《液壓系統(tǒng)安裝與調(diào)試》中職課件項目8 認識液壓伺服系統(tǒng)

1、液壓系統(tǒng)安裝與調(diào)試任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例項目八 認識液壓伺服系統(tǒng)學(xué)習(xí)重點項目八 認識液壓伺服系統(tǒng)學(xué)習(xí)了解液壓伺服系統(tǒng)的組成和工作原理。1了解液壓伺服系統(tǒng)的分類和組成。2了解液壓伺服系統(tǒng)的工作原理。知識儲備任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)一、液壓伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷史在第一次世界大戰(zhàn)前，液壓伺服系統(tǒng)作為海軍艦船的操舵裝置已開始應(yīng)用。在第二次世界大戰(zhàn)期間及以后，由于軍事需要，特別是武器和飛行器控制系統(tǒng)的需要，以及液壓伺服系統(tǒng)本身具有響應(yīng)快、精度高、功率/重量比大等優(yōu)點，其理論研究和實際應(yīng)用取得了很大的進展。20世紀40年代開始了滑閥特性和液壓伺服理論的研究，

2、1940年底，首先在飛機上出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。但該系統(tǒng)中的滑閥由伺服電機驅(qū)動，只作為電液轉(zhuǎn)換器。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備20世紀50年代初，出現(xiàn)了快速響應(yīng)的永磁力矩馬達，形成了電液伺服閥的雛形。20世紀50年代末，又出現(xiàn)了以噴嘴擋板閥作為第一級的電液伺服閥，進一步提高了伺服閥的快速性。20世紀60年代，各種結(jié)構(gòu)的電液伺服閥相繼出現(xiàn)，特別是干式力矩馬達的出現(xiàn)，使得電液伺服閥的性能日趨完善。電液伺服閥和電子技術(shù)的發(fā)展，使電液伺服系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。目前，液壓伺服控制系統(tǒng)，特別是電液伺服系統(tǒng)已成了武器自動化和工業(yè)自動化的一個重要方面。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備二、液壓伺服系統(tǒng)的工作原

3、理及組成1工作原理向右給閥芯一個輸入量xi時，滑閥移動某一開口量xv，壓力油進入缸右腔，缸左腔回油，缸體右移，輸出位移x滑閥和液壓缸組合成一個整體。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備滑閥和液壓缸組合成一個整體，液壓泵4輸出的液壓油通過溢流閥3調(diào)定壓力后供給系統(tǒng)，通過伺服閥1控制液壓缸2推動負載運動。伺服閥1為控制元件，液壓缸2為執(zhí)行元件。閥1控制流入缸體2的流量、壓力和液流方向，該系統(tǒng)稱為閥控式液壓伺服系統(tǒng)。由于閥體1與缸體2制成一個整體，從而構(gòu)成了反饋控制。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備2液壓伺服系統(tǒng)的組成（1）指令元件（又稱輸入元件）。給出與被控制對象所希望的運動規(guī)律相對應(yīng)的指令信號（輸入

4、信號），加在系統(tǒng)中的輸入端指令元件可以使機械裝置如凸輪、連桿、模版等，給出位移信號；也可以使電氣元件如電位計、程序裝置等，給出電壓信號。（2）比較元件。用來比較輸入信號和反饋信號，并將它們的差值作為偏差信號輸送給后面的元件。實際系統(tǒng)中，比較元件有時不單獨存在，而是與輸入元件、反饋測量元件或放大元件一起組成同一元件來實現(xiàn)多種功能。（3）放大轉(zhuǎn)換元件（液壓功率放大器）。將偏差信號放大并轉(zhuǎn)換成液壓信號，并控制執(zhí)行元件的動作，如伺服放大器、液壓控制閥、電液伺服閥等。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備（4）液壓執(zhí)行元件。驅(qū)動控制對象動作的液壓元件，通常指液壓缸或液壓馬達。（5）檢測反饋元件。檢測系統(tǒng)輸出量

5、，將其轉(zhuǎn)換成與輸入信號具有相同形式的反饋信號，并回輸給比較元件。反饋元件可以是機械裝置如齒輪副、連桿等，也可以是電氣元件如各種傳感器、測速電機等。（6）控制對象。被控制的機械設(shè)備，即負載，它接受液壓伺服系統(tǒng)的控制，并輸出被控制量。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備三、液壓伺服系統(tǒng)分類1按輸入信號變化規(guī)律分類2按偏差信號的產(chǎn)生和傳遞方式不同分類3按輸出物理量分類4按系統(tǒng)輸出信號是否反饋分類5按不同控制元件分類以上幾種分類方法是從不同角度考慮的，它們實際上可能指的是同一個系統(tǒng)。如閥控式電液伺服位置控制系統(tǒng)。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備四、液壓伺服系統(tǒng)的基本特點與普

6、通的液壓系統(tǒng)相比，液壓伺服系統(tǒng)具有以下特點：（1）它是一個自動跟蹤系統(tǒng)（或跟隨系統(tǒng)）：輸出量自動地跟隨輸入量變化規(guī)律而變化。（2）它是一個誤差控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間存在偏差是液壓伺服系統(tǒng)工作的必要條件，也可以說液壓伺服系統(tǒng)是靠偏差信號進行工作的。（3）它是一個負反饋閉環(huán)系統(tǒng)：被控對象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生的運動量（輸出量）必須經(jīng)檢測反饋元件回輸?shù)奖容^元件，力圖抵消使被控制對象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生運動的輸入信號，即力圖使偏差信號減小到零，從而形成一個負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)知識儲備（4）它是一個信號放大系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出信號功率是系統(tǒng)輸入信號功率的數(shù)倍甚至數(shù)千倍。（5）與普

7、通液壓系統(tǒng)相比，盡管同樣有液壓泵（能源）、液壓馬達或液壓缸（執(zhí)行元件）和控制元件，但控制調(diào)節(jié)的精度要求更高。如液壓源提供的液壓力和流量應(yīng)更穩(wěn)定，進入執(zhí)行元件的流量特性的線性度應(yīng)更好。 任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)任務(wù)實施一、訓(xùn)練內(nèi)容在實訓(xùn)教師的指導(dǎo)下，仔細觀察實訓(xùn)設(shè)備，認識和了解各部分結(jié)構(gòu)組成；做好設(shè)備使用前的準備工作；使用設(shè)備；設(shè)備使用后正確維護保養(yǎng)。二、訓(xùn)練設(shè)備YL381C型液壓實訓(xùn)裝置1臺組。三、訓(xùn)練步驟（一）系統(tǒng)回路連接與調(diào)試Step1根據(jù)圖液壓伺服系統(tǒng)原理圖連接液壓傳動系統(tǒng)，并仔細檢查回路連接情況。Step2打開電源，啟動液壓泵，觀察運行情況，對使用中遇到的問題進行分析和解決。任務(wù)一 認

8、識液壓伺服系統(tǒng)任務(wù)實施Step3根據(jù)工況要求操縱各手動閥，觀察系統(tǒng)的動作情況是否正確，速度調(diào)節(jié)是否正常，制動是否迅速。Step4經(jīng)老師檢查評價后，關(guān)閉電源，拆下管線，將元件放回原來位置。Step5對訓(xùn)練過程中取得的數(shù)據(jù)和觀察到的現(xiàn)象進行分析總結(jié)，并得出結(jié)論。（二）系統(tǒng)故障分析和排除Step1根據(jù)圖82液壓伺服系統(tǒng)原理圖，分析液壓系統(tǒng)中各元件在系統(tǒng)中的作用。Step2根據(jù)液壓傳動系統(tǒng)原理圖，分析壓力故障可能是由哪些元件引起的。任務(wù)一 認識液壓伺服系統(tǒng)任務(wù)實施Step3根據(jù)液壓傳動系統(tǒng)原理圖，分析執(zhí)行元件運動方向故障可能是由哪些元件引起的。Step4根據(jù)液壓傳動系統(tǒng)原理圖，分析執(zhí)行運動速度故障可能

9、是由哪些元件引起的。Step5用排除法找出故障并排除。Step6對訓(xùn)練過程中取得的數(shù)據(jù)和觀察到的現(xiàn)象進行分析總結(jié)，得出結(jié)論。Step7完成任務(wù)后，經(jīng)老師檢查評價，關(guān)閉電源，拆下管線，將元件放回原來位置。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥知識儲備一、滑閥滑閥通常有單邊滑閥、雙邊滑閥和四邊滑閥。它們的作用相同，都起換向和節(jié)流作用。如圖所示為雙邊滑閥。壓力油一路直接進入液壓缸有桿腔，使Ps=P2；另一路經(jīng)滑閥左控制邊開口xv1和液壓缸無桿腔相通，并經(jīng)滑閥右控制邊的開口xv2流回油箱，顯然，液壓缸無桿腔壓力P1P2。當(dāng)P1A1=P2A2時，缸體受力平衡，靜止不動。當(dāng)滑閥閥芯左移時，xv1減小，xv2增大，液壓

10、缸無桿腔壓力P1減小，P1A1P2A2，缸體也左移；反之，當(dāng)閥芯右移，缸體也右移。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥知識儲備任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥知識儲備二、噴嘴擋板閥如圖所示為雙噴嘴式擋板閥。噴嘴與擋板間的間隙1和2構(gòu)成兩個可變節(jié)流口，當(dāng)擋板處于中間位置時，1=2，液阻相等，P1=P2，液壓缸不動，壓力油經(jīng)小孔4和5，縫隙1和2流回油箱。擋板左偏擺，1減小，2增大，P1上升，P2下降，液壓缸左移。因噴嘴和缸體連在一起，噴嘴左移，形成負反饋，當(dāng)噴嘴跟隨缸體移動到擋板兩邊對稱位置時，液壓缸停止運動。擋板反向，液壓缸也反向。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥知識儲備任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥知識儲備三、電液伺

11、服閥如圖所示是一種典型的電液伺服閥。由力矩馬達、雙噴嘴擋板閥、四邊滑閥組成。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥任務(wù)實施一、訓(xùn)練內(nèi)容在實訓(xùn)教師的指導(dǎo)下，仔細觀察實訓(xùn)設(shè)備，認識和了解各部分結(jié)構(gòu)組成；做好設(shè)備使用前的準備工作；使用設(shè)備；設(shè)備使用后正確維護保養(yǎng)。二、訓(xùn)練設(shè)備YL381C型液壓實訓(xùn)裝置1臺組。三、訓(xùn)練步驟（一）系統(tǒng)回路連接與調(diào)試Step1安裝伺服閥前對液壓系統(tǒng)進行徹底清洗。Step2伺服閥的安裝。（1）伺服閥安裝座表面粗糙度值應(yīng)小于Ra1.6，表面不平度應(yīng)不大于0.025mm。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥任務(wù)實施（4）進口油和回油口不要接錯，特別是當(dāng)供油壓力達到或超過20MPa時。（5）檢查底面各

12、油口的密封圈是否齊全。（6）每個線圈的最大電流不要超過2倍額定電流。（7）油箱應(yīng)密封，并盡量選用不銹鋼板材。油箱上應(yīng)裝有加油及空氣過濾用濾清器。（8）禁止使用麻線、膠黏劑和密封帶作為密封材料。（9）伺服閥的沖洗板應(yīng)在安裝前拆下，并保存起來，以備將來維修時使用。（10）對于長期工作的液壓系統(tǒng)，應(yīng)選較大容量的濾油器。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥任務(wù)實施Step3伺服閥的維修保護。（1）在條件許可的情況下，應(yīng)定期檢查工作液的污染度。（2）應(yīng)建立新油是“臟油”的概念，如果在油箱中注入10%以上的新油液，即應(yīng)換上沖洗板，啟動油源，清洗24h以上，然后更換或清洗濾油器，再卸下沖洗板，換上伺服閥。一般情況下，

13、長時間經(jīng)濾油器連續(xù)使用的液壓油往往比較干凈。因此，在系統(tǒng)無滲漏的情況下應(yīng)減少無謂的加油次數(shù)，避免再次污染系統(tǒng)。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥任務(wù)實施（3）系統(tǒng)換油時，在注入新油前應(yīng)徹底清洗油箱，換上沖洗板，通過510m的濾油器向油箱注入新油。啟動油源，沖洗24h以上，然后更換或清洗濾油器，完成管路、油箱的再次清洗。（4）伺服閥在使用過程中出現(xiàn)堵塞等故障現(xiàn)象，不具備專業(yè)知識及設(shè)備的使用者不得擅自分解伺服閥，用戶可按說明書的規(guī)定更換濾油器。如故障還無法排除，應(yīng)返回生產(chǎn)單位進行修理、排障、調(diào)整。（5）如條件許可，伺服閥需定期返回生產(chǎn)單位清洗、調(diào)整。（6）使用條件好的油源，保持相對較好的油質(zhì)，可以較長時間

14、不換油，這對系統(tǒng)可靠運行是有好處的。任務(wù)二 認識常用液壓伺服閥任務(wù)實施（7）切忌讓鐵磁物質(zhì)長期與馬達殼體相接觸，防止馬達跑磁，跑磁嚴重時伺服閥甚至不能工作，輕則影響伺服閥零位和輸出。（8）除非外部有機械調(diào)零裝置，否則不要擅自拆伺服閥去調(diào)零。因為伺服閥是精密液壓元件，調(diào)試離不開實驗臺，離不開專用工裝夾具。（9）伺服閥本身帶有保護濾器，更換濾器的方法最好接受廠方的指導(dǎo)。（10）伺服閥的裝卸，增加了一次油源受污染的機會，所以千萬要注意干凈，這是最重要的保養(yǎng)要求。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備一、車床液壓仿形裝置仿形刀架安裝在車床溜板6上面，工作時隨溜板作縱向移動。樣件安裝在床身后側(cè)固定不動。液壓缸

15、的活塞桿固定在刀架的底座上，液壓缸體、閥體和刀架8連成一體，可在刀架底座的導(dǎo)軌上沿液壓缸軸向移動。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備二、機械手伸縮液壓伺服系統(tǒng)機械手應(yīng)能按要求完成一系列動作，包括伸縮、回轉(zhuǎn)、升降、手腕動作等?，F(xiàn)僅以伸縮運動伺服系統(tǒng)為例，介紹其工作原理，其他動作原理均相同。圖所示系統(tǒng)主要由放大器1、電液伺服閥2、液壓缸3、機械手手臂4、齒輪齒條機構(gòu)5、電位器6和步進電動機7等元件組成。指令信號由步進電動機發(fā)出。步進電動機將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，其輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比。步進電動機的輸出軸與電位器的動觸頭

16、連接。電位器輸出的微弱電壓經(jīng)放大器放大后，產(chǎn)生相應(yīng)的信號電流控制電液伺服閥，從而推動液壓缸產(chǎn)生相應(yīng)的位移。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備三、汽車轉(zhuǎn)向液壓助力器大型載重卡車廣泛采用液壓助力器，以減輕司機的體力勞動。這種液壓助力器是一種位置控制的液壓伺服機構(gòu)。圖所示是轉(zhuǎn)向液壓助力器簡圖，它主要由液壓缸和控制滑閥兩部分組成。液壓缸活塞1的右端通過鉸銷固定在汽車底盤上，液壓缸缸體2和控制滑閥閥體連在一起形成負反饋，由方向盤5通過擺桿4控制滑閥閥芯3的移動。當(dāng)缸體2前后移動時，通過轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)6等控制車輪偏轉(zhuǎn)，從而操縱汽車轉(zhuǎn)向。當(dāng)閥芯3處于圖示位置時，各閥口均關(guān)閉，缸體2固定不動，汽車保持直線運動。當(dāng)

17、旋轉(zhuǎn)方向盤，假設(shè)使閥芯3向右移動時，液壓缸中壓力P1減小，P2增大，缸體也向右移動，帶動轉(zhuǎn)向連桿6向逆時針方向擺動，使車輪向左偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎；反之，缸體若向左移就可實現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備四、數(shù)控機床液壓伺服系統(tǒng)圖所示是常見的開環(huán)數(shù)控機床液壓伺服系統(tǒng)原理簡圖。圖中元件3和6是電液步進馬達，它是由步進電動機和液壓扭矩放大器組合而成。步進電動機也稱脈沖電動機，它能把數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)變成機械角位移。它每接收一個脈沖信號，輸出軸就轉(zhuǎn)一個角度（稱為步距角）。其輸出軸直接或通過齒輪與伺服閥芯連接，帶動閥芯旋轉(zhuǎn)。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備任

18、務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備五、液壓伺服系統(tǒng)主要優(yōu)缺點1液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點液壓伺服系統(tǒng)除具有液壓傳動所固有的一系列優(yōu)點外，另有以下優(yōu)點：（1）承載能力大。電氣元件的力/質(zhì)量比小，優(yōu)質(zhì)電磁鐵每平方厘米能產(chǎn)生的最大力約為175N，而液壓缸的最大工作壓力達320105Nm。由此可見，同樣尺寸的液壓元件比電氣元件產(chǎn)生的力要大得多。（2）響應(yīng)速度快。由于常溫常壓下，液壓油壓縮性很小，相當(dāng)于一個剛度很大的液壓彈簧，因此液壓固有頻率很高，從而使液壓執(zhí)行元件的響應(yīng)速度快，能高速啟動、制動與反向。與液壓系統(tǒng)具有相同壓力和負載的氣動系統(tǒng)，其響應(yīng)速度只有液壓系統(tǒng)的150。一般來說，電氣系統(tǒng)的響應(yīng)速度也不如液壓系統(tǒng)。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例知識儲備（3）控制精度高。因為液壓執(zhí)行元件的液壓彈簧剛度很大，而泄漏又很少，故速度剛度和位置剛度都很大。2液壓伺服系統(tǒng)的缺點（1）液壓元件特別是精密的控制元件（如電液伺服閥）抗油污能力差，對工作油液的清潔度要求高。污染的油液會使閥磨損而降低其性能，甚至可能被堵塞黏住而不能工作。因此液壓控制系統(tǒng)必須采用精細的過濾器。（2）液體的體積彈性模量隨溫度和混入油中的空氣含量而變。當(dāng)溫度變化時對系統(tǒng)性能有顯著影響。（3）使用不當(dāng)，容易引起外漏，造成環(huán)境污染。（4）液壓元件制造精度要求高，成本較高。任務(wù)三 液壓伺服系統(tǒng)實例任務(wù)實施一、訓(xùn)練內(nèi)容在實訓(xùn)