3.10 滑阀的输出功率及效率

在液压控制系统中，滑阀经常作为功率放大元件使用，从经济指标出发应该研究其输出功率和效率，但在伺服系统中，效率问题相对来说是次要的，特别是在中、小功率的伺服系统中。因为在伺服系统中，效率是随负载变化而变化的，而负载并非恒定，所以系统效率不可能经常保持在最高值。另外，作为控制系统，系统的稳定性、响应速度和精度等指标往往比效率更重要。为了保证这些指标，经常不得不牺牲一部分效率指标。

下面讲解零开口四边滑阀的输出功率和效率问题。假设液压泵的供油压力为ps，供油流量为qs，阀的负载压力为pL，负载流量为qL，则阀的输出功率（负载功率）为

由式（3-132）可知，当pL=0时，NL=0，pL=ps时，NL=0。通过，可求得输出功率为最大值时的pL值为

阀在最大开度xVm和负载压力时，输出最大功率为

液压控制系统的效率与液压能源的形式及管路损失有关。下面的分析是忽略管路的压力损失，因此液压泵的供油压力ps也就是阀的供油压力。

令，，编制程序，MATLAB程序的源代码如下：

     fplot('x*sqrt(1-x)',[0 1 0 0.4],'black-')
      hold on
      x=2/3*ones(1,6)
      y=0:0.3:1.5
      hold on
      plot(x,y,'black--')
      hold off
      grid on
      xlabel('p_L/p_s')
      ylabel('N_L/N_0 ')

其无因次曲线如图3-23所示。

图3-23　负载功率随负载压力变化曲线

采用变量泵供油时，由于变量泵可自动调节其供油流量qs来满足负载流量qL的要求，因此qs=qL。阀在最大输出功率时的最高效率为

采用变量泵供油时，因为不存在供油流量损失，因此这个效率也是滑阀本身所能达到的最高效率。

当采用定量泵加溢流阀作液压能源时，定量泵的供油流量应等于或大于阀的最大负载流量qLmax（即阀的最大空载流量qom）。阀在最大输出功率时的系统最高效率为

在这个效率中，除了滑阀本身的节流损失外，还包括溢流阀的溢流损失，即供油流量损失，因此是整个液压控制系统的效率。这种系统的效率是很低的，但由于其结构简单、成本低、维护方便，特别是在中、小功率的系统中，仍然获得广泛应用。

上述分析结果表明，在时，整个液压控制系统的效率最高，同时阀的输出功率也最大，故通常取作为阀的设计负载压力。限制pL值的另一个原因是在的范围内，阀的流量增益和流量–压力系数的变化也不大。因为流量增益降低和流量–压力系数增大会影响系统的性能，所以一般都是将pL限制在的范围内。