流体机械调节与控制技术n

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,流体机械调节与控制技术,主讲 吴晓明,24,学时,机电控制工程（,24,学时）,Dr.,吴晓明,1.1,简述,液压变量泵及变量马达能在变量控制装置的作用下能够根据工作的需要在一定范围内调整输出特性，如：恒流控制、恒压控制、恒速控制、恒转矩控制、恒功率控制、功率匹配控制等。,采用变量泵实现容积控制。使用变量泵进行位置和速度控制时，能量损耗最小。正确地使用和调节泵的流量，可使其只排出满足负载运动速度需要的流量，而使用定量泵时只有部分流量供给负载，其余的流量需要旁通至油箱。,为了在不增加管路阻力的条件下提高液压马达的速度，也有必要为减少液压马达的排量而采用变量马达。,1.2,三大类泵的变量调节,表,1-1,三大类泵的主要应用现状,1.3,容积调节液压变量泵（马达）的基本工作原理,容积泵的基本工作原理：形成若干个密封的工作腔，当密封工作腔的容积从小向大变化时，形成部分真空、吸油；当密封工作腔的容积从大向小变化时，进行压油（排油）。,容积液压马达的基本工作原理：形成若干个密封的工作腔，进油时，密封工作腔的容积从小向大变化；排油时，密封工作腔的容积从大向小变化，其输出是转矩和转速。,容积式液压泵正常工作的必备条件是：具有密封容积（密封工作腔）；密封容积能交替变化；具有配流装置。其作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通，而与油箱切断；吸油过程中油箱必须与大气相通。,1.4,单作用叶片泵工作原理,图,1-1,单作用叶片泵工作原理,1,转子,2,定子,3,叶片,1.4,单作用叶片泵工作原理,定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是，两相邻叶片、配流盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。,当转子按图,1-4,所示方向旋转时，右侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，油液通过吸油口,5,、配流油盘上的吸油窗口进入密封工作腔；而在左侧，叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液排往配流油盘的排油窗口，经排油口,1,被输送到系统中去。,要实现变量，只要改变定子和转子间的偏心距的大小，实际上就是改变了泵的工作容积，从而形成了变量叶片泵。,1.5,流量控制系统的分类,(1),阀控,(,节流调速,),系统 定量泵与各种控制阀配合进行调速控制。其特点是响应快，可进行微小流量调节，但能量损失大，效率低，多用于小功率场合。,(2),泵控,(,容积调速,),系统 由各种变量泵与相关变量控制阀配合进行调速控制，其特点是能量损失小，效率高，并能实现多种功能的复合控制，如恒压、恒流、,p,+,q,+,P,（,P,功率）等；尽管响应速度较慢，但已能满足大部分工业应用的要求。,(3),变转速控制 通过改变变频电动机的转速，来改变定量泵的输出流量。与常规的阀控、泵控系统相比，其基本特点是，既有泵控系统节能的特色，又接近阀控系统的快速性。目前，主要是受到定量泵可能的最低转速,(,小流量区,),和最高可能转速,(,大流量区,),的限制，以及大功率变频器可靠性与经济性的制约。,1.6,容积调节变量泵的分类,按外部操纵方式,手动，机动，电动，液动，电液控制,属于外加信号 控制变量,按调节方式,排量，压力（恒压），流量（恒流），恒功率，各种复合控制,泵的基本参数按一定规律自动实现变化,按适应性控制,功率匹配，负载敏感，负载适应,包括与负载的适应，与原动机的适应,1.7,典型的液压变量泵（马达）的变量调节方式,开式回路还是闭式回路,液压式或机械式,直动式或先导式,定位和可调式,开环(无反馈式),机械手动式,电气机械式,1.7,典型的液,压,压变量泵,（,（马达）,的,的变量调,节,节方式,机械液,压,压式,电气液,压,压式,液压液,压,压式,闭环(有,反,反馈式),液压机,械,械式,液压电,气,气式,2.1,液压桥路,和,和泵源阀,控,控系统的,理,理论,半桥的基,本,本类型：,液,液压半桥,是,是一个实,用,用意义较,大,大的桥路,，,，从工程,实,实用出发,，,，可将液,压,压半桥归,纳,纳为三种,基,基本类型,。,。,A,型：是输,入,入与输出,均,均为可变,液,液阻，且,受,受同一输,入,入控制信,号,号的差动,联,联控；,B,型：是输,入,入为固定,液,液阻，输,出,出为受输,入,入信号控,制,制的可变,液,液阻；,C,型：是与,B,型相反，,输,输入为可,变,变液阻，,输,输出为固,定,定液阻。,2.2,三种液压,半,半桥,2.2,三种液压,半,半桥,2.3,三种基本,液,液压半桥,的,的结构,2.2,三种液压,半,半桥的特,性,性曲线,2.3.3,种液压半,桥,桥构成的,基,基本原则,先导液桥,是,是由液阻,构,构成的无,源,源网络，,需,需要外部,压,压力源,(,来自主控,制,制级或外,部,部油源,),供油。,(1),两个液阻,中,中，至少,有,有一个可,变,变液阻,(,液阻可看,成,成是多个,液,液阻并串,联,联后的当,量,量液阻,),；,(2),可变液阻,的,的变化必,须,须受先导,输,输入控制,信,信号的控,制,制，输入,控,控制信号,可,可以是手,动,动、电液,比,比例、电,动,动、液动,和,和机动等,多,多种方式,；,；,(3),先导半桥,的,的输出控,制,制信号从,两,两个液阻,之,之间引出,；,；,(4),液压半桥,可,可以并联,；,；,(5),液压半桥,可,可以是多,级,级的，前,一,一级半桥,的,的输出往,往,往就是次,级,级液桥的,输,输入。,2.4,滑阀式液,压,压放大器,2.5,直接位置,反,反馈比例,排,排量调节,机,机构,3.1,比例控制,排,排量调节,泵,泵,3.1.1,直接控制,直接位置,反,反馈式排,量,量调节,(1),稳态时变,量,量活塞和,先,先导阀芯,的,的位移相,等,等；,(2),变量活塞,的,的响应速,度,度，取决,于,于先导阀,的,的输出流,量,量；,(3),先导阀芯,的,的通流面,积,积是（,y-x,）的函数,，,，所以总,是,是在开口,量,量很小的,情,情况下跟,踪,踪（如图,3-1,所示，,y,为先导阀,芯,芯位移，,x,为变量活,塞,塞位移）,；,；,(4),先导阀口,零,零位附近,的,的流量增,益,益和压力,增,增益，决,定,定这种方,式,式的响应,性,性能。,3.1.1,位移直接,反,反馈型,3.1.1,位移力反,馈,馈型,先导级的,位,位移输入,由,由比例电,磁,磁铁给出,，,，先导级,的,的力平衡,方,方程决定,阀,阀口开度,，,，先导阀,口,口流量的,积,积分决定,变,变量活塞,的,的位移，,此,此位移通,过,过反馈弹,簧,簧使先导,阀,阀口关闭,，,，使变量,活,活塞定位,在,在一个新,的,的位置上,。,。,3.1.1 A4V,泵的双向,变,变量调节,先导液压,控,控制（,HD,）、手动,液,液压伺服,控,控制（,HW,）、凸轮,液,液压伺服,控,控制（,HK,）和电液,比,比例控制,（,（,EL,）,3.1.2 DG,控制,这种控制,方,方式是籍,助,助于连接,控,控制口,X,的外部切,换,换控制压,力,力，使泵,可,可以被设,定,定到最大,斜,斜盘倾角,，,，这种变,量,量方式只,能,能在最大,排,排量,V,gmax,和和最小,排,排量,V,gmin,之间切换,泵,泵的排量,。,。在,X,口的切换,压,压力,p,st=0 MPa,对应最大,排,排量输出,V,gmax,，在,X,口的切换,压,压力,p,st5MPa,则对应最,小,小排量,V,gmin,输出。,3.1.3 HD,控制,3.1.3 HD,控制,这种控制,装,装置由一,台,台控制阀,和,和变量控,制,制缸组成,。,。用先导,控,控制压力,来,来控制泵,的,的排量，,在,在,X,1,孔口接先,导,导控制压,力,力，泵的,排,排量与先,导,导压力成,正,正比。,其控制原,理,理是典型,的,的三通阀,控,控缸直接,位,位置反馈,原,原理。控,制,制油口,X,1,的压力作,用,用在控制,阀,阀阀芯的,左,左腔，推,动,动阀芯向,右,右移动，,控,控制阀左,位,位工作，,来,来自系统,的,的压力油,经,经阀口进,入,入控制缸,的,的右腔推,动,动变量活,塞,塞杆左移,，,，使泵的,排,排量增大,，,，随着变,量,量缸活塞,杆,杆的左移,，,，与活塞,杆,杆连接的,反,反馈杆使,控,控制阀的,弹,弹簧压缩,，,，弹簧力,增,增加，推,动,动滑阀阀,芯,芯右移使,控,控制阀口,开,开度减少,，,，直到与,驱,驱动力平,衡,衡，阀口,关,关闭，泵,的,的排量因,此,此确定在,一,一个与控,制,制压力成,比,比例的位,置,置。,3.1.3 HDG,控制,3.1.3 HDG,控制,HD.G,控制的工作,原,原理是，当,泵,泵的出口压,力,力未达到远,程,程溢流阀的,设,设定值时，,泵,泵的排量随,控,控制压力成,比,比例变化。,当泵的出口,压,压力达到远,程,程溢流阀的,设,设定值时，,溢,溢流阀卸荷,，,，排量控制,缸,缸右端相当,于,于接通油箱,，,，控制缸右,腔,腔压力降低,，,，压力油推,动,动控制缸使,泵,泵降到最小,排,排量。此时,泵,泵保持恒压,状,状态，即恒,定,定在远程溢,流,流阀设定的,压,压力下。,远程溢流阀,（,（,1,）可实现泵,输,输出压力的,远,远程遥控，,改,改变远程溢,流,流阀的压力,调,调节旋钮可,改,改变设定系,统,统压力值，,泵,泵的输出压,力,力不会超过,远,远程溢流阀,的,的压力设定,值,值。,3.1.4CY,泵伺服变量,控,控制机构,3.1.4CY,泵伺服变量,控,控制机构,泵输出的压,力,力油由通道,经,经单向阀,a,进入变量机,构,构壳体的下,腔,腔,d,，液压力作,用,用在变量活,塞,塞,4,的下端。当,与,与伺服阀阀,芯,芯,1,相连结的拉,杆,杆不动时，,变,变量活塞,4,的上腔,g,处于封闭状,态,态，变量活,塞,塞不动，斜,盘,盘,3,在某一相应,的,的位置上。,当,当使拉杆向,下,下移动时，,推,推动阀芯,1,一起向下移,动,动，,d,腔的压力油,经,经通道,e,进入上腔,g,。由于变量,活,活塞上端的,有,有效面积大,于,于下端的有,效,效面积，向,下,下的液压力,大,大于向上的,液,液压力，故,变,变量活塞,4,也随之向下,移,移动，直到,将,将通道,e,的油口封闭,为,为止。变量,活,活塞的移动,量,量等于拉杆,的,的位移量、,当,当变量活塞,向,向下移动时,，,，通过轴销,带,带动斜盘,3,摆动，斜盘,倾,倾斜角增加,，,，泵的输出,流,流入随之增,加,加；当拉杆,带,带动伺服阀,阀,阀芯向上运,动,动时，阀芯,将,将通道,f,打开，上腔,g,通过卸压通,道,道接通油箱,，,，变量活塞,向,向上移动，,直,直到阀芯将,卸,卸压通道关,闭,闭为止。它,的,的移动量也,等,等于拉杆的,移,移动量。这,时,时斜盘也被,带,带动作相应,的,的摆动，使,倾,倾斜角减小,，,，泵的流量,也,也随之相应,地,地减小。,3.15EP,控制,3.15EP,控制,输入的电流,所,所产生的电,磁,磁力使比例,阀,阀产生一个,与,与输入电流,成,成正比的开,度,度，这样就,有,有液压油通,过,过打开的阀,口,口进入变量,活,活塞的无杆,腔,腔，变量活,塞,塞产生位移,，,，使泵的排,量,量增加，活,塞,塞位移通过,反,反馈杆又作,用,用在比例滑,阀,阀右侧的阀,芯,芯弹簧上，,使,使弹簧被压,缩,缩，所产生,的,的弹性力与,滑,滑阀比例电,磁,磁铁所产生,的,的电磁力相,互,互平衡，阀,口,口关闭，这,样,样滑阀阀芯,在,在新的位置,平,平衡，此位,置,置对应泵的,一,一个排量