第10章 液壓伺服系統(tǒng)

1、總目錄總目錄返回本章返回本章下一頁上一頁結束結束 伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)，是一種自動控制系跟蹤系統(tǒng)，是一種自動控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，執(zhí)行元件統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，執(zhí)行元件能以一定的精度自動地按照輸能以一定的精度自動地按照輸入信號的變化規(guī)律而動作。用入信號的變化規(guī)律而動作。用液壓元件組成的伺服系統(tǒng)稱為液壓元件組成的伺服系統(tǒng)稱為液壓伺服系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)。總目錄總目錄返回本章返回本章下一頁上一頁結束結束教學要求教學要求v掌握解液壓伺服系統(tǒng)的工作原理掌握解液壓伺服系統(tǒng)的工作原理 v熟悉伺服系統(tǒng)工作的四個特點熟悉伺服系統(tǒng)工作的四個特點 v熟悉液壓伺服控制原件及電液伺服閥的熟

2、悉液壓伺服控制原件及電液伺服閥的原理與用途原理與用途 v了解常見各種伺服閥的類型，工作原理了解常見各種伺服閥的類型，工作原理與特點與特點 v能分析一般液壓伺服系統(tǒng)的工作原理能分析一般液壓伺服系統(tǒng)的工作原理總目錄總目錄返回本章返回本章下一頁上一頁結束結束重點難點重點難點v液壓伺服刀架的工作原理液壓伺服刀架的工作原理v液壓伺服系統(tǒng)的特點液壓伺服系統(tǒng)的特點v各種液壓伺服閥的原理及應用各種液壓伺服閥的原理及應用v電液伺服閥的原理與用途電液伺服閥的原理與用途v典型典型液壓伺服系統(tǒng)的工作原理液壓伺服系統(tǒng)的工作原理總目錄總目錄返回本章返回本章下一頁上一頁結束結束本章目錄本章目錄總目錄總目錄返回本章返回本章返

3、回本節(jié)下一頁上一頁結束結束第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理一、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理 仿形刀架裝在車床床鞍仿形刀架裝在車床床鞍后部，隨床鞍一起作縱向移后部，隨床鞍一起作縱向移動，并按照樣件的輪廓形狀動，并按照樣件的輪廓形狀車削工件；樣件安裝在床身車削工件；樣件安裝在床身支架上，是固定不動的。液支架上，是固定不動的。液壓泵站則放在車床附近的地壓泵站則放在車床附近的地面上，與仿形刀架以軟管相面上，與仿形刀架以軟管相連。連。 液壓仿形刀架工作原理液壓仿形刀架工作原理總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束 仿形刀架的活塞桿固定仿形刀架的活塞桿固定在刀架底座上，液壓缸的

4、在刀架底座上，液壓缸的缸體缸體6、杠桿、杠桿8、伺服閥體、伺服閥體7是和刀架是和刀架3連在一起的，可連在一起的，可在刀架底座的導軌上沿液在刀架底座的導軌上沿液壓缸軸向移動。伺服閥芯壓缸軸向移動。伺服閥芯10在彈簧的作用下通過閥在彈簧的作用下通過閥桿桿9將杠桿將杠桿8上的觸銷上的觸銷11壓壓在樣件在樣件12上。由液壓泵上。由液壓泵14來的油經(jīng)濾油器來的油經(jīng)濾油器13通入伺通入伺服閥的服閥的A口，并根據(jù)閥芯所口，并根據(jù)閥芯所在位置經(jīng)在位置經(jīng)B或或C通入液壓缸通入液壓缸的上腔或下腔，使刀的上腔或下腔，使刀架架3和和車刀車刀2退離或切入工件退離或切入工件1?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上

5、一頁結束結束 車削圓柱面時，溜板沿床身車削圓柱面時，溜板沿床身導軌導軌4縱向移動。杠桿觸銷在樣縱向移動。杠桿觸銷在樣件上水平段滑動，閥口不打開，件上水平段滑動，閥口不打開，刀架跟隨溜板一起縱向移動，車刀架跟隨溜板一起縱向移動，車刀在工件刀在工件1上車出圓柱面；車削上車出圓柱面；車削圓錐面時，觸銷沿樣件斜線滑動，圓錐面時，觸銷沿樣件斜線滑動，杠桿向上方偏擺，帶動閥芯上移，杠桿向上方偏擺，帶動閥芯上移，閥口打開，壓力油進入缸上腔推閥口打開，壓力油進入缸上腔推動缸體連同閥體和刀架后退。閥動缸體連同閥體和刀架后退。閥體后退逐漸關小閥口，直至關閉。觸銷在樣件上不斷抬起，刀體后退逐漸關小閥口，直至關閉。觸

6、銷在樣件上不斷抬起，刀架也就不斷后退運動，運動合成使刀具在工件上車出圓錐面。架也就不斷后退運動，運動合成使刀具在工件上車出圓錐面。 總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束 其它曲面形狀或凸肩都其它曲面形狀或凸肩都是合成切削的結果。是合成切削的結果。 如圖所示，如圖所示，v1、v2和和v分分別表示溜板帶動刀架的縱向別表示溜板帶動刀架的縱向運動速度、刀具沿液壓缸運動速度、刀具沿液壓缸軸向的運動速度和刀具的實軸向的運動速度和刀具的實際合成速度。際合成速度。液壓伺服系統(tǒng)特點液壓伺服系統(tǒng)特點 1 1）跟蹤：輸出跟蹤輸入）跟蹤：輸出跟蹤輸入 2 2）放大：輸出大于輸入）放大：輸出大于輸入

7、 3 3）誤差：輸出滯后輸入）誤差：輸出滯后輸入 4 4）反饋：輸出減小輸入）反饋：輸出減小輸入總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束二、液壓伺服系統(tǒng)分類二、液壓伺服系統(tǒng)分類 按輸出物理量分按輸出物理量分：位置、速度、力伺服系統(tǒng)：位置、速度、力伺服系統(tǒng) 按信號分類按信號分類：機液、電液、氣液伺服系統(tǒng)：機液、電液、氣液伺服系統(tǒng) 按元件分按元件分：閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)：閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)三、液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點三、液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點 泵承載能力大、控制精度高、響應速度快自動泵承載能力大、控制精度高、響應速度快自動 化程度高、體積?。坏?，元件造價高，對油要化程度高、體積??；但是，

8、元件造價高，對油要求高，反應靈敏度高，效率較低。求高，反應靈敏度高，效率較低?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束第二節(jié)第二節(jié) 典型的液壓伺服控制元件典型的液壓伺服控制元件常見的液壓伺服控制元件有滑閥、射流管閥和噴嘴擋板閥等常見的液壓伺服控制元件有滑閥、射流管閥和噴嘴擋板閥等 一、滑閥一、滑閥單邊節(jié)流滑閥單邊節(jié)流滑閥 滑閥控制邊的開口滑閥控制邊的開口量量xs控制著液壓缸右控制著液壓缸右腔的壓力和流量，從腔的壓力和流量，從而控制液壓缸運動的而控制液壓缸運動的速度和方向。速度和方向。 總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束雙邊節(jié)流滑閥雙邊節(jié)流滑閥 壓力油一路直

9、接進入壓力油一路直接進入液壓缸有桿腔，另一路經(jīng)液壓缸有桿腔，另一路經(jīng)滑閥左控制邊的開口滑閥左控制邊的開口xs1和和液壓缸無桿腔相通，并經(jīng)液壓缸無桿腔相通，并經(jīng)滑閥右控制邊滑閥右控制邊x s2流回油箱。流回油箱。當滑閥向左移動時，當滑閥向左移動時，xs1減小，減小，xs2增大，液壓缸無桿腔壓力增大，液壓缸無桿腔壓力p1減小，兩腔受力不平衡，缸體向左移動。反之缸體向右減小，兩腔受力不平衡，缸體向左移動。反之缸體向右移動。移動。 總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束四邊節(jié)流滑閥四邊節(jié)流滑閥 滑閥有四個控制滑閥有四個控制邊，開口邊，開口xs1、xs2分分別控制進入缸兩腔的別控制進入

10、缸兩腔的壓力油，開口壓力油，開口xs3、xs4分別控制液壓缸兩腔分別控制液壓缸兩腔的回油。當滑閥向左的回油。當滑閥向左移動時，液壓缸左腔移動時，液壓缸左腔的進油口的進油口xs1減小，回減小，回油口油口xs3增大，使增大，使p1迅速減小；與此同時，液壓缸右腔的進迅速減??；與此同時，液壓缸右腔的進油口油口xs2增大，回油口增大，回油口xs4減小，使減小，使p2迅速增大。這樣就使活迅速增大。這樣就使活塞迅速左移。塞迅速左移。 總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束三種節(jié)流邊的對零狀態(tài)三種節(jié)流邊的對零狀態(tài)1）負開口）負開口 （xs0）有較大的不靈敏區(qū)，較少采用有較大的不靈敏區(qū)，較少采

11、用2）正開口）正開口 （xs0）工作精度較負開口高，但功率損耗大，穩(wěn)定）工作精度較負開口高，但功率損耗大，穩(wěn)定性也較差。性也較差。3）零開口）零開口 （xs=0）其工作）其工作 精度最高，制造精度最高，制造 工藝性差。工藝性差?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束二、射流管閥二、射流管閥 射流管閥由射流管射流管閥由射流管1和接和接收板收板2組成。射流管可繞軸組成。射流管可繞軸左右擺動一個不大的角度，接左右擺動一個不大的角度，接收板上有兩個并列的接收孔收板上有兩個并列的接收孔a、b，分別與液壓缸兩腔相通。，分別與液壓缸兩腔相通。壓力油從管道進入射流管后從壓力油從管道進入射流管

12、后從錐形噴嘴射出，經(jīng)接收孔進入錐形噴嘴射出，經(jīng)接收孔進入液壓缸兩腔。液壓缸兩腔。 射流管偏向哪個接收孔，射流管偏向哪個接收孔，油缸相應的工作腔壓力提高，油缸相應的工作腔壓力提高，缸體就向那個方向運動。缸體就向那個方向運動。總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束三、噴嘴擋板閥三、噴嘴擋板閥 由擋板由擋板1、噴嘴、噴嘴2和和3、固定節(jié)流小孔、固定節(jié)流小孔4和和5等元件組成。等元件組成。擋板和兩個噴嘴之間形成兩個可變截面的節(jié)流縫隙擋板和兩個噴嘴之間形成兩個可變截面的節(jié)流縫隙1和和2。當擋板處于中間位置時，兩縫隙所形成的液阻相等，兩噴嘴當擋板處于中間位置時，兩縫隙所形成的液阻相等，兩

13、噴嘴腔內(nèi)的油壓相等，缸不腔內(nèi)的油壓相等，缸不動。當輸入信號使擋板向左偏動。當輸入信號使擋板向左偏擺時，可變縫隙擺時，可變縫隙1關小關小2開大開大p1上升上升p2下降，缸體向左移動。下降，缸體向左移動。當噴嘴跟隨缸體移動到擋板兩當噴嘴跟隨缸體移動到擋板兩邊對稱位置時，缸運動停止。邊對稱位置時，缸運動停止?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束第三節(jié)第三節(jié) 電液伺服閥電液伺服閥 電液伺服閥是電液聯(lián)合控電液伺服閥是電液聯(lián)合控制的多級伺服元件，它能將微制的多級伺服元件，它能將微弱的電氣輸入信號放大成大功弱的電氣輸入信號放大成大功率的液壓能量輸出。它具有控率的液壓能量輸出。它具有控制精

14、度高和放大倍數(shù)大等優(yōu)，制精度高和放大倍數(shù)大等優(yōu)，在液壓控制系統(tǒng)中得到廣泛的在液壓控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。在此著重介紹一種典型應用。在此著重介紹一種典型電液伺服閥的工作原理電液伺服閥的工作原理 總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束 電液伺服閥的組成電液伺服閥的組成由力矩馬達和液壓放大器組成。由力矩馬達和液壓放大器組成。1.力矩馬達力矩馬達組成組成 由一對永久磁鐵由一對永久磁鐵1、導磁體、導磁體2和和 4、銜鐵、銜鐵3、線圈、線圈5和內(nèi)部懸置擋板和內(nèi)部懸置擋板 7的彈簧管的彈簧管6等組成等組成 。2.液壓放大器液壓放大器組成組成l置放大器置放大器 前置放大級是一個雙前置放大級

15、是一個雙 噴嘴擋板閥，它主要由擋板噴嘴擋板閥，它主要由擋板7 噴嘴噴嘴8節(jié)流孔節(jié)流孔10和濾油器和濾油器11組成。組成。l功率放大器功率放大器 功率放大級主要由功率放大級主要由滑閥滑閥9和擋板下部和擋板下部 的反饋彈簧片組的反饋彈簧片組成。成?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束電液伺服閥工作原理電液伺服閥工作原理力矩馬達工作原理力矩馬達工作原理 磁鐵把導磁體磁化成磁鐵把導磁體磁化成N、S極，形成磁場。銜鐵和擋板極，形成磁場。銜鐵和擋板固連由彈簧支撐位于導磁體的固連由彈簧支撐位于導磁體的中間。擋板下端球頭嵌放在滑中間。擋板下端球頭嵌放在滑閥中間凹槽內(nèi)；線圈無電流時，閥中間凹

16、槽內(nèi)；線圈無電流時，力矩馬達無力矩輸出，擋板處力矩馬達無力矩輸出，擋板處于兩噴嘴中間；當輸入電流通于兩噴嘴中間；當輸入電流通過線圈使銜鐵過線圈使銜鐵3左端被磁化為左端被磁化為N極，右端為極，右端為S極，銜鐵逆時針偏轉。彈簧管彎曲產(chǎn)生反力矩，極，銜鐵逆時針偏轉。彈簧管彎曲產(chǎn)生反力矩，使銜鐵轉過使銜鐵轉過角。電流越大角。電流越大角就越大，力矩馬達把輸入電信角就越大，力矩馬達把輸入電信號轉換為力矩信號輸出。號轉換為力矩信號輸出?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束 壓力油經(jīng)濾油器和節(jié)壓力油經(jīng)濾油器和節(jié)流孔流到滑閥左、右兩端流孔流到滑閥左、右兩端油腔和兩噴嘴腔，由噴嘴油腔和兩噴嘴腔

17、，由噴嘴噴出，經(jīng)閥噴出，經(jīng)閥9中部流回油箱中部流回油箱力矩馬達無輸出信號時，力矩馬達無輸出信號時，擋板不動，滑閥兩端壓力相擋板不動，滑閥兩端壓力相等。當矩馬達有信號輸出時，擋板偏轉，兩噴嘴與擋板之間等。當矩馬達有信號輸出時，擋板偏轉，兩噴嘴與擋板之間的間隙不等，致使滑閥兩端壓力不等，推動閥芯移動。的間隙不等，致使滑閥兩端壓力不等，推動閥芯移動。前置放大級工作原理前置放大級工作原理總目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束功率放大級工作原理功率放大級工作原理 當前置放大級有壓差信號當前置放大級有壓差信號使滑閥閥芯移動時，主油路使滑閥閥芯移動時，主油路被接通?；y位移后的開度被接通。

18、滑閥位移后的開度正比于力矩馬達的輸入電流，正比于力矩馬達的輸入電流，則閥的輸出流量和輸入電流則閥的輸出流量和輸入電流成正比；當輸入電流反向時，成正比；當輸入電流反向時，輸出流量也反向?；y移動輸出流量也反向?；y移動同時，擋板下端的小球亦隨同時，擋板下端的小球亦隨同移動，使擋板彈簧片產(chǎn)生同移動，使擋板彈簧片產(chǎn)生彈性反力，阻止滑閥繼續(xù)移動；擋板變形又使它在兩噴嘴間彈性反力，阻止滑閥繼續(xù)移動；擋板變形又使它在兩噴嘴間的位移量減小，實現(xiàn)了反饋。當滑閥上的液壓作用力和擋板的位移量減小，實現(xiàn)了反饋。當滑閥上的液壓作用力和擋板彈性反力平衡時，滑閥便保持在這一開度上不再移動。彈性反力平衡時，滑閥便保持在這一

19、開度上不再移動?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束第四節(jié)第四節(jié) 液壓伺服系統(tǒng)實例液壓伺服系統(tǒng)實例一、機械手伸縮運動伺服系統(tǒng)一、機械手伸縮運動伺服系統(tǒng) 包括四個伺服系統(tǒng)，分別控制機械手的伸縮、回轉、包括四個伺服系統(tǒng)，分別控制機械手的伸縮、回轉、升降和手腕的動作。以伸縮伺服系統(tǒng)為例，介紹其工作原升降和手腕的動作。以伸縮伺服系統(tǒng)為例，介紹其工作原理。理。組成組成它主要由電液伺服閥它主要由電液伺服閥1、液壓缸、液壓缸2、活塞桿帶動的機械手、活塞桿帶動的機械手 臂臂3、齒輪齒條機構、齒輪齒條機構4、電位器電位器5、步進電動、步進電動機機6和放大器和放大器7等元等元件組成。件組成?？?/p>

20、目錄總目錄返回本章返回本章返回本節(jié)下一頁上一頁結束結束工作原理工作原理 由數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號，使步進電機帶動電位器由數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號，使步進電機帶動電位器5的的動觸頭順時針轉過一定的角度動觸頭順時針轉過一定的角度i，使動觸頭偏離電位器中位，使動觸頭偏離電位器中位，產(chǎn)生微弱電壓產(chǎn)生微弱電壓u1，經(jīng)放大器，經(jīng)放大器7放大成放大成u2后輸入電液伺服閥后輸入電液伺服閥1的的控制線圈，產(chǎn)生一定的開口量。時壓力油以流量控制線圈，產(chǎn)生一定的開口量。時壓力油以流量q流經(jīng)閥的開流經(jīng)閥的開口進入缸左腔，缸右腔油經(jīng)伺服閥回油箱，活塞連同機械手口進入缸左腔，缸右腔油經(jīng)伺服閥回油箱，活塞連同機械手手臂一起向右

21、移動，行程為手臂一起向右移動，行程為xv；。當電位器中位和觸頭重合；。當電位器中位和觸頭重合時，輸出電壓為零，閥口關閉，手臂移動停止。手臂移動行時，輸出電壓為零，閥口關閉，手臂移動停止。手臂移動行程決定于脈沖程決定于脈沖數(shù)量，速度決定于脈沖數(shù)量，速度決定于脈沖頻率。當數(shù)控裝置發(fā)反頻率。當數(shù)控裝置發(fā)反向脈沖時，步進電機逆向脈沖時，步進電機逆時針轉動，手臂縮回。時針轉動，手臂縮回?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇菊路祷乇竟?jié)下一頁上一頁結束結束二、鋼帶張力控制系統(tǒng)二、鋼帶張力控制系統(tǒng)在圖示的鋼帶張力控制系統(tǒng)中，在圖示的鋼帶張力控制系統(tǒng)中，2為牽引輥，為牽引輥，8為加載裝置，為加載裝置，它們使鋼帶具有一定的張力。由于張力可能有波動，為此在它們使鋼帶具有一定的張力。由于張力可能有波動，為此在轉向輥轉向輥4的軸承上設置一力傳感器的軸承上設置一力傳感器5，以檢測帶材的張力，以檢測帶材的張力，并用伺服液壓缸并用伺服液壓缸1帶動浮動輥帶動浮動輥6來調(diào)節(jié)張力。當實測張力與來調(diào)節(jié)張力。當實測張力與要求張力有偏差時，偏要求張力有偏差時，偏差電壓經(jīng)放大器差電壓經(jīng)放大器9放大后放大后使得電液伺服閥使得電液伺服閥7有輸出有輸出活塞帶動浮動輥活塞帶動浮動輥6調(diào)節(jié)鋼調(diào)節(jié)鋼帶的張緊程度以減少其偏帶的張緊程度以減少其偏差，所以這是力控制系統(tǒng)。差，所以這是力控制系統(tǒng)?？偰夸浛偰夸浄祷乇菊路祷乇?/p>