机械设备第九章

1、第九章 现代液压技术9.1 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9.1.1 液压伺服系统的工作原理图9-1为一简单的机液位置伺服系统的原理图。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）液压伺服系统有如下特点：（1）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（2）放大 移动阀芯所需的力很小（3）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。（4）偏差 输入信号与反馈信号的差值称为偏差。9.1.2 液压伺服系统的分类及

2、特点1. 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。 2. 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。 3. 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。4. 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。5. 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。 9.1.3 液压伺服系统的基本形式1. 阀控缸式液压伺服系统 (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

3、滑阀控制式三种。 图 9-3 单边控制滑阀式液压伺服阀简图图 9-4 双边控制滑阀式液压伺服阀的图 9-5 四边控制滑阀式液压伺服阀的工作原理(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；2. 喷嘴挡板阀 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

4、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。 图9-6 双喷嘴挡板式液压伺服阀9.1.4 电液伺服阀 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。电液伺服阀由以下三部分组成。1. 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。2. 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。3. 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

5、，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9.1.5 液压伺服系统应用举例 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98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 9.2 水压传动技术 水压传动是以天然淡水或

6、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。9.2.1 水的理化指标 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：9.2.2 水压传动技术的优点 1. 无污染 2. 经济效益好 3. 无燃性、安全性好 4. 节约能量 5. 响应快 9.2.3 水压传动技术的缺点及解决方向1.

7、腐蚀性强 2. 润滑性能差 3. 泄漏 4. 汽蚀 9.2.4 典型水压系统分析 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。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9.3 电液比例控制技术 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

8、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。9.3.1 电液比例控制的特点电液比例控制器的主要功能如下：(1) 输出斜坡时间可调 (2) 输入电压可调 (3) 多路输入可选(4) 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。(5) 采用标准插板9.3.2 电液比例阀的特点与分类 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 (1) 按其控制功能来分类，可分为比例压力控制阀，比例流

9、量控制阀、比例方向阀（比例方向流量阀）和比例复合阀。 (2) 按液压放大级的级数来分，又可分为直动式和先导式。 (3) 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。 (4) 按比例阀主阀芯的型式来分，又可分为滑阀式和插装式。 9.3.3 电液比例控制系统 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。9.4 射流技术9.4.1概述 高压水

10、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。9.4.2 高压水射流技术的应用 1水射流清洗 其优点为： (1)选择合适的压力等级，水射流清洗不会损伤被清洗的基体； (2)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； (3)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； (4)清洗效果好、成本低，节能，同时还不污染环境； (5)清

11、洗速度比传统的化学方法及机械方法高出510倍； (6)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。2高压水射流切割 高压水射流切割加工工艺具有以下优点： （1）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； （2）高压水切割工艺适应性强，切割范围广 （3）水射流切割加工工艺切割的速度快，生产效率高； （4）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； （5）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。 （6）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。