《液压与气压传动》 课件 单元9 现代液压技术

液压与气压传动单元9现代液压技术学习目标了解液压伺服系统的工作原理、基本形式及应用。了解水压传动的特性及发展方向。分析典型水压传动系统。认识电液比例控制的工作原理、特点及分类。了解射流技术、高压水射流技术的基本知识及应用。培养善于吸收新鲜事物，与时俱进、不断进步的理念目录CONTENTS单元9现代液压技术液压伺服系统9.1水压传动技术9.2电液比列控制技术9.3射流技术9.401液压伺服系统伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构组成图9-1机液位置伺服系统原理图1—溢流阀2—泵3—阀芯4—阀体（缸体）液压伺服系统的工作原理9.1.1液压伺服系统有如下特点：跟踪

系统的输出量能够自动、快速而准确地跟踪输入量的变化规律放大

移动阀芯所需的力很小反馈

所谓反馈就是把输出量的一部分或全部按一定方式回送到输入端，和输入信号作比较。回送的信号称为反馈信号。若反馈信号不断地抵消输入信号的作用，则称为负反馈。偏差

输入信号与反馈信号的差值称为偏差。液压伺服系统的分类及特点9.1.2

按输入信号变化规律分类,分为定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统三类。

按传递信号（指输入和偏差信号）的元件分类,分为机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统等。

按输出物理量分类,分为位置伺服系统、速度伺服系统和力（或压力）伺服系统等。按控制方式分类,分为阀控系统（节流式）和泵控系统（容积式）两类。按控制元件不同分类，可分为滑阀式、射流管式、

喷嘴挡板式和转阀式等。

液压系统的特点分析9.1.3(1)滑阀式液压伺服系统根据滑阀上的控制边数（即起作用的阀口数）的不同，这种系统又分为单边滑阀控制式、双边滑阀控制式和四边滑阀控制式三种1.阀控缸式液压伺服系统图9-3

单边滑阀控制式液压伺服系统中液压伺服阀的工作原理图9-4

双边滑阀控制式液压伺服系统中液压伺服阀的工作原理图9-5

四边滑阀控制式液压伺服中液压伺服阀的工作原理和实物(2)射流管式液压伺服系统射流管式伺服系统的优点是：结构简单，元件加工精度低；射流管出口处面积大，抗污染能力强，能在恶劣的工作条件下工作。它的缺点是：射流管运动部分的惯量较大，工作性能较差；射流管能量损失大，即使在零位处无功耗损亦大，效率较低；当供油压力高时容易引起振动；液压系统的特点分析9.1.3喷嘴挡板阀有单喷嘴式和双喷嘴式两种。图9-6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、运动部件惯性小、反应快、精度和灵敏度高；缺点是无功损耗大，抗污染能力较差。喷嘴挡板阀常用作多级放大伺服控制元件中的前置级。2.喷嘴挡板阀图9-6

双喷嘴挡板阀工作原理和实物电液伺服阀9.1.4

电液伺服阀既是电液转换元件，也是功率放大元件，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。电液伺服阀9.1.4电液伺服阀由以下三部分组成力矩马达力矩马达把输入的电信号转换为力矩输出。衔铁的转角与输入电流的大小成正比。电流越大,衔铁偏转的角度也越大。电流反向输入时,衔铁也反向偏转。前置放大级力矩马达产生的力矩很小,不能直接用来驱动四边控制滑阀,必须先进行放大功率放大级功率放大级由滑阀和阀体组成。其作用是将前置放大级输入的滑阀位移信号进一步放大,实现控制功率的转换和放大。由上述分析可知，滑阀阀芯的位置是由反馈杆组件的弹性变形力反馈到衔铁上与电磁力平衡而决定的，所以也称此阀为力反馈式电液伺服阀，其工作原理可用图9-7来表示。图9-7

力反馈式电液伺服阀方框图液压伺服系统应用举例9.1.5机械手应能按要求完成一系列动作，包括伸缩、回转、升降、手腕动作等。现以其伸缩运动伺服系统为例来说明电液伺服系统的应用。图9-8所示为机械手手臂伸缩运动的电液伺服系统原理图。

图9-8

机械手手臂伸缩运动电液伺服系统原理图1—电放大器2—电液伺服阀3—液压缸4—机械手手臂5—齿轮齿条机构6—电位器7—步进电机

02水压传动技术

水压传动是以天然淡水或海水作为工作介质进行能量的传递和控制的传动方式。早期的液压传动系统使用水作为工作介质，其耐腐蚀性和润滑性差、工作温度影响等原因限制了其发展。随着石油工业方面的不断发展，水压传动逐渐被油压传动所代替。到目前为止85％的液压传动中所使用的工作介质仍然是矿物油。选用水作为液压传动的工作介质时，介质中PH值、硬度指标、微生物含量、固体粒子含量对水压元件的工作都有影响，0为此流体介质为自来水时，其性能指标有一定的规定：水的理化指标

9.2.1项

目pH值氯化物硬度微生物含量固体粒子规定值6.5～8.5≤25mg/L5～30d(德式硬度)Ca²+7.13mg/LMg²+4.35mg/L10g/L以下(37℃)100g/L以下(22℃)β=75滤子次数表9-1

水的理化性能指标水压传动技术的优点9.2.2无污染经济效益好

无燃性、安全性好

水压传动技术的缺点9.2.3节约能量

响应快

腐蚀性强

润滑性能差

泄漏

汽蚀

典型水压系统分析9.2.4中高压海水液压泵试验台系统工作原理：系统中用两个压力阀来分别承担系统的调压和限压，手动换向阀做系统的卸荷阀，两个个节流阀分别用作旁路节流和背压阀。典型水压系统分析9.2.4中高压海水液压泵试验台系统工作原理：系统中用两个压力阀来分别承担系统的调压和限压，手动换向阀做系统的卸荷阀，两个节流阀分别用作旁路节流和背压阀。图9-10

中高压海水液压泵试验台原理图1—箱内吸水过滤器；2—真空调节阀；3—海水液压泵；4—压力管路过滤器；5、6—压力调节阀；7、10节流阀；8—手动换向阀；9—海水马达；11—涡轮流量计；12—回水管路过滤器；13—冷却器；14—油压加载系统；15—油压调节阀03电液比列控制技术

电液比例控制是介于普通开关控制和伺服控制之间的一种新的控制方式。它既可以根据输入电信号的大小连续地、成比例地对液压系统的流量、压力、方向实现远距离控制、计算机控制，又在制造成本、抗污染等方面优于伺服控制。电液比例控制的特点9.3.1电液比例控制器的主要功能如下：输出斜坡时间可调。

输入电压可调

。多路输入可选。可与外部PlC机及计算机联接，按编制的程序接收控制信号，执行程序功能。采用标准插板。电液比例阀的特点与分类

9.3.2特点：比例阀可简单地对油液压力、流量和方向进行远距离的自动连续控制或程序控制，响应快,工作平稳，自动化程度高，容易实现编程控制，控制精度高，能大大提高液压系统的控制水平。分类方法按其控制功能来分类，可分为比例压力控制阀，比例流量控制阀、比例方向阀（比例方向流量阀）和比例复合阀。按液压放大级的级数来分，又可分为直动式和先导式。按比例控制阀的内含的级间反馈参数或反馈物理量的形式来分可分为带反馈或不带反馈型。按比例阀主阀芯的型式来分，又可分为滑阀式和插装式。万能外圆磨床工作台换向回路9.3.3

电液比例控制系统由电子放大和校正单元、电液比例控制元件、执行元件及动力源、工作负载及信号检测处理装置等组成。按执行元件的输出参数有无反馈分为开环控制系统和闭环控制系统。

简单的电液比例控制系统是采用比例压力阀、比例流量阀来代替普通液压系统中的多级调压回路或多级调速回路。04射流技术概述9.4.1

高压水射流以水为工作介质，通过增压设备和特定形状的喷嘴产生高速射流束，具有极高的能级密度。高压水射流可用于清洗、清理、切割、注水钻孔、喷雾、破碎、研磨等作业，具有清洁、无热效应、能量集中、易于控制、效率高、成本低、操作安全方便等优越性。高压水射流技术的应用

9.4.2其优点为：选择合适的压力等级，水射流清洗不会损伤被清洗的基体；由于所使用的介质为不添加任何化学物质的常温水，不腐蚀零部件，清洗过后的零部件，不像化学清洗后还

需进行洗后处理；能清洗形状和结构复杂的零件，易于实现机械化、自动化和智能控制；清洗效果好、成本低，节能，同时还不污染环境；清洗速度比传统的化学方法及机械方法高出5～10倍；能在空间狭窄、复杂环境、恶劣有害的场合方便地完成常规清洗难以完成的清洗作业。1．高压水射流清洗高压水射流技术的应用

9.4.2高压水射流切割加工工艺具有以下优点：所加工物料无裂缝、无毛边、无浮渣，且切口小、切口平整，不产生热效应，切缝可以达到很高的精度；高压水切割工艺适应性强，切割范围广水射流切割加工工艺切割的速度快，生产效率高；不会发热，切割产生的碎屑和热量立刻被水冲走，切割口表面光洁；水射流切割加工操作简单，可以同机器人结合，可以利用计算机控制，进行三维曲面的复杂形状加工。水射流切割加工工艺以水为介质，可提供一个清洁且安全的操作环境，而且成本低。

2．高压水射流切割高压水射流技术的应用

9.4.2高压水射流粉碎技术是通过有着巨大能量的高压水射流作用在被粉碎的物料上，在颗粒内部的晶粒交界处产生应力波反射而引起张力，并在物料的裂隙和节理面中产生压力瞬变，从而使物料粉碎。

水射流冲击的压缩粉碎机理，水射流冲击的水楔一拉伸粉碎机理，紊流一空化冲蚀粉碎机理，脉冲射流的水锤作用粉碎机理，颗粒与靶物的冲击粉碎和颗粒与管壁的摩擦粉碎机理等。3．水射流粉碎案例分析与能力训练查阅资料，了解液压控制系统的故障现象与故障处理方法。解析：液压控制系统的故障现象与故障处理方法，见下表9-2

所示。案例分析与能力训练液压控制系统的故障现象故障排除方法（1）控制信号输入系统后执行元件不动作（1）

检查系统油压是否正常，判断液压泵、溢流阀工作情况（2）

检查执行元件是否有卡锁现象（3）

检查伺服放大器的输入、输出电信号是否正常，判断其工作情况。（4）

检查电液伺服阀的电信号有输入和有变化时，液压输出是否正常，用以判断电液伺服阀是否正常。伺服阀故障一般应由生产厂家处理（2）控制信号输入系统后执行元件向某一方向运动到底（1）

检查传感器是否接入系统（2）

检查传感器的输出信号与伺服放大器是否误接成正反馈（3）

检查伺服阀可能出现的内部反馈故障（3）执行元件零位不准确（1）

检查伺服阀的调零偏置信号是否调节正常（2）

检查伺服阀调零是否正常（3）

检查伺服阀的颤振信号是否调节正常（4）执行元件出现振荡（1）

检查伺服放大