电液伺服系统

Q0 Cd w1 xv max v0 A1 A1
哈工大电液所 IEST Lihr@
则活塞杆伸出和缩回时的无因次速度可表示为
xv >0
v v0
由图可见，当负载大范围变化时，液压缸两腔将会出现超压或气蚀现象。 对称阀控制非对称缸系统的负载变化范围受到了限制， 特别是承受拉向负载的能力较差。 为防止气蚀和超压现象，必须采取一定技术措施。
哈工大电液所 IEST Lihr@
8
2.3传统防气蚀和超压的技术措施 几种传统防气蚀和超压措施：
1 FL （N ）
2

3 104
-2
-1
0 1 FL （N ）
2

3 10 4
无杆腔压力变化（m=n）
有杆腔压力变化（m=n）
可见，液压缸两腔压力不再受运动方向影响，换向时的压力突变消 失，系统能够承受的负载变化范围变大。完全匹配的非对称阀控制非 对称缸从根本上消除了非对称缸对系统压力特性带来的不利影响。
2m 2 (nPs PL ) 3 2 (n m )
令Q0、v0为FL=0和xv=xvmax(xv﹥0)时，阀的空载最大流量和活 塞杆的空载最大速度（伸出速度）为：
Q0 C d w1 xv max 2m 2 Ps 3 2 (n m )
2m 2 Ps (n3 m 2 )
21
2.2对称阀控制非对称缸时的压力突跳
ps p0
4
1
2
3
xv

当Xv>0，阀进出油口的节 流方程为：
q1 p1 A1
q2 p2
M
V1 y0
FL
Q1 Cd wxv
Q2 Cd wxv
2

2
( Ps P ) 1
P2
A2 V2
L y0
y
阀控非对称缸系统

图中：A2/A1=n，w2/w1=m； w1=w4，w2=w3；
v FL(=mLg) mL
w1 =w2 =w3 =w4 w
A2 / A1 n 1
A Q1 (Q1')
A2
P2 (P2') w=4h
A—A h 或 w=2h h
A1 P1 (P1')
Q2 (Q2') Xv
4 A
1
2
3
PS
P0
5
阀控非对称缸原理图
哈工大电液所 IEST Lihr@
哈工大电液所 IEST Lihr@
11
2.4.2阀与缸不完全匹配的情况
实际应用时，可能采用与缸的不对称度不完全匹配的非对称阀(m≠n) 当活塞杆运动方向改变时，两腔压力变化为：
无杆腔：
n(m2 n 2 ) Ps P P ' P 1 1 1 n3 m 2
(m2 n2 ) Ps P2 P2' P2 n3 m 2
m2 (1 n 2 ) Ps A1 FL Ps A1 n m2 nP A F Ps A1 s 1 L 2 n
xv 0 xv 0
可见，完全匹配的非对称阀―非对称缸系统的承载能力最大，
不完全匹配的非对称阀―非对称缸系统次之，对称阀―非对称缸系
统的承载能力最差。这一承载能力，可从阀控非对称缸的压力－负 载曲线上看出来。
液压缸有杆腔的压力变化(n=0.51)
哈工大电液所 IEST Lihr@
17
2.6阀控非对称缸的输出特性（压力－流量特性或负载速度－力特性） 2.6.1对称阀控制对称缸的输出特性 液压缸为对称缸时，流量方程可写成：
V＝QL/A （QL/Q0） V0 + (Q0(Qmax+))
QL Cd wxv
xv ( Ps PL ) xv 1
-1
FL0=0 (-PSA) 0
1.0 0.75 0.5 0.25
FL=APL (PL/PS)
1 (PSA) -0.25
Q0 Cd wxv max
1

Ps
-0.5 -0.75 -1.0
xv xv PL QL 1 Q0 xv max xv Ps
V0 (Q0(Qmax-))
2
A2 A1
一、非对称缸电液伺服系统 研究意义
1.1 非对称缸及其特点

非对称缸就是普通常用的单出杆液压缸 结构尺寸紧凑，安装使用方便，价格低廉 图中为几种液压缸结构原理
a) 单出杆非对称缸
b) 双出杆对称缸
c) 单出杆对称缸
哈工大电液所 IEST Lihr@
3
1.2非对称缸电液伺服系统的特点

非对称缸电液伺服系统远比对称缸系统复杂，控制起来存在许多问题。 ①换向压力突跳问题，易出现气蚀和超压现象； ②两个方向上系统动特性不对称。

分析与设计方法与对称缸电液伺服系统不同
哈工大电液所 IEST Lihr@
4
二、 阀控非对称缸系统的静态特性
2.1对称阀控制非对缸系统的结构原理
对称阀控持对称缸输出特性
18
哈工大电液所 IEST Lihr@
2.6.2对称阀控制非对称缸的输出特性
当活塞杆伸出(Xv >0)，
v Q1 C d wxv A1 A1 2 ( Ps P1 ) C d wxv A1 2 ( Ps PL1 ) 3 (1 n )
哈工大电液所 IEST Lihr@
16
以对称阀控制非对称缸为例，其压力特性如图所示
15 10
15
P1 '
P2(MPa)
10
P2 '
P1(MPa)
5
5 P2 0
P1
0
-5 -2
1
0
1
2
FL(N)
3 4 x 10
-5 -2
-1
0
1 FL(N)
2
3 4 X 10
液压缸无杆腔的压力变化(n=0.51)
p1气蚀条件 p1超压条件
n3 （ p1限制条件） 2 Ps A1 FL Ps A1 m m2 (1 n 2 ) Ps A1 FL Ps A1 （p2限制条件） n p 超压条件 p 气蚀条件
2 2
（活塞杆伸出）时， 当 xv 0 负载 FL 的变化范围限制在
p1' 气蚀条件 p1' 超压条件
有效负载范围为：
n3 2 Ps A1 FL Ps A1 m n3 nP A F (1 n ) Ps A1 s 1 L 2 m
xv 0 xv 0
15
哈工大电液所 IEST Lihr@
（4）. 当m﹤n（是一种不完全匹配的非对称阀控非对称缸）时， 有效负载范围为：
FL=0 -nPSA1 -n3PSA1 0
0.5 0.25
(1-n+n3)PSA1 PSA1
FL
-0.25 -0.5 -0.75 -1.0
超压区
nV0max+
对称阀控非对称缸系统输出特性曲线
哈工大电液所 IEST Lihr@
20
2.6.3非对称阀控制非对称缸的输出特性 当活塞杆伸出(Xv >0)，
' 1
p s FL / A1 p2 p 1 n
' 2
P＝0 1
P2＝0
压力突跳不存在了
哈工大电液所 IEST Lihr@
10
15
15
P2 （MPa ）
P1 （MPa ）
10 P1 ,P ' ,P10 1 5 0
10
P2 ， 2'， 20 P P
5 0
-2
-1
0
n3 nPs A1 FL (1 n 2 ) Ps A1 m m2 nPs A1 FL 2 Ps A1 n ' '
p2 超压条件 p2气蚀条件
（ p1 限制条件）
'
'
（ p2 限制条件）
哈工大电液所 IEST Lihr@
14
针对阀控非对称缸可能出现的四种情况加以讨论： （1）. 当m=1（即对称阀控制非对称缸）时，有效负载范围为：
n 3 Ps A1 FL Ps A1 nPs A1 FL (1 n n 3 ) Ps A1
xv 0 xv 0
（2）. 当m=n（即完全匹配的非对称阀控非对称缸）时，有效负载范围为：
nP A1 FL Ps A1 s
n （3）. 当m 1 ， 1且m﹥n（是一种不完全匹配的非对称阀控制非对称缸）时，
3 阀控非对称缸系统传递函数建模简介及应用传递函数分析和设计 实际系统应注意的四个问题
4 对称阀控非对称缸系统静态、动态特性存在的若干问题 5 非对称阀控制非对称缸系统的非线性状态方程建模 6 应用非线性状态方程分析阀口误差对系统压力特性的影响 7 小结
哈工大电液所 IEST Lihr@
7
哈工大电液所 IEST Lihr@
15
P1 （MPa）
15
P2 （MPa）
10
P1' P10 P1 P1
10 P2 P2
P2'
5 0
5 0
P20
-2
-1
0
1 FL（N）
2
3 104
-2
-1
0 1 FL（N）
2
3 104
无杆腔压力变化（PS＝10 MPa）
有杆腔压力变化（PS＝10 MPa ）
mL
1. 对负荷变化的范围加以限制 2. 将液压缸的面积设计得很大
防气蚀阀组
3. 国外曾采用在液压缸的两腔 设置防气蚀单向阀组和安全 阀，以及在阀与有杆腔之间 的管路上设置单向节流阀等 加以补救。图中为其原理。 然而，负载变化范围 仍然不够理想，压力 突跳不能消除。