第10章 液压伺服系统

1、总目录总目录 返回本章返回本章 下一页上一页结束结束 本章目录本章目录 教学要求教学要求 重点难点重点难点 总目录总目录 结结 束束 伺服系统又称随动系统或伺服系统又称随动系统或 跟踪系统，是一种自动控制系跟踪系统，是一种自动控制系 统。在这种系统中，执行元件统。在这种系统中，执行元件 能以一定的精度自动地按照输能以一定的精度自动地按照输 入信号的变化规律而动作。用入信号的变化规律而动作。用 液压元件组成的伺服系统称为液压元件组成的伺服系统称为 液压伺服系统。液压伺服系统。 总目录总目录 返回本章返回本章 下一页上一页结束结束 教学要求教学要求 v掌握解液压伺服系统的工作原理掌握解液压伺服系统

2、的工作原理 v熟悉伺服系统工作的四个特点熟悉伺服系统工作的四个特点 v熟悉液压伺服控制原件及电液伺服阀的熟悉液压伺服控制原件及电液伺服阀的 原理与用途原理与用途 v了解常见各种伺服阀的类型，工作原理了解常见各种伺服阀的类型，工作原理 与特点与特点 v能分析一般液压伺服系统的工作原理能分析一般液压伺服系统的工作原理 总目录总目录 返回本章返回本章 下一页上一页结束结束 重点难点重点难点 v液压伺服刀架的工作原理液压伺服刀架的工作原理 v液压伺服系统的特点液压伺服系统的特点 v各种液压伺服阀的原理及应用各种液压伺服阀的原理及应用 v电液伺服阀的原理与用途电液伺服阀的原理与用途 v典型典型液压伺服系

3、统的工作原理液压伺服系统的工作原理 总目录总目录 返回本章返回本章 下一页上一页结束结束 本章目录本章目录 第二节第二节 典型的液压伺服控制元件典型的液压伺服控制元件 第一节第一节 概概 述述 第三节第三节 电液伺服阀电液伺服阀 第四节第四节 液压伺服系统实例液压伺服系统实例 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第一节第一节 概述概述 一、液压伺服系统的工作原理一、液压伺服系统的工作原理 仿形刀架装在车床床鞍仿形刀架装在车床床鞍 后部，随床鞍一起作纵向移后部，随床鞍一起作纵向移 动，并按照样件的轮廓形状动，并按照样件的轮廓形状 车削工件；样件安装在床身车削工件；样件安

4、装在床身 支架上，是固定不动的。液支架上，是固定不动的。液 压泵站则放在车床附近的地压泵站则放在车床附近的地 面上，与仿形刀架以软管相面上，与仿形刀架以软管相 连。连。 液压仿形刀架工作原理液压仿形刀架工作原理 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 仿形刀架的活塞杆固定仿形刀架的活塞杆固定 在刀架底座上，液压缸的在刀架底座上，液压缸的 缸体缸体6、杠杆、杠杆8、伺服阀体、伺服阀体7 是和刀架是和刀架3连在一起的，可连在一起的，可 在刀架底座的导轨上沿液在刀架底座的导轨上沿液 压缸轴向移动。伺服阀芯压缸轴向移动。伺服阀芯 10在弹簧的作用下通过阀在弹簧的作用下通过阀 杆杆

5、9将杠杆将杠杆8上的触销上的触销11压压 在样件在样件12上。由液压泵上。由液压泵14 来的油经滤油器来的油经滤油器13通入伺通入伺 服阀的服阀的A口，并根据阀芯所口，并根据阀芯所 在位置经在位置经B或或C通入液压缸通入液压缸 的上腔或下腔，使刀的上腔或下腔，使刀架架3和和 车刀车刀2退离或切入工件退离或切入工件1。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 车削圆柱面时，溜板沿床身车削圆柱面时，溜板沿床身 导轨导轨4纵向移动。杠杆触销在样纵向移动。杠杆触销在样 件上水平段滑动，阀口不打开，件上水平段滑动，阀口不打开， 刀架跟随溜板一起纵向移动，车刀架跟随溜板一起纵向移动，

6、车 刀在工件刀在工件1上车出圆柱面；车削上车出圆柱面；车削 圆锥面时，触销沿样件斜线滑动，圆锥面时，触销沿样件斜线滑动， 杠杆向上方偏摆，带动阀芯上移，杠杆向上方偏摆，带动阀芯上移， 阀口打开，压力油进入缸上腔推阀口打开，压力油进入缸上腔推 动缸体连同阀体和刀架后退。阀动缸体连同阀体和刀架后退。阀 体后退逐渐关小阀口，直至关闭。触销在样件上不断抬起，刀体后退逐渐关小阀口，直至关闭。触销在样件上不断抬起，刀 架也就不断后退运动，运动合成使刀具在工件上车出圆锥面。架也就不断后退运动，运动合成使刀具在工件上车出圆锥面。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 其它曲面形状或凸肩

7、都其它曲面形状或凸肩都 是合成切削的结果。是合成切削的结果。 如图所示，如图所示，v1、v2和和v分分 别表示溜板带动刀架的纵向别表示溜板带动刀架的纵向 运动速度、刀具沿液压缸运动速度、刀具沿液压缸 轴向的运动速度和刀具的实轴向的运动速度和刀具的实 际合成速度。际合成速度。 液压伺服系统特点液压伺服系统特点 1 1）跟踪：输出跟踪输入）跟踪：输出跟踪输入 2 2）放大：输出大于输入）放大：输出大于输入 3 3）误差：输出滞后输入）误差：输出滞后输入 4 4）反馈：输出减小输入）反馈：输出减小输入 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 二、液压伺服系统分类二、液压伺服系统

8、分类 按输出物理量分按输出物理量分：位置、速度、力伺服系统：位置、速度、力伺服系统 按信号分类按信号分类：机液、电液、气液伺服系统：机液、电液、气液伺服系统 按元件分按元件分：阀控系统、泵控系统：阀控系统、泵控系统 三、液压伺服系统的优缺点三、液压伺服系统的优缺点 泵承载能力大、控制精度高、响应速度快自动泵承载能力大、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。求高，反应灵敏度高，效率较低。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第二节第二节 典型的液压伺服控制元件典型的

9、液压伺服控制元件 常见的液压伺服控制元件有滑阀、射流管阀和喷嘴挡板阀等常见的液压伺服控制元件有滑阀、射流管阀和喷嘴挡板阀等 一、滑阀一、滑阀 单边节流滑阀单边节流滑阀 滑阀控制边的开口滑阀控制边的开口 量量xs控制着液压缸右控制着液压缸右 腔的压力和流量，从腔的压力和流量，从 而控制液压缸运动的而控制液压缸运动的 速度和方向。速度和方向。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 双边节流滑阀双边节流滑阀 压力油一路直接进入压力油一路直接进入 液压缸有杆腔，另一路经液压缸有杆腔，另一路经 滑阀左控制边的开口滑阀左控制边的开口xs1和和 液压缸无杆腔相通，并经液压缸无杆腔相通

10、，并经 滑阀右控制边滑阀右控制边x s2流回油箱。流回油箱。 当滑阀向左移动时，当滑阀向左移动时，xs1减小，减小，xs2增大，液压缸无杆腔压力增大，液压缸无杆腔压力 p1减小，两腔受力不平衡，缸体向左移动。反之缸体向右减小，两腔受力不平衡，缸体向左移动。反之缸体向右 移动。移动。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 四边节流滑阀四边节流滑阀 滑阀有四个控制滑阀有四个控制 边，开口边，开口xs1、xs2分分 别控制进入缸两腔的别控制进入缸两腔的 压力油，开口压力油，开口xs3、xs4 分别控制液压缸两腔分别控制液压缸两腔 的回油。当滑阀向左的回油。当滑阀向左 移动时，

11、液压缸左腔移动时，液压缸左腔 的进油口的进油口xs1减小，回减小，回 油口油口xs3增大，使增大，使p1迅速减小；与此同时，液压缸右腔的进迅速减小；与此同时，液压缸右腔的进 油口油口xs2增大，回油口增大，回油口xs4减小，使减小，使p2迅速增大。这样就使活迅速增大。这样就使活 塞迅速左移。塞迅速左移。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 三种节流边的对零状态三种节流边的对零状态 1）负开口）负开口 （xs0）有较大的不灵敏区，较少采用有较大的不灵敏区，较少采用 2）正开口）正开口 （xs0）工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳定）工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳

12、定 性也较差。性也较差。 3）零开口）零开口 （xs=0）其工作）其工作 精度最高，制造精度最高，制造 工艺性差。工艺性差。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 二、射流管阀二、射流管阀 射流管阀由射流管射流管阀由射流管1和接和接 收板收板2组成。射流管可绕轴组成。射流管可绕轴 左右摆动一个不大的角度，接左右摆动一个不大的角度，接 收板上有两个并列的接收孔收板上有两个并列的接收孔a、 b，分别与液压缸两腔相通。，分别与液压缸两腔相通。 压力油从管道进入射流管后从压力油从管道进入射流管后从 锥形喷嘴射出，经接收孔进入锥形喷嘴射出，经接收孔进入 液压缸两腔。液压缸两腔。

13、射流管偏向哪个接收孔，射流管偏向哪个接收孔， 油缸相应的工作腔压力提高，油缸相应的工作腔压力提高， 缸体就向那个方向运动。缸体就向那个方向运动。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 三、喷嘴挡板阀三、喷嘴挡板阀 由挡板由挡板1、喷嘴、喷嘴2和和3、固定节流小孔、固定节流小孔4和和5等元件组成。等元件组成。 挡板和两个喷嘴之间形成两个可变截面的节流缝隙挡板和两个喷嘴之间形成两个可变截面的节流缝隙1和和2。 当挡板处于中间位置时，两缝隙所形成的液阻相等，两喷嘴当挡板处于中间位置时，两缝隙所形成的液阻相等，两喷嘴 腔内的油压相等，缸不腔内的油压相等，缸不 动。当输入信号使挡

14、板向左偏动。当输入信号使挡板向左偏 摆时，可变缝隙摆时，可变缝隙1关小关小2开大开大 p1上升上升p2下降，缸体向左移动。下降，缸体向左移动。 当喷嘴跟随缸体移动到挡板两当喷嘴跟随缸体移动到挡板两 边对称位置时，缸运动停止。边对称位置时，缸运动停止。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节第三节 电液伺服阀电液伺服阀 电液伺服阀是电液联合控电液伺服阀是电液联合控 制的多级伺服元件，它能将微制的多级伺服元件，它能将微 弱的电气输入信号放大成大功弱的电气输入信号放大成大功 率的液压能量输出。它具有控率的液压能量输出。它具有控 制精度高和放大倍数大等优，制精度高和放大倍

15、数大等优， 在液压控制系统中得到广泛的在液压控制系统中得到广泛的 应用。在此着重介绍一种典型应用。在此着重介绍一种典型 电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的工作原理 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 电液伺服阀的组成电液伺服阀的组成 由力矩马达和液压放大器组成。由力矩马达和液压放大器组成。 1.力矩马达力矩马达组成组成 由一对永久磁铁由一对永久磁铁1、导磁体、导磁体2和和 4、衔铁、衔铁3、线圈、线圈5和内部悬置挡板和内部悬置挡板 7的弹簧管的弹簧管6等组成等组成 。 2.液压放大器液压放大器组成组成 l置放大器置放大器 前置放大级是一个双前置放大级是一个双 喷嘴挡板阀

16、，它主要由挡板喷嘴挡板阀，它主要由挡板7 喷嘴喷嘴 8节流孔节流孔10和滤油器和滤油器11组成。组成。 l功率放大器功率放大器 功率放大级主要由功率放大级主要由 滑阀滑阀9和挡板下部和挡板下部 的反馈弹簧片组的反馈弹簧片组 成。成。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 电液伺服阀工作原理电液伺服阀工作原理 力矩马达工作原理力矩马达工作原理 磁铁把导磁体磁化成磁铁把导磁体磁化成N、 S极，形成磁场。衔铁和挡板极，形成磁场。衔铁和挡板 固连由弹簧支撑位于导磁体的固连由弹簧支撑位于导磁体的 中间。挡板下端球头嵌放在滑中间。挡板下端球头嵌放在滑 阀中间凹槽内；线圈无电流时，阀

17、中间凹槽内；线圈无电流时， 力矩马达无力矩输出，挡板处力矩马达无力矩输出，挡板处 于两喷嘴中间；当输入电流通于两喷嘴中间；当输入电流通 过线圈使衔铁过线圈使衔铁3左端被磁化为左端被磁化为 N极，右端为极，右端为S极，衔铁逆时针偏转。弹簧管弯曲产生反力矩，极，衔铁逆时针偏转。弹簧管弯曲产生反力矩， 使衔铁转过使衔铁转过角。电流越大角。电流越大角就越大，力矩马达把输入电信角就越大，力矩马达把输入电信 号转换为力矩信号输出。号转换为力矩信号输出。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 压力油经滤油器和节压力油经滤油器和节 流孔流到滑阀左、右两端流孔流到滑阀左、右两端 油腔和两

18、喷嘴腔，由喷嘴油腔和两喷嘴腔，由喷嘴 喷出，经阀喷出，经阀9中部流回油箱中部流回油箱 力矩马达无输出信号时，力矩马达无输出信号时， 挡板不动，滑阀两端压力相挡板不动，滑阀两端压力相 等。当矩马达有信号输出时，挡板偏转，两喷嘴与挡板之间等。当矩马达有信号输出时，挡板偏转，两喷嘴与挡板之间 的间隙不等，致使滑阀两端压力不等，推动阀芯移动。的间隙不等，致使滑阀两端压力不等，推动阀芯移动。 前置放大级工作原理前置放大级工作原理 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 功率放大级工作原理功率放大级工作原理 当前置放大级有压差信号当前置放大级有压差信号 使滑阀阀芯移动时，主油路使滑阀

19、阀芯移动时，主油路 被接通。滑阀位移后的开度被接通。滑阀位移后的开度 正比于力矩马达的输入电流，正比于力矩马达的输入电流， 则阀的输出流量和输入电流则阀的输出流量和输入电流 成正比；当输入电流反向时，成正比；当输入电流反向时， 输出流量也反向。滑阀移动输出流量也反向。滑阀移动 同时，挡板下端的小球亦随同时，挡板下端的小球亦随 同移动，使挡板弹簧片产生同移动，使挡板弹簧片产生 弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间 的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板 弹性反力平

20、衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第四节第四节 液压伺服系统实例液压伺服系统实例 一、机械手伸缩运动伺服系统一、机械手伸缩运动伺服系统 包括四个伺服系统，分别控制机械手的伸缩、回转、包括四个伺服系统，分别控制机械手的伸缩、回转、 升降和手腕的动作。以伸缩伺服系统为例，介绍其工作原升降和手腕的动作。以伸缩伺服系统为例，介绍其工作原 理。理。 组成组成 它主要由电液伺服阀它主要由电液伺服阀1、液压缸、液压缸2、活塞杆带动的机械手、活塞杆带动的机械手 臂臂3、齿轮齿条机构、齿轮齿条机构

21、4、 电位器电位器5、步进电动、步进电动 机机6和放大器和放大器7等元等元 件组成。件组成。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 工作原理工作原理 由数控装置发出的脉冲信号，使步进电机带动电位器由数控装置发出的脉冲信号，使步进电机带动电位器5的的 动触头顺时针转过一定的角度动触头顺时针转过一定的角度i，使动触头偏离电位器中位，使动触头偏离电位器中位， 产生微弱电压产生微弱电压u1，经放大器，经放大器7放大成放大成u2后输入电液伺服阀后输入电液伺服阀1的的 控制线圈，产生一定的开口量。时压力油以流量控制线圈，产生一定的开口量。时压力油以流量q流经阀的开流经阀的开 口进入

22、缸左腔，缸右腔油经伺服阀回油箱，活塞连同机械手口进入缸左腔，缸右腔油经伺服阀回油箱，活塞连同机械手 手臂一起向右移动，行程为手臂一起向右移动，行程为xv；。当电位器中位和触头重合；。当电位器中位和触头重合 时，输出电压为零，阀口关闭，手臂移动停止。手臂移动行时，输出电压为零，阀口关闭，手臂移动停止。手臂移动行 程决定于脉冲程决定于脉冲 数量，速度决定于脉冲数量，速度决定于脉冲 频率。当数控装置发反频率。当数控装置发反 向脉冲时，步进电机逆向脉冲时，步进电机逆 时针转动，手臂缩回。时针转动，手臂缩回。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 二、钢带张力控制系统二、钢带张力

23、控制系统 在图示的钢带张力控制系统中，在图示的钢带张力控制系统中，2为牵引辊，为牵引辊，8为加载装置，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 转向辊转向辊4的轴承上设置一力传感器的轴承上设置一力传感器5，以检测带材的张力，以检测带材的张力， 并用伺服液压缸并用伺服液压缸1带动浮动辊带动浮动辊6来调节张力。当实测张力与来调节张力。当实测张力与 要求张力有偏差时，偏要求张力有偏差时，偏 差电压经放大器差电压经放大器9放大后放大后 使得电液伺服阀使得电液伺服阀7有输出有输出 活塞带动浮动辊活塞带动浮动辊6调节钢调节钢 带的张紧程度以减少其偏带的张紧程度以减少其偏 差，所以这是力控制系统。差，所以这是力控制系