第-9-章-液压伺服控制简介课件

单击此处编辑母版标题样式,第,9,章 液压伺服控制简介,第,9,章 液压伺服控制简介,9.1,液压伺服系统的工作原,理,9.2,液压伺服系统应用举,例,本,章小,结,思考与练习,第 9 章 液压伺服控制简介9.1 液压伺服系统的工作原理,【,学习任务,】,(,1),了解液压伺服系统的工作原理和特点。,(,2),了解,几种常用的液压伺服系统,。,液,压伺服系统是在液压传动和自动控制理论的基础上建立起来的一种液压自动控制,系统,。液压伺服系统又称随机系统或跟踪系,统，也,是一种功率放大装置。在这种系统,中，执,行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。液压伺服系统除了具有液,压传,动的各种优点,外，还,有响应快、惯性小、系统刚性大、伺服精度高等特,点，所,以得到广,泛应,用。,【学习任务】(1)了解液压伺服系统的工作原,9.1,液压伺服系统的工作原理,9,.1.1,液压伺服控制原理,图,9.1,所示为一种简单的液压传动系,统，当,给阀芯输入位移,x,i,时，滑,阀移动一个开,口量,x,v,，此,时压力油进入无杆,腔，推,动缸体向右运,动，即,有一输出位移,x,o,。它与输入位移,x,i,大,小无直接关,系，而,与液压缸的结构尺寸有关。,9.1 液压伺服系统的工作原理9.1.1 液压,图,9.1,液压传动系统,图 9.1 液压传动系统,若将上述滑阀和液压缸组合成一个整,体，上,述系统就变成了一个简单的液压伺服,系统，如,图,9.2,所示。如果控制滑阀处于中间位置而没有信号输,入，即,x,i,=,0,，阀,芯凸肩正,好堵,住液压缸两个油,口，缸,体不,动，系,统的输出量,x,o,=,0,，负,载停止不,动，处,于静止平衡,状态,。若给控制滑阀输入一个向右的位移,x,i,，阀,芯偏离其中间位,置，液,压缸进出油路同时,打开，阀,相应开口量,x,v,=,x,i,，压,力油经过节流口进入液压缸的无杆,腔，而,液压缸有杆腔的,油通,过另一个节流口回,油，液,压缸产生一个向右的位移,x,o,，由,于控制滑阀阀体和液压缸缸体连在一,起，成,为一个整,体，随,着输出量,x,o,的,增,加，滑,阀的开口量,x,v,逐,渐减,小，当,x,o,增,加,到,x,i,时，开,口量,x,v,=0,，油,路关,闭，液,压缸停止运,动，负,载停止在一个新的平衡位置。如果,继续,给控制滑阀向右的输入信号,x,i,，液,压缸就会跟随这个信号继续向右运动。反,之，若,给,控制,滑阀输入一个向左位移的输入信,号，则,液压缸就会跟随这个信号向左运动。,若将上述滑阀和液压缸组合成一个整体，上述系统就变成了一,图,9.2,液压伺服系统,图 9.2 液压伺服系统,由此可以看,出，伺,服系统与一般的液压传动系统不,同，控,制阀的阀体与液压缸的缸,体实,现刚性连接成为一个整,体，因而，两,者必然同步运动。滑阀移动多少距,离，液,压缸也,移动,多少距离,;,滑阀移动的速度,快，液,压缸移动速度也快,;,只要给控制滑阀以某一规律的,输入,信,号，则,执行元件就自动、准确地跟随控制滑阀运动。所,以，只,要有信号输,入，使,控制,滑阀,的阀芯与阀体产生相对位,移，即,所谓的位置误,差，引,起系统控制环节和执行环节的,失调，产,生系统误,差，使,执行环节跟随输入信号产生相应的运,动，反,馈机构又力图消除误差,。一,旦输入信号停,止，由,于反馈作,用，系,统误差消,除，液,压系统在新的位置平,衡，这,就是,液压,伺服系统的工作原理。,由此可以看出，伺服系统与一般的液压传动系统不同，控制阀,在液压伺服系统,中，一,般称控制元件,(,控制滑阀,),为控制环节或输入环,节，加,给控制,元件,的信号称为输入信,号，输,入信号的大小称为输入量。伺服液压缸产生的位移变化量称,为输,出量。液压伺服系统的基本工作原理可用图,9.3,所示的方框图表示。,在液压伺服系统中，一般称控制元件(控制滑阀)为控制环节,图,9.3,液压伺服系统工作原理方框图,图 9.3 液压伺服系统工作原理方框图,9.1.2,液压伺服控制系统的基本特点,液,压伺服控制系统的基本特点如下,:,(1),液压伺服系统是一个自动位置跟随系,统，输,出量能够自动地跟随输入量的变化,规律,而发生变化。,9.1.2 液压伺服控制系统的基本特点液压伺服,(2),液压伺服系统是一个负反馈系统。当阀芯向右移动一定距离,时，液,压缸体随着向右移,动，控,制滑阀的阀体也一道向右运,动，使,滑阀阀芯和阀体的相对位置始终保持一段很小的距离。如果停止输入信,号，阀,芯与阀体的相对位置恢复到初始状,态，使,液压缸停止运,动，这,种作用称为负反馈。因为反馈是由于缸体和阀体的刚性连接而完成的。负反馈的结,果，总,是使输入信号变小以至于消除。如果没有负反,馈，只,要控制阀的控制口有一个输入位,移，液,压缸就以一定的速度运,动，一,直走完缸的全部行程为止。所以说反馈环节是液压伺服系统中必不可少的组成部分。,(2)液压伺服系统是一个负反馈系统。当阀芯向右移动一,(3),液压伺服系统是一个功率或力的放大系统。移动滑阀所需信号功率很,小，而,系,统的,输出功率是由液压缸的压力油的流量和压力决定,的，可,以很,大，输,出力比输入力大几百倍甚至数千倍。,(4),液压伺服系统是一个误差系统。液压缸位移,x,o,和,阀芯位移,x,i,之间不存在偏差,(,即,当控,制滑阀处于零位,),时，系,统处于静止状态。由此可,见，欲,使系统有输出信,号，首,先必须保,证控,制滑阀具有一个开口,量，即,x,v,=,x,i,-x,o,0,。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,就是说没有误,差，伺,服系统就不工作而处于静止状态。,(3)液压伺服系统是一个功率或力的放大系统。移动滑阀,9.2,液压伺服系统应用举例,在机械设备中广泛使用液压伺服系,统，下,面分别介绍车床液压仿形刀架、汽车转向,液压,助力器和机械手伸缩运动伺服系,统，它,们分别代表不同类型的液压伺服系统。,9.2 液压伺服系统应用举例在机械设备中广泛使用,9,.2.1,车床液压仿形刀架伺服系统,图,9.4,所示为车床液压仿形刀架的工作原理图。仿形刀架主要由伺服阀、液压缸和,反馈,机构三部分组成。液压仿形刀架倾斜安装在车床溜板,5,的上,面，工,作时随溜板纵向移动。样板,12,安装在床身后侧支架上固定不动。仿形刀架液压缸的活塞杆固定在刀架,3,的底座,上，缸,体,6,、阀体,7,和刀架连成一,体，可,在刀架底座的导轨上沿液压缸轴向移动。滑阀阀,芯,10,在弹簧的作用下通过杆,9,使杠杆,8,的触销,11,紧压在样板上。利用仿形刀架可以依照,样件,的形状自动加工出多台肩的轴类零件或曲线轮廓的旋转表,面，从,而大大提高劳动生产,率并,减轻劳动强度。,9.2.1 车床液压仿形刀架伺服系统图 9.4,图,9.4,车床液压仿形刀架的工作原理图,图 9.4 车床液压仿形刀架的工作原理图,车削圆柱面,时，溜,板,5,沿床身导轨,4,纵向移动。杠杆触销,11,在样板的圆柱段内水平,滑动，滑,阀阀口不打,开，刀,架只能随溜板一起纵向移,动，刀,架在工件,1,上车出,AB,段圆柱面,。车,圆锥面,时，触,销沿样板的圆锥段滑,动，使,杠杆向上偏,摆，从,而带动阀芯上,移，打,开阀,口，压,力油进入液压缸上,腔，推,动缸体连同阀体和刀架,轴向,后退。阀体后退又逐渐使阀口关,小，直,至关闭,为止,。在溜板不断地作纵向运动的同,时，触,销在样板,的圆,锥段上不断抬,起，刀,架也就不断地作轴向后退,运动，此,两运动的合成就使刀具在工件上车出,BC,段,圆锥,面。其他曲面形状或凸肩也都是这样合成切削来,形成,的。如图,9.5,所,示，图,中,v,1,、,v,2,和,v,分别表示溜,板带,动刀架的纵向运动速度、刀具沿液压缸轴向的运,动速,度和刀具的实际合成速度。,车削圆柱面时，溜板 5 沿床身导轨 4 纵向移动。杠杆,图,9.5,进给运动合成示意图,图 9.5 进给运动合成示意图,从仿形刀架的工作过程可以看,出，刀,架液压缸是以一定的仿形精度按着触销输入位,移信,号的变化规律而动作,的，所,以说仿形刀架液压系统是液压伺服系统。,从仿形刀架的工作过程可以看出，刀架液压缸是以一定的仿形,9.2.2,汽车转向液压助力器,为,了减轻司机的体力劳,动，大,型载重卡车广泛采用液压助力,器，这,种液压助力器也,是一,种位置控制的机液伺服机构。图,9.6,所示是转向液压助力器的工作原理,图，它,主要由,液压,缸和控制滑阀两部分组成。液压缸活塞,1,的右端通过铰链固定在汽车底盘,上；液,压缸,缸体,2,和控制滑阀阀体连在一起形成负反,馈，由,方向盘,5,通过摆杆,4,控制滑阀阀芯,3,的移动。,9.2.2 汽车转向液压助力器为了减轻司机的体,图,9.6,转向液压助力器的工作原理图,图 9.6 转向液压助力器的工作原理图,当缸体,2,前后移动,时，通,过转向连杆机构,6,等控制车轮偏,转，从,而操纵汽车转向。,当阀,芯,3,处于图示位置,时，各,阀口关,闭，缸,体,2,固定不,动，汽,车保持直线运动。由于控制滑阀采用负开口,(,阀芯与阀口处于中间对称位置,时，阀,芯与阀口有重叠遮盖量,),的形,式，故,可,以防,止引起不必要的扰动。若逆时针方向转动方向,盘，通,过摆杆,4,带动阀芯,3,向后移动,时，压,力,p,1,减,小，压,力,p,2,增,大，使,液压缸缸体向后移,动，转,向机构,6,向逆时针方向摆,动，使车轮,向左偏,转，实,现向左转向,;,反,之，缸,体若向前移,动，转,向连杆机构向顺时针方向摆,动，使车,轮向右偏,转，实,现向右转弯。,当缸体 2 前后移动时，通过转向连杆机构 6 等控制车,缸体前进或后退,时，控,制阀阀体同时前进或后,退，即,实现刚性负反,馈，使,阀芯和阀,体重,新恢复到平衡位,置，因,此保持了车轮偏转角度不变。,为,了使驾驶员在操纵方向盘时能感觉到路面的好,坏，在,控制滑阀两端增加两个油,腔，见,图,9.6,，油,腔分别与液压缸前后腔相,通，这,时移动控制阀芯时所需的力就和液压缸的两腔压力差,(,p=p,1,-p,2,),成正,比，因,而具有真实感。,缸体前进或后退时，控制阀阀体同时前进或后退，即实现刚性,9.2.3,机械手伸缩运动伺服系统,一,般机械手能实现机械手的伸缩、回转、升降和手腕的动,作，每,一个动作都是由液,压伺,服系统驱动的。由于每个液压伺服系统的原理均相,同，现,仅以伸缩伺服系统为,例，介绍它,的工作原理。,9.2.3 机械手伸缩运动伺服系统一般机械手能,图,9.7,所示是机械手伸缩运动伺服系统原理图。它主要由电液伺服阀,1,、液压缸,2,、,活塞,杆带动的机械手手臂,3,、齿轮齿条机构,4,、电位器,5,、步进电机,6,和放大器,7,等元件组成,。当,电位器的触头处于中位,时，触,头上没有电压输出。当它偏离这个位置,时，由,于产生了,偏差,就会输出相应的电压。电位器产生的微弱电,压，经,放大器放大后对电液伺服阀进行,控制,。电位器的触头由步进电机带动旋,转，步,进电机的转角位移和转角速度由数字控制装,置发,出的脉冲数和脉冲频率控,制；齿,条固定在机械手手臂,上，电,位器固定在齿轮,上，所,以,当手,臂带动齿轮转动,时，电,位器同齿轮一起转,动，实,现负反馈。,图 9.7 所示是机械手伸缩运动伺服系统原理图。它主要,图,9.7,机械手伸缩运动伺服系统原理图,图 9.7 机械手伸缩运动伺服系统原理图,机械手伺服系统的工作原理如,下：,由,数字控制装置发出一定数量的脉,冲，使,步进电机带动电位器,5,的动触头转过一定,的角,度,i,(,假定为顺时针方向,),，动,触头偏离电位器中,位，产,生微弱的电压,u,1,，经,放大器,7,放大,成,u,2,后输入电液伺服阀,1,的控制线,圈，使,伺服阀产生一定的开口量。这时压力油经滑,阀开,口进入液压缸的左,腔，推,动活塞连同机械手臂一起向右移动,x,v,