零重叠四通阀的特性分析与优化

1.综合特性

若令图3-12中的预开口Δ=0，便是零重叠的四通阀，它是工程中最常用的控制阀。此时q₂及q₃均为零，因为窗口已被堵死，所以负载流量方程写成

若忽略泄漏及液体的可压缩性，则根据流量连续性可知

q₁=q₄=q_L（3-31）

因此

上式消去C_dwx可得到，故式（3-18）及式（3-19）在此仍然适用，因此将式（3-19）代入式（3-30）并注意到式（3-31），可得到零重叠四通阀的负载流量方程式，或者叫做综合特性方程式

或者写成

若仍以x为参变量，以q_L为纵坐标，以p_L为横坐标可画出零重叠四通阀的负载流量-压力曲线（或叫综合特性曲线），如图3-16所示。图3-16中仍采用无因次形式，即将式（3-33）化成下列形式

若设

图3-16 零重叠四通滑阀的负载压力-流量曲线

式中 q_M——零重叠四通阀的最大空载流量（m³/s）；

x_max——滑阀的最大位移（m）。

则可将式（3-34）化成

若以x/x_max为参变量，以q_L/q_M为纵坐标，以p_L/p_s为横坐标便可画出图3-16。而阀系数k_x、k_p及k_px随工作点不同而变化很小，由这种滑阀组成的系统的品质比较稳定，特别便于校正。其缺点是负载流量对负载压力的变化比较敏感，因而系统的刚度小，不适于用在位置系统；零重叠四通阀的综合特性曲线是两组抛物线分别汇交于横轴上p_L=±p_s的两点。其中q_L对p_L变化的敏感程度较负重叠四通阀小，因而刚度大，适用于位置系统。同时，因为阀孔口是匹配和对称的，所以图3-16的综合特性曲线对称于原点。

2.阀系数的确定(www.xing528.com)

对式（3-33）取线性化增量方程仍可得到式（3-27）的形式，其中

若选择工作点p_L0=x₀=0，则零位系数k_x变成

而k_p=0，k_px=∞。由于阀芯与阀套之间的径向间隙总是存在的，对于新阀来说这种间隙约为0～4×10^-4cm，因此流量-压力系数的零位值可用式（3-39）计算

式中 r_c——阀芯与阀套之间的间隙（m）；

μγ——液体粘度（Pa·s）。

由式（3-38）及式（3-39）可得到压力灵敏度系数k_px的零位值

3.特性分析

（1）流量增益 式（3-38）表明，四通阀的零位流量增益取决于供油压力p_s和阀的面积梯度w，这两个量在实际应用中容易测量，所以k_x容易准确计算和控制。理想阀的k_x和实际阀的k_x十分接近，故可以放心的使用。该增益值直接关系到伺服系统的稳定性，因为零位时的k_x比较准确，所以系统的稳定性可靠，这也是液压伺服系统的一个优点。其流量增益特性曲线如图3-17所示。从图3-17中可以看出，阀的输出流量与输入电流成正比。但由于磁滞回线、摩擦等因素的影响，q_L与i的关系曲线不完全是线性变化的。图3-17中p_L=0称为流量增益特性曲线，从此曲线上可以找到滞环、线性度和对称性等特点。

图3-17 流量增益特性曲线

（2）压力增益特性 图3-18是切断负载通道时的压力特性曲线，在其原点处，容易求出其切线斜率，此斜率就是阀的零位压力增益k_px=∞，若阀芯很小的位移变化，能使负载压力很快增加到供油压力p_s，就说明这种阀的压力增益很高。如果压力增益低就表明阀的零位电流大，零位处的配合不好，从而导致阀的动作缓慢而迟钝。

（3）泄漏特性 实际的和理想的零重叠滑阀的差别就在于零位泄漏特性。图3-19是泄漏流量曲线，它表明阀在零位时液流的功率损失，因此称之为静耗流量，且在零位时最大。对两级伺服阀，泄漏量q_c由喷挡阀的流量q_q0及滑阀零位泄漏流量q_L0两部分组成。其中q_q0的大小由喷嘴直径，喷挡的零位距离等因素决定，而q_L0的大小表明了阀芯，阀套之间的配合精度或者磨损情况。

q_c=q_L0+q_q0，代表了阀的能量损失。

图3-18 关闭负载通道后的压力增益曲线

图3-19 典型的泄漏流量曲线