第十章液压伺服系统

第十章液压伺服系统本章学习要求1 掌握液压伺服系统的工作原理和特点 2 了解液压伺服系统的分类及优缺点 3 掌握液压伺服滑阀 喷嘴挡板阀 射流管阀的工作原理 4 掌握电液伺服阀的结构原理 5 掌握车床液压仿型刀架及机械手伸缩运动伺服系统的工作原理 6 了解液压伺服系统的基本性能要求 伺服系统又称随动系统或跟踪系统 是一种自动控制系统 在这种系统中 执行元件能够自动地 快速而准确地按照输入信号的变化规律而动作 同时 系统还起到将信号功率放大的作用 这种由液压元件组成的伺服系统称为液压伺服系统 第一节概述一 液压伺服系统的工作原理图l0 l是一个简单液压伺服系统的原理图 可以看出 液压伺服系统有如下特点 1 跟踪 2 放大 3 反馈 4 偏差 图l0 l 液压伺服控制的基本原理是 利用反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号 该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量 使系统向着减小偏差的方向变化 直至偏差等于零或足够小 从而使系统的实际输出与希望值相符 液压伺服系统的工作原理可用方块图来表示 如图10 2所示 图10 2 二 液压伺服系统的分类1 按输出的物理量分 有位置伺服系统 速度伺服系统 力 或压力 伺服系统等 2 按控制信号分 有机液伺服系统 电液伺服系统 气液伺服系统 3 按控制元件分 有阀控系统和泵控系统 三 液压伺服系统的优缺点优点 承载能力大 控制精度高 响应速度快 自动化程度高 体积小 重量轻 缺点 价格较贵 对油液的污染比较敏感 在小功率系统中 液压伺服控制不如电子线路控制灵活 第二节液压伺服阀一 滑阀图10 3 10 4 10 5分别表示单边滑阀 双边滑阀 四边滑阀的工作原理 图10 3双边滑阀的工作原理 图10 4双边滑阀的工作原理 图10 5四边滑阀的工作原理 由上述可知 单边 双边和四边滑阀的控制作用是相同的 边数越多 控制性能就越好 但其结构工艺也越复杂 根据滑阀在零位 中间位置 时 其阀芯凸肩宽度l与阀体内孔环槽宽度h的不同 滑阀的开口形式有负开口 l h 零开口 l h 和正开口 l h 三种形式 如图10 6所示 负开口阀有较大的不灵敏区 会影响精度 故较少采用 正开口阀工作精度较负开口阀高 但在中位时 正开口阀有无用的功率损耗 零开口阀的工作精度最高 控制性能最好 故在高精度伺服系统中经常采用 二 喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀有单喷嘴式和双喷嘴式两种 图10 7所示为双喷嘴挡板阀的工作原理 喷嘴挡板阀的优点是结构简单 加工方便 挡板运动阻力小 惯性小 反应快 灵敏度高 对油液污染不太敏感 缺点是无用的功率损耗大 因而只能用在小功率系统中 三 射流管阀图10 8所示为射流管阀的工作原理 射流管阀的优点是抗污染能力强 工作可靠 寿命长 输出功率比喷嘴挡板阀高 缺点是射流管运动部件惯性大 能量损耗大 特性不易预测 射流管阀常用于对抗污染能力有特殊要求的场合 第三节电液伺服阀电液伺服阀既是电液转换元件 也是功率放大元件 它能将小功率的电信号转换为大功率的液压信号 电液伺服阀具有体积小 结构紧凑 放大系数高 控制性能好等优点 在电液伺服系统中得到广泛应用 图10 9是电液伺服阀的结构原理图 它由电磁和液压两部分组成 电磁部分是一个力矩马达 液压部分是一个两级液压放大器 液压部分的第一级是双喷嘴挡板阀 称前置放大级 第二级是零开口四边滑阀 称功率放大级 图10 9电液伺服阀的结构原理1 永久磁铁2 4 导磁体3 衔铁5 线圈6 弹簧管7 挡板8 喷嘴9 滑阀10 固定节流孔11 过滤器 第四节液压伺服系统实例一 车床液压仿形刀架图10 10所示为卧式车床液压仿形刀架工作原理图 图10 11所示为仿形刀架进给运动合成示意图 二 机械手伸缩运动伺服系统图10 12是机械手手臂伸缩运动电液伺服系统原理图 图10 13为机械手手臂伸缩运动伺服系统方块图 第五节对液压伺服系统的基本要求系统在振荡过程中 由于存在能量损失 振荡将会越来越小 很快就会达到稳态 但是 如果活塞 负载的惯性很大 油液因混入了空气而压缩较大 液压缸和导管的刚性不足 或系绕的结构及其元件韵参数选择不当 则振荡迟迟不得消失 甚至还会加剧 导致系统不能工作 出现这种情况时 系统被认为是不稳定的 因此 对液压伺服系统的基本要求首先是系统的稳定性