液壓伺服系統(tǒng)課件

第十章液壓伺服系統(tǒng)郭婷制作第十章液壓伺服系統(tǒng)郭婷制作本章目錄第一節(jié)概述第二節(jié)液壓伺服控制元件第三節(jié)電液伺服閥第四節(jié)液壓伺服系統(tǒng)實(shí)例本章目錄第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理

仿形刀架裝在車(chē)床床鞍后部，隨床鞍一起作縱向移動(dòng)，并按照樣件的輪廓形狀車(chē)削工件；樣件安裝在床身支架上，是固定不動(dòng)的。液壓泵站則放在車(chē)床附近的地面上，與仿形刀架以軟管相連。液壓仿形刀架工作原理圖10-1液壓仿形刀架工作原理圖第一節(jié)概述一、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理仿形刀架3

仿形刀架的活塞桿固定在刀架底座上，液壓缸的缸體6、杠桿8、伺服閥體7是和刀架3連在一起的，可在刀架底座的導(dǎo)軌上沿液壓缸軸向移動(dòng)。伺服閥芯10在彈簧的作用下通過(guò)閥桿9將杠桿8上的觸銷(xiāo)11壓在樣件12上。由液壓泵14來(lái)的油經(jīng)濾油器13通入伺服閥的A口，并根據(jù)閥芯所在位置經(jīng)B或C通入液壓缸的上腔或下腔，使刀架3和車(chē)刀2退離或切入工件1。圖10-1液壓仿形刀架工作原理圖仿形刀架的活塞桿固定在刀架底座上，液壓缸的缸體64

車(chē)削圓柱面時(shí)，溜板沿床身導(dǎo)軌4縱向移動(dòng)。杠桿觸銷(xiāo)在樣件上水平段滑動(dòng)，閥口不打開(kāi)，刀架跟隨溜板一起縱向移動(dòng)，車(chē)刀在工件1上車(chē)出圓柱面；車(chē)削圓錐面時(shí)，觸銷(xiāo)沿樣件斜線滑動(dòng)，杠桿向上方偏擺，帶動(dòng)閥芯上移，閥口打開(kāi)，壓力油進(jìn)入缸上腔推動(dòng)缸體連同閥體和刀架后退。閥體后退逐漸關(guān)小閥口，直至關(guān)閉。觸銷(xiāo)在樣件上不斷抬起，刀架也就不斷后退運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)合成使刀具在工件上車(chē)出圓錐面。圖10-1液壓仿形刀架工作原理圖車(chē)削圓柱面時(shí)，溜板沿床身圖10-1液壓仿形刀5節(jié)標(biāo)題節(jié)標(biāo)題6

其它曲面形狀或凸肩都是合成切削的結(jié)果。如圖所示，v1、v2和v分別表示溜板帶動(dòng)刀架的縱向運(yùn)動(dòng)速度、刀具沿液壓缸軸向的運(yùn)動(dòng)速度和刀具的實(shí)際合成速度。二、液壓伺服系統(tǒng)特點(diǎn)

1）跟蹤：輸出跟蹤輸入

2）放大：輸出大于輸入

3）誤差：輸出滯后輸入

4）反饋：輸出減小輸入圖10-2液壓仿形刀架速度合成圖圖10-3液壓伺服控制系統(tǒng)流程圖其它曲面形狀或凸肩都是合成切削的結(jié)果。二、液壓伺服系7

三、液壓伺服系統(tǒng)分類(lèi)按輸出物理量分類(lèi)：位置、速度、力伺服系統(tǒng)按信號(hào)分類(lèi)：機(jī)液、電液、氣液伺服系統(tǒng)按元件分類(lèi)：閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)相比優(yōu)點(diǎn)﹕

1）體積小﹐重量輕﹐慣性小﹐可靠性好﹔

2）快速性好﹔

3）剛度大(即輸出位移受外負(fù)載影響小)﹐定位準(zhǔn)確。

四、液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)：

(1)液壓元件的功率—重量比和力矩-慣量比大可以組成結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、加速性好的伺服系統(tǒng)。

(2)液壓動(dòng)力元件快速性好，系統(tǒng)響應(yīng)快。

(3)液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大，即輸出位移受負(fù)載變化的影響小，定位準(zhǔn)確，控制精度高。2.缺點(diǎn)：(1)液壓元件，特別是精密的液壓控制元件(如電液伺服閥)抗污染能力差，對(duì)工作油液的清潔度要求高。

(2)油溫變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的影響。

(3)當(dāng)液壓元件的密封設(shè)計(jì)、制造相使用維護(hù)不當(dāng)時(shí)．容易引起外漏，造成環(huán)境污染。

(4)液壓元件制造精度要求高，成本高。

(5)液壓能源的獲得和遠(yuǎn)距離傳輸都不如電氣系統(tǒng)方便。四、液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn)2.缺點(diǎn)：9第二節(jié)液壓伺服控制元件液壓控制元件是液壓伺服系統(tǒng)中的核心元件。

常見(jiàn)的液壓伺服控制元件有控制滑閥、射流管閥和噴嘴擋板閥等。

一、控制滑閥

1、單邊節(jié)流滑閥滑閥控制邊的開(kāi)口量xs控制著液壓缸右腔的壓力和流量，從而控制液壓缸運(yùn)動(dòng)的速度和方向。圖10-4單邊節(jié)流滑閥結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié)液壓伺服控制元件液壓控制元件是液壓102.雙邊節(jié)流滑閥

壓力油一路直接進(jìn)入液壓缸有桿腔，另一路經(jīng)滑閥左控制邊的開(kāi)口xs1和液壓缸無(wú)桿腔相通，并經(jīng)滑閥右控制邊xs2流回油箱。

當(dāng)滑閥向左移動(dòng)時(shí)，xs1減小，xs2增大，液壓缸無(wú)桿腔壓力p1減小，兩腔受力不平衡，缸體向左移動(dòng)。反之缸體向右移動(dòng)。

圖10-5雙邊節(jié)流滑閥結(jié)構(gòu)示意圖2.雙邊節(jié)流滑閥圖10-5雙邊節(jié)流滑閥結(jié)構(gòu)示意圖113、四邊節(jié)流滑閥滑閥有四個(gè)控制邊，開(kāi)口xs1、xs2分別控制進(jìn)入缸兩腔的壓力油，開(kāi)口xs3、xs4分別控制液壓缸兩腔的回油。當(dāng)滑閥向左移動(dòng)時(shí)，液壓缸左腔進(jìn)油口xs1減小，回油口xs3增大，使p1迅速減?。慌c此同時(shí)，液壓缸右腔的進(jìn)油口xs2增大，回油口xs4減小，使p2迅速增大。這樣就使活塞迅速左移。圖10-6四邊節(jié)流滑閥結(jié)構(gòu)示意圖3、四邊節(jié)流滑閥圖10-6四邊節(jié)流滑閥結(jié)構(gòu)示意圖124、三種節(jié)流邊的對(duì)零狀態(tài)1）負(fù)開(kāi)口（xs＜0）有較大的不靈敏區(qū)，較少采用（圖10-7a）2）正開(kāi)口（xs＞0）工作精度較負(fù)開(kāi)口高，但功率損耗大，穩(wěn)定性也較差。（圖10-7b）3）零開(kāi)口（xs=0）其工作精度最高，制造工藝性差。（圖10-7c）圖10-7滑閥的不同開(kāi)口形式4、三種節(jié)流邊的對(duì)零狀態(tài)圖10-7滑閥的不同開(kāi)口形式13二、射流管閥收孔a、b，分別與液壓缸兩腔相通。壓力油從管道進(jìn)入射流管后從錐形噴嘴射出，經(jīng)接收孔進(jìn)入液壓缸兩腔。射流管偏向哪個(gè)接收孔，油缸相應(yīng)的工作腔壓力提高，缸體就向那個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。射流管閥由射流管1和接收板2組成。射流管可繞Ｏ軸左右擺動(dòng)一個(gè)不大的角度，接收板上有兩個(gè)并列的接圖10-8射流管閥1-射流管2-接受器二、射流管閥收孔a、b，分別與液壓缸兩腔相通。壓力油從管道進(jìn)14三、噴嘴擋板閥

由擋板1、噴嘴2和3、固定節(jié)流小孔4和5等元件組成。擋板和兩個(gè)噴嘴之間形成兩個(gè)可變截面的節(jié)流縫隙δ1和δ2。當(dāng)擋板處于中間位置時(shí)，兩縫隙所形成的液阻相等，兩噴嘴腔內(nèi)的油壓相等，缸不動(dòng)。當(dāng)輸入信號(hào)使擋板向左偏擺時(shí)，可變縫隙δ1關(guān)小δ2開(kāi)大p1上升p2下降，缸體向左移動(dòng)。當(dāng)噴嘴跟隨缸體移動(dòng)到擋板兩邊對(duì)稱(chēng)位置時(shí)，缸運(yùn)動(dòng)停止。圖10-9噴嘴擋板閥三、噴嘴擋板閥由擋板1、噴嘴2和3、固定節(jié)流小第三節(jié)電液伺服閥

電液伺服閥是電液聯(lián)合控制的多級(jí)伺服元件，它能將微弱的電氣輸入信號(hào)放大成大功率的液壓能量輸出。它具有控制精度高和放大倍數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，在液壓控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。圖10-10電液伺服閥第三節(jié)電液伺服閥電液伺服閥是電液聯(lián)合控制的多16

一、電液伺服閥的組成由力矩馬達(dá)和液壓放大器組成。1.力矩馬達(dá)組成由一對(duì)永久磁鐵1、導(dǎo)磁體2和銜鐵3、線圈5和內(nèi)部懸置擋板7的彈簧管6等組成。2.液壓放大器組成前置放大器前置放大級(jí)是一個(gè)雙噴嘴-擋板閥，它主要由擋板7、噴嘴8、節(jié)流孔10和濾油器11組成。功率放大級(jí)功率放大級(jí)主要由滑閥9和擋板下部的反饋彈簧片組成。圖10-10電液伺服閥一、電液伺服閥的組成圖10-10電液伺服閥二、電液伺服閥工作原理1.力矩馬達(dá)工作原理磁鐵把導(dǎo)磁體磁化成N、S極，形成磁場(chǎng)。線圈無(wú)電流時(shí)，力矩馬達(dá)無(wú)力矩輸出，擋板處于兩噴嘴中間；當(dāng)輸入電流通過(guò)線圈使銜鐵3左端被磁化為N極，右端為S極，銜鐵逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。彈簧管彎曲產(chǎn)生反力，使銜鐵轉(zhuǎn)過(guò)θ角。電流越大θ角就越大，力矩馬達(dá)把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力矩信號(hào)輸出。圖10-10電液伺服閥二、電液伺服閥工作原理圖10-10電液伺服閥

壓力油經(jīng)濾油器和節(jié)流孔流到滑閥左、右兩端油腔和兩噴嘴腔，由噴嘴噴出，經(jīng)閥9中部流回油箱力矩馬達(dá)無(wú)輸出信號(hào)時(shí)，擋板不動(dòng)，滑閥兩端壓力相等。當(dāng)矩馬達(dá)有信號(hào)輸出時(shí)，擋板偏轉(zhuǎn)，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(dòng)閥芯移動(dòng)。2.前置放大級(jí)工作原理圖10-10電液伺服閥壓力油經(jīng)濾油器和節(jié)2.前置放大級(jí)工作原理圖103.功率放大級(jí)工作原理

當(dāng)前置放大級(jí)有壓差信號(hào)使滑閥閥芯移動(dòng)時(shí)，主油路被接通?；y位移后的開(kāi)度正比于力矩馬達(dá)的輸入電流，則閥的輸出流量和輸入電流成正比；當(dāng)輸入電流反向時(shí)，輸出流量也反向?；y移動(dòng)同時(shí)，擋板下端的小球亦隨同移動(dòng)，使擋板彈簧片產(chǎn)生彈性反力，阻止滑閥繼續(xù)移動(dòng)；擋板變形又使它在兩噴嘴間的位移量減小，實(shí)現(xiàn)了反饋。當(dāng)滑閥上的液壓作用力和擋板彈性反力平衡時(shí)，滑閥便保持在這一開(kāi)度上不再移動(dòng)。圖10-10電液伺服閥3.功率放大級(jí)工作原理圖10-10電液伺服閥第四節(jié)液壓伺服系統(tǒng)實(shí)例實(shí)例一機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)

包括四個(gè)伺服系統(tǒng)，分別控制機(jī)械手的伸縮、回轉(zhuǎn)、升降和手腕的動(dòng)作。以伸縮伺服系統(tǒng)為例，介紹其工作原理。一、組成主要由電液伺服閥1、液壓缸2、活塞桿帶動(dòng)的機(jī)械手臂3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)4、電位器5、步進(jìn)電機(jī)6和放大器7等元件組成。圖10-11機(jī)械手伸縮電液伺服工作原理圖第四節(jié)液壓伺服系統(tǒng)實(shí)例實(shí)例一機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)圖121二、工作原理步進(jìn)電機(jī)將數(shù)控部分的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角θi，動(dòng)觸頭偏離電位器中位，產(chǎn)生微弱電壓u1，經(jīng)放大后再輸入電液伺服閥1的控制線圈u2

，產(chǎn)生一定的開(kāi)口量。時(shí)壓力油以流量q流經(jīng)閥的開(kāi)口進(jìn)入缸左腔，缸右腔油經(jīng)伺服閥回油箱，活塞連同機(jī)械手手臂一起向右移動(dòng)。當(dāng)電位器中位和觸頭重合時(shí)，輸出電壓為零，閥口關(guān)閉，手臂移動(dòng)停止。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)反向脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂縮回。圖10-11機(jī)械手伸縮電液伺服工作原理圖二、工作原理圖10-11機(jī)械手伸縮電液伺服工作原理圖

圖示的紙帶張力控制系統(tǒng)中，2為牽引輥