直驅(qū)式容積控制DDVC電液伺服系統(tǒng)及應(yīng)用液壓控制技術(shù)在工業(yè)

1、直驅(qū)式容積控制(DDVC電液伺服系統(tǒng)及應(yīng)用液壓控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用已有很長的歷史， 早在第二次世界大戰(zhàn)期 間和戰(zhàn)后，由于液壓系統(tǒng)具有重量輕、尺寸小、反應(yīng)速度快和負載剛度大等優(yōu)點 而被廣泛應(yīng)用于軍事目的。液壓伺服技術(shù)發(fā)展至今，有其自身的優(yōu)點，特別是計算機技術(shù)、控制理論、 數(shù)學(xué)分析、電子技術(shù)和液壓基礎(chǔ)理論的研究和發(fā)展，更為液壓伺服技術(shù)注入了新 的活力，因而在航天航海、軍事和民用工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。液壓伺服技術(shù)在非軍事工業(yè)上的應(yīng)用也越來越廣，最多的是機床工業(yè)，在早些年代，數(shù)控機床的工作臺定位伺服裝置中多采用由液壓伺服馬達控制的電液系 統(tǒng)來代替人工操作，其次是工程機械，大量的工程機械設(shè)備都是

2、由液壓伺服控制 來實現(xiàn)。在未來的幾十年中，電液控制技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用又將進一步擴展到工業(yè)機 器人、地質(zhì)和礦藏探測、塑料加工、可移動設(shè)備自動化控制以及燃氣或蒸汽渦輪 控制等，前景廣闊。在近十幾年來，借于液壓技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用成熟的容積控制系統(tǒng)和電機領(lǐng)域交 流伺服電機廣泛應(yīng)用的背景下，出現(xiàn)了永磁交流同步伺服電機直接驅(qū)動雙向定量 泵容積控制的電液伺服系統(tǒng)，也稱 DDVC( Direct Drive Volume Control )系統(tǒng) 或則無閥電液伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)的液壓執(zhí)行機構(gòu)的換向、調(diào)速、調(diào)壓三大功能全 由交流伺服電動機直接控制，所以叫“直接驅(qū)動”，油泵的出油流量的改變也是 由電機直接控制，具有高效節(jié)能、

3、小型集成化、操作與控制簡單、成本低等優(yōu)勢， 因此其發(fā)展相當迅速，尤其在一些能源短缺國家更是得到了極大的重視。油缸前進(耐活鑿桿前進(忡出后退油缸A高圧低壓這種系統(tǒng)不是靠改變泵的排量而是靠改變泵的轉(zhuǎn)速來改變其輸出的流量達 到調(diào)節(jié)執(zhí)行元件變速的目的，從而實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制。它具有電機控制的靈 活性和液壓出力大的雙重優(yōu)點，而且與傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)相比，最突出的優(yōu)點是 節(jié)能高效、小型集成化、環(huán)保、操作方便、成本低，目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域的裝置 上得到應(yīng)用并取得了很大的經(jīng)濟效益。但系統(tǒng)動態(tài)頻響特性不高的問題使其應(yīng)用 場合受到限制。直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)有傳統(tǒng)的閥控系統(tǒng)所不具備的優(yōu) 占：八、(1) 成本低

4、，節(jié)能效果顯著，具有高效節(jié)能的優(yōu)點，(2) 系統(tǒng)元件數(shù)目少，可實現(xiàn)集成一體化，體積小、重量輕、效率高。(3) 伺服電機控制靈活，當執(zhí)行元件不工作時，伺服電機就停止工作，而傳統(tǒng)閥 控系統(tǒng)的液壓泵站始終處于工作狀態(tài)， 這樣可大大提高資源的利用率， 而且可以 采用閉式系統(tǒng)，油箱的體積可以很小。(4) 直驅(qū)式系統(tǒng)可采用無管連接，減少了流量損失，極大地消除管道對伺服系統(tǒng) 的影響，不存在系統(tǒng)高壓引起管路振動的問題。(5) 提高了系統(tǒng)的壽命和可靠性，可以選用價格低廉、可靠性高的定量泵，因此 對液壓油及過濾要求降低， 減少了泵的磨損和系統(tǒng)的噪聲， 提高了使用壽命和系 統(tǒng)的可靠性。美國、德國、俄羅斯、 瑞士等國

5、家對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的研究目前集中在 電動靜液驅(qū)動器(EHA、注塑機、制磚廠和液壓電梯上，在國外已有用于飛機、 艦船、壓力機、軋機、材料試驗機、印刷機、鋼廠連鑄設(shè)備、水渠閘門和六自由 度運動平臺等十余種實際應(yīng)用例子。美國M00(公司研制的新型電動靜液驅(qū)動器 1997年在F-18上作了飛行試驗。1997年瑞士的BERINGER公司在德國奧斯布 格的 97INTERLIFT 國際電梯展覽會上展出了其最新研制的變頻驅(qū)動液壓電梯 控制系統(tǒng)， 取得了成功。 從國外的直驅(qū)式電液伺服裝置的研制情況可以看出， 目 前國外在直驅(qū)式電液伺服裝置的研制方面已具備相對成熟的技術(shù)， 而且有專業(yè)廠 家生產(chǎn)。日本對直驅(qū)式

6、容積控制電液伺服系統(tǒng)已有十幾年的研究， 并取得了很大的成 果。日本鋼管株式會社(NKK)福山制鐵所連鑄設(shè)備采用第一電氣株式會社( Japans Electric Co., Ltd. 、設(shè)計的無閥電液伺服系統(tǒng)，節(jié)能效果十分明顯， 每年電費從 500 萬日元銳減為 9萬日元，只占改造前的 1.8%。而且無閥系統(tǒng)所 用的液壓油相對較少，改造后的連鑄設(shè)備解決了廢油處理和環(huán)保等方面的難題。 東京海洋大學(xué)的練習(xí)船 “汐路丸”號舵機于 1998 年改造時也采用了日本第一電 氣株式會社設(shè)計生產(chǎn)的無閥電液伺服驅(qū)動的舵機裝置，所需電力只為改造前的 10%，該系統(tǒng)投入使用 5 年來，運行狀況大大超過改造前。日本第一

7、電氣株式會 社研制的無閥伺服系統(tǒng)已經(jīng)在船用舵機、連鑄設(shè)備、六自由度平臺、 2500 噸液 壓以下高壓成形機上得到了應(yīng)用。日本的NAMBU公司和OPTON公司已經(jīng)開發(fā)出自己的直接驅(qū)動容積控制電 液伺服系統(tǒng)(DDVC的成型產(chǎn)品。這兩年，日本對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的研究更 加廣泛，據(jù)最新消息， 在今年年初日本的相關(guān)雜志大幅的介紹了最新設(shè)計的直驅(qū) 式電液伺服系統(tǒng)，它的頻率響應(yīng)達到了 5Hz，這就大大提高了直驅(qū)式系統(tǒng)的動態(tài) 性能。早在多年前，日本油研即開始研究以伺服電動機驅(qū)動定量 /變量泵的ASR系 列產(chǎn)品替代定量泵 +P/Q 比例閥的控制系統(tǒng)及異步電機驅(qū)動變量泵泵的負載敏感 液壓系統(tǒng)， 可以實現(xiàn)對壓力和

8、流量的負載匹配控制， 并率先應(yīng)用于注塑機以降低 能耗；上述系統(tǒng)，以及現(xiàn)在主流的異步電機帶伺服閥控系統(tǒng)， 依然不能解決系統(tǒng)使 用閥類元件而存在內(nèi)泄和壓力損失而帶來的功率損耗， 以及高精度、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 伺服泵閥所帶來的故障率高、不耐污染，采購 /維修成本高的問題；GAIN rm 3 h芳-審*亍可川寧手f油研公司與主機廠合作，成功的開發(fā)出用于數(shù)控機床的 系統(tǒng)，其關(guān)鍵液壓元件為雙向高效高壓柱塞泵：DDV（液壓伺服直驅(qū)該泵具有高壓、高效、低噪音、可正反向旋轉(zhuǎn)、耐污染性強等特點，在主機 上的使用取得了顯著的節(jié)能效果；做為日本油研海外最大代理商和合作伙伴的愛力公司，愛力公司在推廣該項產(chǎn)品的同時，正著手開

9、發(fā)直驅(qū)電液伺服系統(tǒng)；其應(yīng)用領(lǐng)域和潛在市場包括鍛壓機、 升降機、注塑機、試驗機等等。數(shù)碼液壓伺服系統(tǒng)省能膜效弄：電済克境蔵少15嚙#消躲就31；咸少80% （本處司內(nèi)比較）環(huán)墳；液液約怖原來機器的175 （本公司內(nèi)比較）C折彎機基本作動從國內(nèi)外相關(guān)課題的研究情況可以看出，國外對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的研究 已很深入，具備相對成熟的技術(shù)和條件，且已在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)有成功的實際應(yīng)用 并獲得了很好的經(jīng)濟效益。相比國外，國內(nèi)對直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)的研 究起步稍晚，主要研究單位有北京航空航天大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、 浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。我國對 DDVCt液伺服系統(tǒng)的研究大多數(shù)還集中 在節(jié)能方面，卻還很少將這種調(diào)速方式用于位置伺服控制，且實