液压伺服系统

11.液压传动工作原理11222AFAFAGpqAA221121-油箱;2-过滤器;3、12、14-回油管;4-液压泵;5-弹簧;6-钢球;7-溢流阀;8-压力支管;9-开停阀;10-压力管;11-开停手柄;13-节流阀;15一换向问;16-换向阀手柄;17-活塞;18-液压缸;19-工作台机床工作台液压系统的工作原理图32.液压传动的组成和表示方法2.1系统的组成液压系统主要由以下四部分组成：（1）能源装置——把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。（2）执行元件——把油液的液压能转换成机械能的元件。有作直线运动的液压缸，或作回转运动的液压马达。（3）控制调节元件——对系统中油液压力、流量或油液流动方向进行控制或调节的元件。例如图绪2中的溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。（4）辅助元件——上述三部分以外的其他元件，例如油箱、过滤器、油管等。它们对保证系统正常工作有重要作用。气压传动系统，则除了能源装置—气源装置，执行元件一气缸、气马达，控制元件—气动阀，辅助元件—管道、接头、消声器外，常常还装有一些完成逻辑功能的逻辑元件等。42.2系统的图形符号表示1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—溢流阀；5—开停阀；6—节流阀；7—换向阀；8—活塞；9—液压缸；10—工作台机床工作台液压系统的图形符号图53.液压传动优点（1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力。（2）液压装置工作比较平稳。（3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。（4）液压传动易于自动化，它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制。（5）液压装置易于实现过载保护。（6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计，制造和使用都比较方便。（7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。6液压传动的缺点（l）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。（2）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。（3）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对工作介质的污染比较敏感。（4）液压传动出现故障时不易找出原因。74.液压传动的应用液压传动在各类机械行业中的应用实例行业名称应用场所举例工程机械挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、液压千斤顶、平地机等农业机械联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等冶金机械电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等8不同精度的液压传动装置的应用场合9分类：按输出物理量分：位置、速度、力伺服系统按信号分类：机液、电液、气液伺服系统按元件分：阀控系统、泵控系统特点：泵承载能力大、控制精度高、响应速度快自动化程度高、体积小；但是，元件造价高，对油要求高，反应灵敏度高，效率较低。5.液压伺服系统105.1采用电压比较的液压工作台位置控制系统传感器1被控对象传感器2比较元件执行元件放大元件指令元件111234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:9-Oct-2002SheetofFile:D:\陈奎生\电路\伺服电路板.ddbDrawnBy:R2950KR3050K给定(U1)反馈(-U2)比较输出(DU)-15V+15VR3220K-+47326OP741-12345678U?AD620AN(8)W14100K(调50k)W14100K给定(U1)反馈(U2)比较输出(DU)-15V+15V地给定(U1)反馈(U2)比较输出(DU)-+给定(U1)反馈(U2)比较输出(DU)-+电压比较KaKaUi-UPDUKa12控制框图控制系统组成：•被控对象•指令元件•比较元件•指令传感器•反馈传感器•动力元件（阀、缸）扰动指令电位器反馈电位器伺服阀液压能源I液压缸电放大KaIUiE-电压比较UPKa被控工作台XP工作台指令Xi液压动力元件放大元件135.2采用电压比较的电动工作台位置控制系统传感器1被控对象传感器2比较元件执行元件放大元件指令元件14电动力元件控制框图扰动指令电位器反馈电位器可控硅电源I电放大KaEUiE-电压比较UPKa被控工作台XP工作台指令Xi电机控制系统组成：•被控对象•指令元件•比较元件•指令传感器•反馈传感器•动力元件（可控硅、电机）将液压动力元件（伺服阀、缸）换成电动力元件（可控硅与电动机）155.3采用力比较的液压工作台位置控制系统指令传感器K1反馈传感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K216比较元件1K1+K2力比较XiK1指令传感器K2反馈传感器xvDFF1F1-F2F2伺服阀XP17液压动力元件控制框图采用力比较方式，用弹簧作为位移-力传感器，以阀芯作为力比较元件。扰动液压缸1K1+K2DF-力比较Ka被控工作台XP工作台指令XiF1F1F2F2指令传感器K1指令传感器反馈传感器K2反馈传感器伺服阀液压能源xv185.4采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统指令元件与阀芯相连受控对象与阀套相连Xi=X芯Xp=X套19阀芯与阀套阀芯阀套直接位置比较Xv-位置比较XiX芯X套1指令与阀连1对象与阀套连伺服阀XP20阀芯与阀套控制框图采用阀芯阀套直较方式扰动液压缸Xv-位置比较Ka被控工作台XP工作台指令XiX芯X套1指令传感器1反馈传感器伺服阀215.5液压伺服控制系统的组成液压伺服和比例控制系统由以下一些基本元件组成：•输入元件：也称指令元件，它给出输入信号(指令信号)加于系统的输入端，是机械的、电气的、气动的等。如靠模、指令电位器或计算机等。•反馈测量元件：测量系统的输出并转换为反馈信号。这类元件也是多种形式的。各种传感器常作为反馈测量元件。•比较元件：将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差信号。•放大转换元件：将偏差信号故大、转换成液压信号(流量或压力)。如伺服放大器、机液伺服阀、电液伺服阀等。•执行元件：产生调节动作加于控制对象上，实现调节任务。如液压缸和液压马达等。•控制对象：被控制的机器设备或物体，即负载。•其它：各种校正装置，以及不包含在控制回路内的液压能源装置。22图示的钢带张力控制系统中，2为牵引辊，8为加载装置，它们使钢带具有一定的张力。由于张力可能有波动，为此在转向辊4的轴承上设置一力传感器5，以检测带材的张力，并用伺服液压缸1带动浮动辊6来调节张力。当实测张力与要求张力有偏差时，偏差电压经放大器9放大后使得电液伺服阀7有输出活塞带动浮动辊6调节钢带的张紧程度以减少其偏差，所以这是力控制系统。钢带张力控制系统23电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关键的精密控制元件，价格昂贵，所以伺服阀的选择，应用要谨慎，保养要特别仔细。本文介绍电液伺服阀选择、使用和保养的一些基本方法。5.6电液伺服阀的使用245.6.1电液伺服阀的选用电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关键的精密控制元件，选用时主要考虑以下因素：•可靠性第一•满足工作条件•价格合理•工作液、油源•电气性能和放大器•安装结构、重量、外型尺寸25伺服阀的选用方式：•按精度要求选用•按用途选用•按控制形式选用26•按控制形式选用①位置伺服系统27②压力或力控制伺服系统28③速度控制伺服系统295.6.2通用型伺服阀的介绍5.6.2.1双喷嘴挡板力反馈电液流量伺服阀305.6.2.2射流管式力反馈电液流量伺服阀315.6.2.3动圈式（或动铁式）电液流量伺服阀325.6.2.4直接驱动单级伺服阀（DDV）335.6.2.5偏导射流式电液伺服阀345.6.2.6射流管式电液压力伺服阀35•双喷挡阀、射流管阀和偏导射流式阀都是力反馈型伺服阀，线性度好，性能稳定，抗干扰能力强，零漂小。•双喷挡阀的档板与喷嘴间隙小，易被污物卡住。•射流管阀喷嘴为最小流通面积处，过流面积大，不易堵塞，抗污染性好。•射流管阀具有“失效对中能力”。36•射流管阀动态性能稍低于喷挡阀。•原因一：同规格阀，射流管阀阀芯直径＞喷挡阀•原因二：射流管喷嘴直径大小（内泄）事实上：•射流管阀相频宽可超过100Hz，高的达200Hz。•射流放大器压力效率和容积效率高，分辨率比双喷挡阀高得多。•低压工作性能优良（0.5MPa）。37•动圈式伺服阀：直接反馈式伺服阀。•结构简单，造价低，外部可调整零位。•动态比较低，廉价的工业伺服阀。•双滑阀结构摩擦力较大，分辨率和滞环较差，使用中要加颤振信号。•对油液清洁度较敏感。38•DDV阀：一级电反馈脉宽调制阀，力马达直接驱动阀芯，动态特性与供油压力没有直接关系,低压工作性能比较好。•两个问题：①大流量输出时控制电流可达1.4A或更大。②力马达输出力较电磁铁大，但比有液压前置级的两级阀还是小很多。39M公司认为射流管先导级工作特点：a)流量接受效率高，能耗低。b)具有很高的无阻尼自然频率（500Hz）。c)性能可靠。压力效率高，阀芯驱动力大，阀芯的位置重复精度好。d)最低先导级控制压力2.5MPa，可用于低压系统。e)先导级过滤器的寿命几乎是无限的。f)由于阀的频率响应改善，功率级滑阀的增益得到了提高，因此阀具有优异的静、动态性能。405.6.3伺服阀静动态性能指标对系统的影响•线性度和对称度：影响伺服系统的精度，对速度控制系统影响最直接、最大。•零位区域特性：对位置控制精度影响较大。•分辨率：精度要求较高的系统对分辨率要求高，另一种办法就是添加颤振信号。•压力增益：位置控制系统要求压力增益尽可能高，提高系统刚性；力控制系统要求增益平坦点，便于力控系统的调节。41•为了系统的稳定，系统的前置增益，要求其•较高的伺服阀频宽可以保证系统增益足够大，这样系统精度、快速性和稳定性能得到保证。42对伺服放大器的要求：•具有深度电流负反馈的放大器•放大器要带有限流功能•输出调零电位器•有时还带有颤振信号发生电路•输出端不要有过大的旁路电容或泄漏电容43放大器的功率级输出的一般原理图445.6.4电液伺服阀使用维护说明5.6.4.1液压系统污染度要求①安装伺服阀的液压系统必须进行彻底清洗。②伺服阀进油口前必须配置公称过滤精度不低于10的滤油器③使用射流管电液伺服阀的液压系统油液推荐清洁度等级为：•长寿命使用时应达到-/16/13级（NAS7级）•一般使用最差不劣于-/19/15级（相当于NAS10级）。455.6.4.2安装要求①安装座表面粗糙度值应小于Ra1.6，表面不平度不大于0.025mm。②不允许用磁性材料制造安装座，周围不允许有明显的磁场干扰。③安装工作环境应保持清洁，清洁时应使用无绒布或专用纸张。④进口油和回油口不要接错。⑤检查底面各油口的密封圈是否齐全。46⑥每个线圈的最大电流不要超过2倍额定电流⑦油箱应密封，并尽量选用不锈钢板材。油箱上应装有加油及空气过滤用滤清器。⑧禁止使用麻线、胶粘剂和密封带作为密封材料。⑨伺服阀的冲洗板应在安装前拆下，并保存起来，以备将来维修时使用。47（10）对于长期工作的液压系统，应选较大容量的滤油器。（11）动圈式伺服阀使用中要加颤振信号，有些还要求泄油直接回油箱，伺服阀还必须垂直安装。（12）双喷挡伺服阀要求先通油后给电信号。485.6.4.3维修保护①定期检查工作液的污染度。②建立新油是“脏油”的概念，注入新油前应彻底清洗油箱，清洗24小时以上③不得擅自分解伺服阀④定期返回生产单位清洗、调整⑤油质保持相对较好的油源，可较长时间不换油49⑥切忌让铁磁物质长期与马达壳体相接触⑦除非外部有机械调零装置，否则不要自己擅拆伺服阀去调零。⑧最好接受厂方的指导更换伺