液壓伺服系統(tǒng)的發(fā)展和應用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上液壓控制系統(tǒng)液壓技術主要是由于武器裝備對高質(zhì)量控制裝置的需要而發(fā)展起來的。隨著控制理論的出現(xiàn)和控制系統(tǒng)的發(fā)展，液壓技術與待膩子技術的結合日趨完善，從而產(chǎn)生了廣泛應用于武器裝備的高質(zhì)量電液控制系統(tǒng)。同時，液壓技術也廣泛地應用于許多工業(yè)部門。在這個發(fā)展過程中，控制裝置的需要反過來迫使液壓元器件、液壓控制系統(tǒng)不斷更新，不斷發(fā)展提高。本文結合課堂所學，簡要講述液壓技術的發(fā)展和應用。1.液壓傳動將源動力的能量按一定方式和規(guī)律傳遞給工作機構的作用叫傳動。在機器中起傳動作用的機構叫傳動機構。目前傳動有五種型式：機械傳動、電氣傳動、氣體傳動、流體傳動和復合傳動。在液體傳動中，有一種以

2、液體為傳動介質(zhì)，主要靠受壓液體的壓力能來實現(xiàn)運動和能量傳遞的叫液壓才傳動。圖1為一個簡單的連通器，可以用來傳遞能量。圖1.連通器簡圖當右邊小活塞在外力Fo作用下，向下推壓右邊腔室的液體時，該處的液體通過兩腔室間連通的通道被擠壓到左邊大腔室中，使重物G運動，這樣就起到了傳動能量的作用。但這種簡單的連通器不能連續(xù)工作，下面以一個簡單的例子來分析液壓傳動系統(tǒng)。如圖2所示，小活塞及其活塞缸為主動缸，在單向閥配合下不斷從郵箱吸油，排左邊大缸腔，被稱為液壓泵。左邊大活塞及其缸腔為工作缸，不斷得到壓力油，不斷推舉重物做功，被稱為液壓缸。從圖中知道，液壓泵、液動機（液壓缸和液壓馬達）和控制閥為組成液壓系統(tǒng)的三

3、個主要部分，加上輔助裝置和液壓油，這五個部分是實際液壓機構所必須的。圖2.千斤頂?shù)脑韴D2.液壓元件根據(jù)各個元件在液壓系統(tǒng)中的作用，主要分為動力元件(液壓能源)液壓泵，執(zhí)行元件(液動機)液壓馬達(輸出旋轉(zhuǎn)運動)和液壓缸(輸出直線運動)，以及各種控制閥。2.1.液壓控制元件液壓閥是液壓系統(tǒng)的控制元件，通過它改變系統(tǒng)中流體的運動方向、壓力和流量。在節(jié)流式伺服系統(tǒng)中，它直接控制執(zhí)行元件動作；在容積式伺服系統(tǒng)中，它直接控制著泵的變量機構，改變其輸出流量，從而間接的對執(zhí)行元件的動作進行控制。按其功能可分為方向閥、壓力閥、流量閥三大類。在液壓伺服系統(tǒng)中它是一個機械液壓轉(zhuǎn)換裝置，如圖3所示。 圖3(a).一

4、級閥 圖3(b).二級閥在節(jié)流式液壓控制系統(tǒng)中，液壓控制閥的輸出功率要直接操縱執(zhí)行元件動作，往往是較大的值，而輸入閥的功率則通常是很小的，故液壓控制閥也是一種功率放大裝置。如果放大系數(shù)太大，單級閥難以實現(xiàn)，可以用二級閥或者多級閥，二級閥的機構如圖3(b)所示。液壓閥隨著技術的發(fā)展而不斷的發(fā)展更新?，F(xiàn)代液壓控制元件不指上面提到的液壓傳動中的三類閥：壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥，而是指用于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的各類閥，主要指各類伺服閥（DDV直動閥）、電液比例閥、高速開關閥、數(shù)字閥等。其中，電液比例閥是一種可以根據(jù)輸入電氣信號，按比例對工作油液的壓力、流量和方向進行控制的液壓控制閥。且電液比例技

5、術作為連接現(xiàn)代微電子技術和大功率工程控制設備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基本技術構成之一。比例閥根據(jù)作用不同可分為比例壓力閥、比例流量閥、比例方向閥等。電液比例閥與電液伺服閥相比，比例閥有下述優(yōu)點：1）除存在中位死區(qū)外，性能與伺服閥相當；2）系統(tǒng)頻寬能夠滿足大部分工業(yè)控制要求；3）介質(zhì)過濾精度要求低；4）價格低，與開關閥相當正是由于上述優(yōu)點，比例閥在液壓系統(tǒng)中廣泛應用。2.2 液壓動力元件液壓動力元件包括液壓缸和液壓馬達，如圖4所示：圖4(a).常用液壓缸符號圖4(b).葉片式液壓馬達工作原理圖四通閥控制液壓缸的的原理圖如圖5所示，是由正開口四邊滑閥和對稱液壓缸組成的。它是最常用的一種液

6、壓動力元件。下面簡要分析一下閥控液壓缸的動態(tài)特性。圖5.四通閥控制液壓缸原理圖閥控液壓缸的動態(tài)特性不但取決于閥和液壓缸，也和負載有關。對系統(tǒng)進行線性化可得系統(tǒng)的基本方程如下：1）滑閥的流量方程：qL=Kqxv-KcpL (1)2）液壓缸流量連續(xù)性方程：流入液壓缸進油腔的流量q1為q1=Apdxpdt+Cipp1+p2+Cepp1+V1edp1dt從液壓缸回油腔流出的流量q2為q2=Apdxpdt+Cipp1+p2-Cepp2-V2edp2dt根據(jù)qL=q1+q22，線性化簡以后可得qL=Apdxpdt+CtppL+Vt4edpLdt (2)3）液壓缸和負載的力平衡方程為：AppL=mtd2xp

7、dt2+Bpdxpdt+Kxp+FL (3)根據(jù)上述三個基本方程可以推導系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能。由于伺服閥的非線性、液壓缸容積的時變性以及閥口加工誤差等的影響，很多系統(tǒng)不能保證閥控對稱缸的性能，研究閥控非對稱缸很有必要而且有現(xiàn)實意義。3.液壓伺服控制眾所周知，液壓伺服控制是一門新興的技術，起源于上世紀50年代。遠在第一次世界大戰(zhàn)前，液壓伺服控制曾用于海軍艦艇中作為操舵設備。近幾十年來，由于整個工業(yè)技術的發(fā)展，尤其是在軍事上和航空與宇航技術上所應用的伺服控制系統(tǒng)逐步向快速、大功率、高精度的方向發(fā)展，液壓伺服控制所具有的反應快、重量輕、尺寸小及抗負載剛性大等優(yōu)點，特別受到了重視，因此，液壓伺服控制作為一種新興的技術學科迅速地發(fā)展起來?，F(xiàn)在，液壓伺服控制已在自動化領域占有重要位置，凡是需要大功率、快速、精確反應的控制系統(tǒng)，都已經(jīng)采用了液壓伺服控制。現(xiàn)代飛機上的操縱系統(tǒng)，如舵機、助力器、變臂器、人感系統(tǒng)，發(fā)動機與電源系統(tǒng)的恒速與恒頻調(diào)節(jié)，火力系統(tǒng)中的雷達與炮塔的跟蹤控制等大都采用了液壓伺服控制。導彈的作動舵面，擺動發(fā)動機燃燒室，發(fā)射臺的操縱以及人造衛(wèi)星與宇宙飛船的飛行控制也用到了液壓伺服控制系統(tǒng)。飛行器的地面模擬設備，包括飛行模擬臺、負載模擬器、大功率模擬振動臺、疲勞強度試驗的協(xié)調(diào)加載、大功率材料試驗加載等大多采用了液壓控制。因此液壓伺服控制的發(fā)展關