机械设计基础-图文课件第9章

第9章1液压伺服控制系统目录9.19.29.3液压伺服控制系统概述液压伺服阀电液伺服阀9.4液压伺服控制系统举例9.1液压伺服控制系统概述9.1.1液压伺服控制系统的工作原理及特点液压泵是系统的动力源，它以恒定的压力向系统供油，供油压力由溢流阀调定。伺服阀是控制元件，液压缸是执行元件。伺服阀按节流原理控制进入液压缸油液的流量、压力和流动方向，使液压缸带动负载运动。伺服阀阀体与液压缸缸体刚性连接，从而构成机械反馈控制。1.液压伺服控制系统的工作原理9.1液压伺服控制系统概述图9-1液压伺服控制系统的工作原理1—伺服阀；2—液压缸；3—溢流阀；4—液压泵9.1液压伺服控制系统概述图9-2用方块图表示的液压伺服控制系统的工作原理9.1液压伺服控制系统概述9.1.1液压伺服控制系统的工作原理及特点（1）液压伺服系统是一个自动跟踪系统（或随动系统），输出量能够自动地跟随输入量变化规律而变化。（2）液压伺服系统是一个有差系统。系统的输出信号和输入信号之间存在偏差是液压伺服系统工作的必要条件，也可以说液压伺服系统是靠偏差信号进行工作的。2.液压伺服控制系统的特点9.1液压伺服控制系统概述9.1.1液压伺服控制系统的工作原理及特点（3）液压伺服系统必须具有负反馈环节。（4）液压伺服系统是一个功率放大装置（系统），执行元件输出的功率远大于输入信号的功率，多达几百倍，甚至几千倍。伺服控制过程的物理本质是利用偏差信号去控制液压能源输到系统的能量，因此液压伺服装置一般也称为液压伺服放大器。2.液压伺服控制系统的特点9.1液压伺服控制系统概述9.1.2液压伺服控制系统的类型及组成（1）按控制信号的类别和回路的组成，液压伺服系统分为机液伺服系统、气液伺服系统和电液伺服系统。（2）按控制元件的不同，液压伺服系统分为滑阀式、射流管式、喷嘴挡板式和转阀式。（3）按控制方式不同，液压伺服系统分为阀控系统和泵控系统。（4）按所控制的物理量，液压伺服系统分为位置控制系统、速度控制系统和力控制系统。1.液压伺服控制系统的类型9.1液压伺服控制系统概述9.1.2液压伺服控制系统的类型及组成图9-3液压伺服控制系统的组成2.液压伺服控制系统的组成9.2液压伺服阀液压伺服控制系统是以液压伺服阀为核心的高精度控制系统。液压伺服阀是一种通过改变输入信号，连续、成比例地控制流量和压力来进行液压控制的装置。常用的伺服阀有滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀，其中以滑阀应用最为普遍。9.2液压伺服阀9.2.1滑阀滑阀按工作边数（起控制作用的阀口数）可分为单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀。图9-4滑阀的工作原理9.2液压伺服阀9.2.1滑阀滑阀在零位时有三种开口形式：负开口（xv0<0）、零开口（xv0=0）和正开口（xv0>0），如图9-5所示。零开口阀的控制性能最好，但加工精度要求高；负开口阀有一定的不灵敏区，较少应用；正开口阀的控制性能较负开口的好，但零位功率损耗较大。图9-5滑阀在零位时的开口形式9.2液压伺服阀9.2.2喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀有单喷嘴和双喷嘴两种结构形式，它们的工作原理基本相同，图9-6所示为双喷嘴挡板阀的工作原理。图9-6双喷嘴挡板阀的工作原理1—挡板；2、3—喷嘴；4、5—固定节流孔9.2液压伺服阀9.2.2喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀的优点是结构简单，加工方便，挡板运动部件惯性小，位移小，因而反应快，灵敏度高，抗污染能力较滑阀强；缺点是无功损耗大。它常用作多级放大元件中的前置级。9.2液压伺服阀9.2.3射流管阀射流管阀由射流管1和接受器2组成，如图9-7所示。图9-7射流管阀1—射流管；2—接受器9.2液压伺服阀9.2.3射流管阀射流管阀的优点是结构简单，加工精度要求较低；抗污染能力强，对油液的清洁度要求不高；单级功率比喷嘴挡板阀高。其缺点是受射流力的影响，高压易产生干扰振动；射流管运动惯量较大，响应不如喷嘴挡板阀快；无功损耗较大。因此，射流管阀适用于低压小功率的伺服控制系统。9.3电液伺服阀电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。它能将很小功率的输入电信号转换为大功率的液压能输出，是电液伺服控制系统的关键元件。9.3电液伺服阀图9-8典型电液伺服阀的结构原理1—永久磁铁；2—导磁体；3—衔铁；4—线圈；5—弹簧管；6—挡板；7—喷嘴；8—滑阀；9—固定节流孔9.3电液伺服阀当线圈中无信号电流输入时，衔铁、挡板和滑阀都处于中间对称位置，如图9-8所示。当线圈中有信号电流输入时，衔铁被磁化，与永久磁铁和导磁体形成的磁场合成产生电磁力矩，使衔铁连同挡板偏转。挡板的偏转，使两喷嘴与挡板之间的缝隙发生相反的变化，滑阀阀芯两端压力pv1、pv2也发生相反的变化，一个压力上升，另一个压力下降，从而推动滑阀阀芯移动。电液伺服阀的工作原理如下：9.3电液伺服阀阀芯移动的同时使反馈杆产生弹性变形，对衔铁挡板组件产生一反力矩。当作用在衔铁挡板组件上的电磁力矩与弹簧管反力矩、反馈杆反力矩达到平衡时，滑阀停止运动，保持在一定的开口上，有相应的流量输出。由于衔铁、挡板的转角，滑阀的位移都与信号电流成比例变化，在负载压差一定时，阀的输出流量也与输入电流成比例。输入电流反向，输出流量亦反向。所以，这是一种流量控制电液伺服阀。电液伺服阀的工作原理如下：9.4液压伺服控制系统举例机液伺服系统主要用来进行位置控制。由于它结构简单、工作可靠、使用维修也比较容易，因而被广泛地用于飞机舵面操纵系统、汽车动力转向装置、液压仿形机床等。9.4.1机液伺服系统9.4液压伺服控制系统举例图9-9液压仿形刀架1—工件；2—车刀；3—刀架；4—导轨；5—拖板；6—缸体；7—阀体；8—杠杆；9—伺服阀阀芯；10—触销；11—样板；12—过滤器；13—液压泵9.4液压伺服控制系统举例电液伺服控制系统是由电的信号处理部分和液压的功率输出部分组成的闭环控制系统。由于电检测器的多样性，可以组成许多物理量的闭环控制系统。最常见的是电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力或力矩控制系统。电液伺服控制系统综合了电和液压两方面的优势，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑和重量轻等优点，并且得到了广泛的应用。9.4.2电液伺服控制系统9.4液压伺服控制系统举例9.4.2电液伺服控制系统图9-10电液位置伺服系统的工作原理及方块图1—电液伺服阀；2—液压缸；3—工作台；4—反馈电位器；5—指令电位器；6—电放大器1.电液位置伺服系统9.4液压伺服控制系统举例9.4.2电液伺服控制系统图9-11电液速度控制系统的工作原理及方块图1—测速发电机；2—位移传感器；3—电放大器；4—电液伺服阀；5—变量液压缸；6—变量泵；7—定量马达；8—滚筒2.电液速度控制系统9