滑阀控制液压缸运动的速度和方向的原理及应用

滑阀是节流式元件，利用阀芯在阀套中滑动来控制通过阀口的流量，使通过阀的流量与阀芯的位移成正比。根据滑阀控制边数（起控制作用的阀口数）的不同，滑阀有单边控制式、双边控制式和四边控制式3种类型。

图8.2.1所示为单边滑阀的工作原理。滑阀控制边的开口量xs控制着液压缸右腔的压力和流量，从而控制液压缸运动的速度和方向。来自泵的液压油进入单杆液压缸的有杆腔，通过活塞上的小孔a进入无杆腔，压力由ps降为p1，再通过滑阀唯一的节流口流回油箱。在液压缸不受外负载作用的条件下，p1A1=psA2。当阀芯根据输入信号向左移动时，开口量xs增大，无杆腔压力p1减小，于是p1 A1＜psA2，缸体向左移动。因为缸体和阀体刚性连接成一个整体，故阀体左移又使xs减小（负反馈），直至系统达到平衡状态。

图8.2.1　单边滑阀的工作原理

图8.2.2所示为双边滑阀的工作原理。液压油一路直接进入液压缸有杆腔，另一路经过滑阀左控制边的开口xs1和液压缸无杆腔相通，并经滑阀右控制边的开口xs2流回油箱。当滑阀向左移动时，xs1减小，xs2增大，液压缸无杆腔压力p1减小，两腔受力不平衡，缸体向左移动；反之，缸体向右移动。双边滑阀比单边滑阀的调节灵敏度高，工作精度高。

图8.2.2　双边滑阀的工作原理

图8.2.3所示为四边滑阀的工作原理。滑阀有4个控制边，开口xs1、xs2分别控制进入液压缸两腔的液压油，开口xs3、xs4分别控制液压缸两腔的回油。当滑阀向左移动时，液压缸左腔的进油口xs1减小，回油口xs3增大，使p1迅速减小；与此同时，液压缸右腔的进油口xs2增大，回油口xs4减小，使p2迅速增大。这样就使活塞迅速左移。与双边滑阀相比，四边滑阀同时控制液压缸两腔的压力和流量，故调节灵敏度更高，控制精度也更高。

图8.2.3　四边滑阀的工作原理图

由上述可知，滑阀的基本功能是连续改变控制边（节流口）与阀套的相对位置，从而改变阀口的通流面积，以改变进入液压缸（执行元件）两腔的压力和流量，达到控制液压缸输出运动速度和力的目的。单边、双边和四边滑阀的控制作用相同，均能起到换向和节流作用。控制边数越多，控制精度越高，但阀的结构工艺性也越差。通常情况下，四边滑阀多用于精度要求较高的系统，单边、双边滑阀用于对控制精度要求一般的系统。(www.xing528.com)

根据阀在中间平衡位置时控制边与阀套形成的不同初始开口量，滑阀又可以分为负开口（xs＜0）（正重叠）、零开口（xs=0）（零重叠）和正开口（xs＞0）（负重叠）3种形式，如图8.2.4所示。

图8.2.4　滑阀的3种开口形式

（a）负开口；（b）零开口；（c）正开口

不同开口量的阀具有不同的流量增益，如图8.2.5所示。事实上，从零位附近流量增益曲线的形状来确定阀的开口形式要比用上述几何关系进行划分更为合理，因为零开口阀实际上总具有一个微小的正重叠量（2～3 μm），以补偿径向间隙，使阀的增益具有线性特性。

图8.2.5　不同开口的流量增益

在一般情况下，希望伺服系统尽可能具有线性增益特性，故零开口阀得到最广泛的应用。负开口阀由于其流量增益特性具有死区，将导致稳态误差，并且有时还可能引起游隙，从而产生稳定性问题，因此很少采用。正开口阀用于要求有一个连续的液流以便使油液维持合适温度的场合，也用于要求采用恒流量能源的系统中。不过，它在零位时有较大的功率损耗，而且由于正开口以外区域增益降低和压力灵敏度低等缺点，使它只能于某些特殊场合。