-?=，额定压力Pa p n 510140?=，高低压腔总容积34103m V t -?=。拖动纯惯性负载，负载转动惯量为2 2.0m kg J t ?=，阀的流量增益s m K q /42=，流量-压力系数Pa s m K c ??=-/105.1316。液体等效体积弹性模量Pa 8e 107?=β。试求出以阀芯位移V x 为输入，液压马达转角m θ为输出的传递函数。 解：解：由阀控液压马达的三个基本方程 由阀控液压马达的三个基本方程 可得 ()q m m 32 t c tm t t 22 e m m s s s 4V K D J K C X V J D D θβ= +++

工程机械电液比例阀特点

工程机械电液比例阀特点、原理及应用 工程机械电液比例阀的特点及其应用—感谢山东科技大冯开林教授 1 引言 电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。近年研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。特别是在电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等 方面展现了其良好的应用前景。 2 工程机械电液比例阀的种类和形式 电液比例阀包括比例流量阀、比例压力阀、比例换向阀。根据工程机械液压操作的特点，以结构形式划分电液比例阀主要有两类：一类是螺旋插装式比例阀（screwin cartridge proportional valve），另一类是滑阀式比例阀（spool proportional valve）。 螺旋插装式比例阀是通过螺纹将电磁比例插装件固定在油路集成块上的元件，螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路和成本低廉等特点，近年来在工程机械上的应用越来越广泛。常用的螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例阀主要是比例节流阀，它常与其它元件一起构成复合阀，对流量、压力进行控制；三通式比例阀主要是比例减压阀，也是移动式机械液压系统中应用较多的比例阀，它主要是对液动操作多路阀的先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统的手动减压式先导阀，它比手动的先导阀具有更多的灵活性和更高的控制精度。可以制成如图1所示的比例伺服控制手动多路阀，根据不同的输入信号，减压阀使输出活塞具有不同的压力或流量进而实现对多路阀阀芯的位移进行比例控制。四通或多通的螺旋插装式比例阀可以对工作装置实现单独的控制。 滑阀式比例阀又称分配阀，是移动式机械液压系统最基本的元件之一，是能实现方向与流量调节的复合阀。电液滑阀式比例多路阀是比较理想的电液转换控制元件，它不仅保留了手动多路阀的基本功能，还增加了位置电反馈的比例伺服操作和负载传感等先进的控制手段。所以它是工程机械分配阀的更新换代产品。 出于制造成本的考虑和工程机械控制精度要求不高的特点，一般比例多路阀内不配置位移感应传感器，也不具有电子检测和纠错功能。所以，阀芯位移量容易受负载变化引起的压力波动的影响，操作过程中要靠视觉观察来保证作业的完成。在电控、遥控操作时更应注

液压控制系统(王春行版)课后题答案

` 第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀什么是实际滑阀 答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点零位工作点的条件是什么 | 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时， 阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是q=p=x=0 L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数为什么 答：流量增益 q q = x L V K ? ? ，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数 c q =- p L L K ? ? ，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益 p p = x L V K ? ? ，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 ， 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性 答：理想零开口滑阀 c0=0 K， p0= K∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏

流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力什么是瞬态液动力 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起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。 > 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = ！ 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为：

电液比例阀

3.2.1直动式比例溢流阀 直动式比例溢流阀的工作原理及结构见图3-2,。这是一种带位置电反馈的双弹簧结构的直动式溢流阀。它于手调式直动溢流阀的功能完全一样。其主要区别是用比例电磁铁取代了手动弹簧力调节组件。 如图3-2a所示，它主要包括阀体6，带位置传感器1、比例电磁铁2、阀座7、阀芯5及调压弹簧4等主要零件。当电信号输入时，电磁铁产生相应的电磁力，通过弹簧座3加在调压弹簧4和阀芯上，并对弹簧预压缩。此预压缩量决定了溢流压力。而压缩量正比输入电信号，所以溢流压力也正比于输入电信号，实现对压力的比例控制。 弹簧座德实际位置由差动变压器式位移传感器1检测，实际值被反馈到输入端与输入值进行比较，当出现误差就由电控制器产生信号加以纠正。由图3-2b所示的结构框图可见，利用这种原理，可排除电磁铁摩擦的影响，从而较少迟滞和提高重复精度等因素会影响调压精度。显然这是一种属于间接检测的反馈方式。 a b 图3-2 带位置电反馈的直动式溢流阀 a)工作原理及结构b）结构框图 1—位移传感器2—比例电磁铁3—弹簧座4—调压弹簧 5—阀芯6—阀体7—阀座8—调零螺钉 普通溢流阀可以靠不同刚度的调压弹簧来改变压力等级，而比例溢流阀却不能。由于比例电磁铁的推力是一定的，所以不同的等级要靠改变阀座的孔径来获得。这就使得不同压力等级时，其允许的最大溢流量也不相同。根据压力等级不同，最大过流量为2～10L/min。阀的最大设定压力就是阀的额定工作压力，而设定最低压力与溢流量有关。这种直动式的溢流阀除在小流量场合下单独作用，作为调节元件外，更多的是作为先导式溢流阀或减压阀的先

导阀用。另外，位于阀底部德调节螺钉8，可在一定范围内，调节溢流阀的工作零位。 3.2.2先导式比例溢流阀 1.结构及工作原理 图3-3所示为一种先导式比例溢流阀的结构图。它的上部位先导级6，是一个直动式比例溢流阀。下部为主阀级11，中部带有一个手调限压阀10，用于防止系统过载。 当比例电磁铁9通有输入信号电流时，它施加一个直接作用在先导阀芯8上。先导压力油从内部先导油口（取下螺堵13）或从外部先导油口X处进入，经流道口和节流3后分成两股，一股经节流孔5作用在先导阀芯7上，另一股经节流孔4作用在阀芯撒谎女上部。只要A油口压的压力不足以使导阀打开，主阀芯的上下腔的压力就保持相等，从而主阀芯保持关闭状态。这是因为主阀芯上下有效面积相等，从而主阀芯保持关闭状态。这是因为主阀芯上下有效面积相等，而上面有一个软弹簧向下施加一个力，使阀芯关闭。 当主阀芯是锥阀，它既小又轻，要求的行程也很小，所以这种阀的响应很快。阀套上有三个径向分布的油孔，当阀开启时使油流分散流走，大大减少噪声。节流孔4起动态压力发 亏作用，提高阀芯的稳定性。 图3-3 先导式比例溢流阀 1—先导油流道2—主阀弹簧 3.、4、5—节流口6—先导阀 7—外泄口8—先导阀芯9—比例电磁铁10—安全阀 11—主阀级12—主阀芯13—内部先导油口螺堵 A—进油口B—出油口X—外部先导油口Y—外部先导卸油口 与传统的先导式溢流阀不同，比例溢流阀的压力等级的获得是靠改变先导阀的阀座孔径来实现的。这点与比例直动式溢流阀完全相同。较大的阀座孔径对应着较低的压力等级。小阀座孔径可获得较高的额定值。阀座的孔径通常由制造厂根据阀座的压力等级在制造时已经确定。

电液伺服阀的结构组成原理(复习最精)

当A相通电转为A和B同时通电时，转子的磁极将同时受到A相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁场的共同吸引，转子的磁极则停在A和B两相磁极之间，此时步距角为15°，减小一半。 三相反应式步进电机的一个通电循环周期如下：A→AB→B→BC→C→CA,每个循环周期分为六拍。 每拍转子转过15°，一个通电循环周期转子转过90°。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。 2.为什么说液压阻尼比是一个可变量？低阻尼对液压系统的动态 特性有什么影响？如何提高系统的阻尼？这些方法各有什么优缺 点？ 因为阀的流量-压力系数是影响液压阻尼比的重要参数，而阀开口是可变的，流量-压力会随之改变，所以液压阻尼比是一个可变量。 低阻尼会使系统的稳定性下降。 提高液压阻尼比的方法：设置液压缸管路泄露通道；采用正开口阀；增设阻尼器；采用压力反馈、动压反馈或加速度反馈等。 采用压力反馈可以提高系统的阻尼比和固有频率，但会降低系统的开环增益，系统刚度降低， 干扰误差增加。 动压反馈校正能提高系统的阻尼比同时不改变系统的刚度。 加速度反馈校正可以提高系统的阻尼比，同时降低谐振的振幅。 低阻尼是影响系统的稳定性和限制系统频宽的主要因素之一。提高系统的阻尼的方法有以下几种： 1）设置旁路泄露通道。在液压缸两个工作腔之间设置旁路通道增加泄露系C。缺点是增大了功率损失，降低了系统的总压力增益和系统的刚度，增加数 tp 外负载力引起的误差。另外，系统性能受温度变化的影响较大。 K值大，可以增加阻尼，但也要使系统刚度2）采用正开口阀，正开口阀的 c0

降低，而且零位泄漏量引起的功率损失比第一种办法还要大。另外正开口阀还要带来非线性流量增益、稳态液动力变化等问题。 3）增加负载的粘性阻尼。需要另外设置阻尼器，增加了结构的复杂性。 4）在液压缸两腔之间连接一个机-液瞬态压力反馈网络，或采用压力反馈或动压反馈伺服阀。 3、影响液压动力执行元件特性的因素有哪些？有什么影响？如 何实现液压动力执行元件与负载的匹配？ 答:影响液压动力执行元件特性的因素有液压源压力、负载流量大小、液压缸尺寸。 影响：1)提高液压源压力，特性曲线形状不变，顶点右移。 2）提高流量大小，特性曲线顶点不变，形状变宽。 3）提高液压缸活塞面积，顶点右移，形状变窄，功率不变。 液压动力执行元件特性曲线包含负载特性曲线，且两曲线在最大功率处有公共切点，即为 液压动力执行元件与负载的最佳匹配。 4、液压固有频率有什么意义？提高液压固有频率对系统有什么 好处？如何提高系统固有频率？ 答：液压固有频率是负载惯性与液压缸封闭油腔中液体的压缩性相互作用的结果。 它常常是系统的最低频率，它的大小决定着伺服系统的响应速度。 提高液压固有频率可以提高系统的响应速度和动态品质。 提高方法:1)尽可能使阀靠近液压缸，减少管道体积，使系统油液体积减小到最低。2）选择高 品质液压油，弹性模量尽可能高。3）增加液压系统管道和腔室结构的刚度。液压固有频率是负载质量与液压缸工作腔中的油压缩性所形成的液压弹簧相互作用的结果。液压固有频率标示液压动力元件的响应速度。 提高液压固有频率的办法：增大液压缸活塞杆面积，Ap。减小总压缩体积Vt。减小折算到活塞上的总质量Mt。提高油液的有效体积弹性模量βe,液压阻尼比合适。 5.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 6.什么叫动力元件，有哪几种动力元件？ 液压动力元件是由液压放大元件（液压控制单元）和液压执行元件组成。液压放大元件可以使液压控制阀，也可以是伺服变量泵。液压执行元件是液压缸或液压马达。由他们组成四种基本型式的液压动力元件：阀控液压缸，阀控液压马达，泵控液压缸，泵控液压马达。前两种动力元件可以构成阀控（节流控制）系统，后两种动力元件可以构成泵控（容积控制）系统。

伺服阀和比例阀的区别

一般说来，好像伺服系统都是闭环控制，比例多用于开环控制；其次比例阀类型要多，有比例压力、流量控制阀等，控制比伺服药灵活一些。从他们内部结构看，伺服阀多是零遮盖，比例阀则有一定的死区，控制精度要低，反应要慢。但从发展趋势看，，抗特别在比例方向流量控制阀和伺服阀方面，两者性能差别逐渐在缩小，另外比例阀的成本比伺服阀要低许多污染能力也强 伺服阀通过闭环控制可以实现位置环和压力环而且精度非常高如：AGC、AWC等，比例阀加工精度和控制精度较低所以造价较低，有比例换向阀和比例压力阀和比例流量阀。但一些设备也用高频响的比例阀（如：连铸的动态轻压下），这种比例阀主要用于闭环控制，造价相对与伺服阀较低，频宽能达到20～30个HZ 伺服阀应用多用于 1.控制精度要求高，（高到什么程度？反馈精度如何计算？） 2.动态特性好(什么状况下叫动态特性好？怎么衡量？) 伺服阀、比例阀区别： 1.驱动装置不同。比例阀的驱动装置是比例电磁铁；伺服阀的驱动装置是力马达或力矩马达。 2.性能参数不同。滞环、中位死区、频宽、过滤精度等特性不同，因此应用场合不同，伺服阀和伺服比例阀主要应用在闭环控制系统，其它结构的比例阀主要应用在开环控系统及闭环速度控制系统。 3.阀芯结构及加工精度不同。比例阀采用阀芯+阀体结构，阀体兼作阀套。伺服阀和伺服比例阀采用阀芯+阀套的结构。 4.中位机能种类不同。比例换向阀具有与普通换向阀相似的中位机能，而伺服阀中位机能只有O型（Rexroth 产品的E型）。 5.阀的额定压降不同。 电液比例阀（还有其他种类的比例阀？伺服比例阀）是阀内比例电磁铁根据输入电压（电压从何而来？来自于控制信号或控制电路。控制信号从何而来？开环控制无信号反馈）信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈（开环控制为何需要反馈信号？）。 电液比例阀 1.形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、（充当液压控制\传动系统的电-液、电-气转换环节）（其他电-液、电-气转换元件？） 2.控制精度高、 3.安装使用灵活 4.抗污染能力强 插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点(?1.成本控制，2.控制的可靠性，3.批量大，安装方便，4.控制精度适中（何谓适中？）5.移动车载系统，动态特性？)，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。 Application: 1.移动式液压机械整体技术水平的提升 2.电控先导操作、 3.无线遥控 4.有线遥控操作 电液比例阀 1.比例流量阀、 作用 2.比例压力阀、 3.比例换向阀。 (三者在结构上有什么区别？和传统的流量、压力、换向阀有什么区别？) 按结构分 1.螺旋插装式比例阀（screwin cartridge proportional valve），应用灵活、节省管路和成本低廉

CSDY1射流管电液伺服阀产品说明书

CSDY1射流管电液伺服阀 产品说明书 编制： 校对： 审核： 审定： 九江仪表厂 一九八九年十二月

CSDY1射流管电液伺服阀产品说明书 一、概述： CSDY1系列射流管电液伺服阀是力反馈型两级流量伺服控制阀，具有性能良好，抗污染能力强，安全可靠以及寿命长的突出特点，适用于电液伺服系统的位置、速度、加速度和力的控制。 二、结构原理： 图1是CSDY1系列射流管电液伺服阀的原理图，力矩马达采用永磁力矩马达，由两个永久磁钢产生极化磁通，衔铁两端伸入磁通回路的空气隙中，弹簧管一端固定在壳体上，另一端固定在衔铁组件的钢套中。反馈弹簧组件的一端固定在射流管喷嘴上，反馈杆被夹牢在阀芯的中心位置。 高压油连续地从供油腔Ps通过滤油器及固定节流孔，到射流管喷嘴向两个接受孔喷射，接受孔分别与阀芯两端控制腔相通。 当力矩马达线圈组件输入控制电流时，由于控制磁通和极化磁通的相互作用，在衔铁上产生一个力矩，该力矩使衔铁组件绕弹簧管旋转，从而使射流管喷嘴运动导致两个接受孔腔产生压差引起阀芯位移，且一直持续到由反馈弹簧组件弯曲产生的反馈力矩与控制电流产生的控制力矩相平衡为止。 由于阀芯位移与反馈力矩成比例，控制力矩与控制电流成比例，伺服阀的输出流量与阀芯位移成比例，所以伺服阀的输出流量与输入的指令控制电信号亦成比例，若给伺服阀输入反向电控信号，则伺服阀就有反向流量输出。 三、技术性能指标：

1、供油压力范围（MPa） 2.1～31.5 2、额定供油压力（MPa）20.6 3、额定流量（L/min）2—40（按用户要求） 4、滞环（%）≤3 ≤5（用于低频控制系统） 5、分辨率（%）≤0.25 6、线性度（%）≤7.5 7、对称度（%）≤10 8、压力增益（%Ps/1%In）≥30 9、静耗流量（L/min）≤0.45+3%Qn 10、零偏（%）≤2 11、幅频宽（－3Db）(HZ) ≥70 ≥40（用于低频控制系列） 12、相频宽（－90°）（HZ）≥90 四、线圈连接方法： 伺服阀线圈的连接方法，插销头标号，外引出线颜色及控制电流的极性等参照下表和射流管电液伺服阀安装图（图2）

电液比例阀工作原理

电液比例阀是阀内比例电磁铁输入电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例压力、流量输出元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电形式进行反馈。电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，应用领域日益拓宽。近年研发生产插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它出现对移动式液压机械整体技术水平提升具有重要意义。特别是电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好应用前景。 2 工程机械电液比例阀种类和形式 电液比例阀包括比例流量阀、比例压力阀、比例换向阀。工程机械液压操作特点，以结构形式划分电液比例阀主要有两类：一类是螺旋插装式比例阀（screwin cartridge proportional valve），另一类是滑阀式比例阀（spool proportional valve）。 螺旋插装式比例阀是螺纹将电磁比例插装件固定油路集成块上元件，螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路和成本低廉等特点，近年来工程机械上应用越来越广泛。常用螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例阀主比例节流阀，它常它元件一起构成复合阀，对流量、压力进行控制；三通式比例阀主比例减压阀，也是移动式机械液压系统中应用较多比例阀，它主对液动操作多路阀先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统手动减压式先导阀，它比手动先导阀具有更多灵活性和更高控制精度。可以制成如图1所示比例伺服控制手动多路阀，不同输入信号，减压阀使输出活塞具有不同压力或流量进而实现对多路阀阀芯位移进行比例控制。四通或多通螺旋插装式比例阀可以对工作装置实现单独控制。 滑阀式比例阀又称分配阀，是移动式机械液压系统最基本元件之一，是能实现方向与流量调节复合阀。电液滑阀式比例多路阀是比较理想电液转换控制元件，它保留了手动多路阀基本功能，还增加了位置电反馈比例伺服操作和负载传感等先进控制手段。它是工程机械分配阀更新换代产品。 出于制造成本考虑和工程机械控制精度要求不高特点，一般比例多路阀内不配置位移感应传感器，具有电子检测和纠错功能。，阀芯位移量容易受负载变化引起压力波动影响，操作过程中要靠视觉观察来保证作业完成。电控、遥控操作时更应注意外界干涉影响。近来，电子技术发展，人们越来越多采用内装差动变压器（ＬＤＶＴ）等位移传感器构成阀芯位置移动检测，实现阀芯位移闭环控制。这种由电磁比例阀、位置反馈传感器、驱动放大器和其它电子电路组成高度集成比例阀，具有一定校正功能，可以有效克服一般比例阀缺点，使控制精度到较大提高。 3 电液比例多路阀负载传感与压力补偿技术 节约能量、降低油温和提高控制精度，同时也使同步动作几个执行元件运动时互不干扰，现较先进工程机械都采用了负载传感与压力补偿技术。负载传感与压力补偿是一个很相似概念，都是利用负载变化引起压力变化去调节泵或阀压力与流量以适应系统工作需求。负载传感对定量泵系统来讲是将负载压力负载感应油路引至远程调压溢流阀上，当负载较小时，溢流阀调定压力也较小；负载较大，调定压力也较大，但也始终存一定溢流损失。变量泵系统是将负载传感油路引入到泵变量机构，使泵输出压力随负载压力升高而升高（始终为较小固定压差），使泵输出流量与系统实际需要流量相等，无溢流损失，实现了节能。

液压伺服工作原理

液压伺服工作原理 1.1 液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。 电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。 液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。 图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。这个系统的输入量是电位器5的给定值 x i 。对应给定值x i ，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流 信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v 。阀开口x v 使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。同时，液压缸 活塞杆也带动电位器6的触点下移x p 。当x p 所对应的电压与x i 所对应的电压相 等时，两电压之差为零。这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。 图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统 1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服阀 在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反