液壓伺服系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上液壓控制系統(tǒng)液壓技術(shù)主要是由于武器裝備對高質(zhì)量控制裝置的需要而發(fā)展起來的。隨著控制理論的出現(xiàn)和控制系統(tǒng)的發(fā)展，液壓技術(shù)與待膩?zhàn)蛹夹g(shù)的結(jié)合日趨完善，從而產(chǎn)生了廣泛應(yīng)用于武器裝備的高質(zhì)量電液控制系統(tǒng)。同時(shí)，液壓技術(shù)也廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)部門。在這個(gè)發(fā)展過程中，控制裝置的需要反過來迫使液壓元器件、液壓控制系統(tǒng)不斷更新，不斷發(fā)展提高。本文結(jié)合課堂所學(xué)，簡要講述液壓技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。1.液壓傳動(dòng)將源動(dòng)力的能量按一定方式和規(guī)律傳遞給工作機(jī)構(gòu)的作用叫傳動(dòng)。在機(jī)器中起傳動(dòng)作用的機(jī)構(gòu)叫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。目前傳動(dòng)有五種型式：機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣體傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和復(fù)合傳動(dòng)。在液體傳動(dòng)中，有一種以

2、液體為傳動(dòng)介質(zhì)，主要靠受壓液體的壓力能來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和能量傳遞的叫液壓才傳動(dòng)。圖1為一個(gè)簡單的連通器，可以用來傳遞能量。圖1.連通器簡圖當(dāng)右邊小活塞在外力Fo作用下，向下推壓右邊腔室的液體時(shí)，該處的液體通過兩腔室間連通的通道被擠壓到左邊大腔室中，使重物G運(yùn)動(dòng)，這樣就起到了傳動(dòng)能量的作用。但這種簡單的連通器不能連續(xù)工作，下面以一個(gè)簡單的例子來分析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。如圖2所示，小活塞及其活塞缸為主動(dòng)缸，在單向閥配合下不斷從郵箱吸油，排左邊大缸腔，被稱為液壓泵。左邊大活塞及其缸腔為工作缸，不斷得到壓力油，不斷推舉重物做功，被稱為液壓缸。從圖中知道，液壓泵、液動(dòng)機(jī)（液壓缸和液壓馬達(dá)）和控制閥為組成液壓系統(tǒng)的三

3、個(gè)主要部分，加上輔助裝置和液壓油，這五個(gè)部分是實(shí)際液壓機(jī)構(gòu)所必須的。圖2.千斤頂?shù)脑韴D2.液壓元件根據(jù)各個(gè)元件在液壓系統(tǒng)中的作用，主要分為動(dòng)力元件(液壓能源)液壓泵，執(zhí)行元件(液動(dòng)機(jī))液壓馬達(dá)(輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))和液壓缸(輸出直線運(yùn)動(dòng))，以及各種控制閥。2.1.液壓控制元件液壓閥是液壓系統(tǒng)的控制元件，通過它改變系統(tǒng)中流體的運(yùn)動(dòng)方向、壓力和流量。在節(jié)流式伺服系統(tǒng)中，它直接控制執(zhí)行元件動(dòng)作；在容積式伺服系統(tǒng)中，它直接控制著泵的變量機(jī)構(gòu)，改變其輸出流量，從而間接的對執(zhí)行元件的動(dòng)作進(jìn)行控制。按其功能可分為方向閥、壓力閥、流量閥三大類。在液壓伺服系統(tǒng)中它是一個(gè)機(jī)械液壓轉(zhuǎn)換裝置，如圖3所示。 圖3(a).一

4、級閥 圖3(b).二級閥在節(jié)流式液壓控制系統(tǒng)中，液壓控制閥的輸出功率要直接操縱執(zhí)行元件動(dòng)作，往往是較大的值，而輸入閥的功率則通常是很小的，故液壓控制閥也是一種功率放大裝置。如果放大系數(shù)太大，單級閥難以實(shí)現(xiàn)，可以用二級閥或者多級閥，二級閥的機(jī)構(gòu)如圖3(b)所示。液壓閥隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷的發(fā)展更新?，F(xiàn)代液壓控制元件不指上面提到的液壓傳動(dòng)中的三類閥：壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥，而是指用于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的各類閥，主要指各類伺服閥（DDV直動(dòng)閥）、電液比例閥、高速開關(guān)閥、數(shù)字閥等。其中，電液比例閥是一種可以根據(jù)輸入電氣信號(hào)，按比例對工作油液的壓力、流量和方向進(jìn)行控制的液壓控制閥。且電液比例技

5、術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)構(gòu)成之一。比例閥根據(jù)作用不同可分為比例壓力閥、比例流量閥、比例方向閥等。電液比例閥與電液伺服閥相比，比例閥有下述優(yōu)點(diǎn)：1）除存在中位死區(qū)外，性能與伺服閥相當(dāng)；2）系統(tǒng)頻寬能夠滿足大部分工業(yè)控制要求；3）介質(zhì)過濾精度要求低；4）價(jià)格低，與開關(guān)閥相當(dāng)正是由于上述優(yōu)點(diǎn)，比例閥在液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。2.2 液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)，如圖4所示：圖4(a).常用液壓缸符號(hào)圖4(b).葉片式液壓馬達(dá)工作原理圖四通閥控制液壓缸的的原理圖如圖5所示，是由正開口四邊滑閥和對稱液壓缸組成的。它是最常用的一種液

6、壓動(dòng)力元件。下面簡要分析一下閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)特性。圖5.四通閥控制液壓缸原理圖閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)特性不但取決于閥和液壓缸，也和負(fù)載有關(guān)。對系統(tǒng)進(jìn)行線性化可得系統(tǒng)的基本方程如下：1）滑閥的流量方程：qL=Kqxv-KcpL (1)2）液壓缸流量連續(xù)性方程：流入液壓缸進(jìn)油腔的流量q1為q1=Apdxpdt+Cipp1+p2+Cepp1+V1edp1dt從液壓缸回油腔流出的流量q2為q2=Apdxpdt+Cipp1+p2-Cepp2-V2edp2dt根據(jù)qL=q1+q22，線性化簡以后可得qL=Apdxpdt+CtppL+Vt4edpLdt (2)3）液壓缸和負(fù)載的力平衡方程為：AppL=mtd2xp

7、dt2+Bpdxpdt+Kxp+FL (3)根據(jù)上述三個(gè)基本方程可以推導(dǎo)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。由于伺服閥的非線性、液壓缸容積的時(shí)變性以及閥口加工誤差等的影響，很多系統(tǒng)不能保證閥控對稱缸的性能，研究閥控非對稱缸很有必要而且有現(xiàn)實(shí)意義。3.液壓伺服控制眾所周知，液壓伺服控制是一門新興的技術(shù)，起源于上世紀(jì)50年代。遠(yuǎn)在第一次世界大戰(zhàn)前，液壓伺服控制曾用于海軍艦艇中作為操舵設(shè)備。近幾十年來，由于整個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是在軍事上和航空與宇航技術(shù)上所應(yīng)用的伺服控制系統(tǒng)逐步向快速、大功率、高精度的方向發(fā)展，液壓伺服控制所具有的反應(yīng)快、重量輕、尺寸小及抗負(fù)載剛性大等優(yōu)點(diǎn)，特別受到了重視，因此，液壓伺服控制作為一種新興的技術(shù)學(xué)科迅速地發(fā)展起來?，F(xiàn)在，液壓伺服控制已在自動(dòng)化領(lǐng)域占有重要位置，凡是需要大功率、快速、精確反應(yīng)的控制系統(tǒng)，都已經(jīng)采用了液壓伺服控制?，F(xiàn)代飛機(jī)上的操縱系統(tǒng)，如舵機(jī)、助力器、變臂器、人感系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電源系統(tǒng)的恒速與恒頻調(diào)節(jié)，火力系統(tǒng)中的雷達(dá)與炮塔的跟蹤控制等大都采用了液壓伺服控制。導(dǎo)彈的作動(dòng)舵面，擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，發(fā)射臺(tái)的操縱以及人造衛(wèi)星與宇宙飛船的飛行控制也用到了液壓伺服控制系統(tǒng)。飛行器的地面模擬設(shè)備，包括飛行模擬臺(tái)、負(fù)載模擬器、大功率模擬振動(dòng)臺(tái)、疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)的協(xié)調(diào)加載、大功率材料試驗(yàn)加載等大多采用了液壓控制。因此液壓伺服控制的發(fā)展關(guān)