機械設(shè)備第九章

1、第九章 現(xiàn)代液壓技術(shù)9.1 液壓伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)又稱隨機系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)，是一種自動控制系統(tǒng)9.1.1 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理圖9-1為一簡單的機液位置伺服系統(tǒng)的原理圖。圖9-1機液位置伺服系統(tǒng)原理圖1溢流閥 2泵 3閥芯 4閥體（缸體）液壓伺服系統(tǒng)有如下特點：（1）跟蹤 系統(tǒng)的輸出量能夠自動、快速而準(zhǔn)確地跟蹤輸入量的變化規(guī)律（2）放大 移動閥芯所需的力很?。?）反饋 所謂反饋就是把輸出量的一部分或全部按一定方式回送到輸入端，和輸入信號作比較。回送的信號稱為反饋信號。若反饋信號不斷地抵消輸入信號的作用，則稱為負反饋。（4）偏差 輸入信號與反饋信號的差值稱為偏差。9.1.2 液壓伺服系統(tǒng)的分類及

2、特點1. 按輸入信號變化規(guī)律分類,分為定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)三類。 2. 按傳遞信號（指輸入和偏差信號）的元件分類, 分為機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)等。 3. 按輸出物理量分類,分為位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)和力（或壓力）伺服系統(tǒng)等。4. 按控制方式分類,分為閥控系統(tǒng)（節(jié)流式）和泵控系統(tǒng)（容積式）兩類。5. 按控制元件不同分類，可分為滑閥式、射流管式、 噴嘴擋板式和轉(zhuǎn)閥式等。 9.1.3 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式1. 閥控缸式液壓伺服系統(tǒng) (1) 滑閥式液壓伺服系統(tǒng) 根據(jù)滑閥上的控制邊數(shù)（即起作用的閥口數(shù)）的不同，這種系統(tǒng)又分為單邊滑閥控制式、雙邊滑閥控制式和四邊

3、滑閥控制式三種。 圖 9-3 單邊控制滑閥式液壓伺服閥簡圖圖 9-4 雙邊控制滑閥式液壓伺服閥的圖 9-5 四邊控制滑閥式液壓伺服閥的工作原理(2)射流管式液壓伺服系統(tǒng) 射流管式伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，元件加工精度低；射流管出口處面積大，抗污染能力強，能在惡劣的工作條件下工作。 它的缺點是：射流管運動部分的慣量較大，工作性能較差；射流管能量損失大，即使在零位處無功耗損亦大，效率較低；當(dāng)供油壓力高時容易引起振動；2. 噴嘴擋板閥 噴嘴擋板閥有單噴嘴式和雙噴嘴式兩種.圖9-6所示為雙噴嘴擋板閥的工作原理。 噴嘴擋板閥的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，運動部件慣性小，反應(yīng)快，精度和靈敏度高；缺點是無功

4、損耗大，抗污染能力較差。噴嘴擋板閥常用作多級放大伺服控制元件中的前置級。 圖9-6 雙噴嘴擋板式液壓伺服閥9.1.4 電液伺服閥 電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，也是功率放大元件，電液伺服閥具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、放大系數(shù)高、控制性能好等優(yōu)點。電液伺服閥由以下三部分組成。1. 力矩馬達 力矩馬達把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為力矩輸出。銜鐵的轉(zhuǎn)角與輸入電流的大小成正比。電流越大，銜鐵偏轉(zhuǎn)的角度也越大。電流反向輸入時，銜鐵也反向偏轉(zhuǎn)。2. 前置放大級 力矩馬達產(chǎn)生的力矩很小，不能直接用來驅(qū)動四邊控制滑閥，必須先進行放大。3. 功率放大級 功率放大級由滑閥和閥體組成。其作用是將前置放大級輸入的滑閥位移信號進一步放大

5、，實現(xiàn)控制功率的轉(zhuǎn)換和放大。由上述分析可知，滑閥閥芯的位置是由反饋桿組件的彈性變形力反饋到銜鐵上與電磁力平衡而決定的，所以也稱此閥為力反饋式電液伺服閥，其工作原理可用圖9-7來表示。 圖9-7力反饋式電液伺服閥方框圖9.1.5 液壓伺服系統(tǒng)應(yīng)用舉例 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。現(xiàn)以其伸縮運動伺服系統(tǒng)為例來說明電液伺服系統(tǒng)的應(yīng)用。 圖9-8所示為機械手手臂伸縮運動的電液伺服系統(tǒng)原理圖。 圖98機械手手臂伸縮運動電液伺服系統(tǒng)原理圖1電放大器 2電液伺服閥 3液壓缸 4機械手手臂 5齒輪齒條機構(gòu) 6電位器 7步進電機 9.2 水壓傳動技術(shù) 水壓傳動是以天然淡水或

6、海水作為工作介質(zhì)進行能量的傳遞和控制的傳動方式。早期的液壓傳動系統(tǒng)使用水作為工作介質(zhì)，其耐腐蝕性和潤滑性差、工作溫度影響等原因限制了其發(fā)展。隨著石油工業(yè)方面的不斷發(fā)展，水壓傳動逐漸被油壓傳動所代替。到目前為止85的液壓傳動中所使用的工作介質(zhì)仍然是礦物油。9.2.1 水的理化指標(biāo) 選用水作為液壓傳動的工作介質(zhì)時，介質(zhì)中PH值、硬度指標(biāo)、微生物含量、固體粒子含量對水壓元件的工作都有影響，0為此流體介質(zhì)為自來水時，其性能指標(biāo)有一定的規(guī)定：9.2.2 水壓傳動技術(shù)的優(yōu)點 1. 無污染 2. 經(jīng)濟效益好 3. 無燃性、安全性好 4. 節(jié)約能量 5. 響應(yīng)快 9.2.3 水壓傳動技術(shù)的缺點及解決方向1.

7、腐蝕性強 2. 潤滑性能差 3. 泄漏 4. 汽蝕 9.2.4 典型水壓系統(tǒng)分析 中高壓海水液壓泵試驗臺系統(tǒng)工作原理：系統(tǒng)中用兩個壓力閥來分別承擔(dān)系統(tǒng)的調(diào)壓和限壓，手動換向閥做系統(tǒng)的卸荷閥，兩個個節(jié)流閥分別用作旁路節(jié)流和背壓閥。圖9-10中高壓海水液壓泵試驗臺原理圖1箱內(nèi)吸水過濾器；2真空調(diào)節(jié)閥；3海水液壓泵；4壓力管路過濾器；5、6壓力調(diào)節(jié)閥；7、10節(jié)流閥；8手動換向閥；9海水馬達；11渦輪流量計；12回水管路過濾器；13冷卻器；14油壓加載系統(tǒng)；15油壓調(diào)節(jié)閥9.3 電液比例控制技術(shù) 電液比例控制是介于普通開關(guān)控制和伺服控制之間的一種新的控制方式。它既可以根據(jù)輸入電信號的大小連續(xù)地、成比

8、例地對液壓系統(tǒng)的流量、壓力、方向?qū)崿F(xiàn)遠距離控制、計算機控制，又在制造成本、抗污染等方面優(yōu)于伺服控制。9.3.1 電液比例控制的特點電液比例控制器的主要功能如下：(1) 輸出斜坡時間可調(diào) (2) 輸入電壓可調(diào) (3) 多路輸入可選(4) 可與外部PlC機及計算機聯(lián)接，按編制的程序接收控制信號，執(zhí)行程序功能。(5) 采用標(biāo)準(zhǔn)插板9.3.2 電液比例閥的特點與分類 特點：比例閥可簡單地對油液壓力、流量和方向進行遠距離的自動連續(xù)控制或程序控制，響應(yīng)快, 工作平穩(wěn)，自動化程度高，容易實現(xiàn)編程控制，控制精度高，能大大提高液壓系統(tǒng)的控制水平。分類方法 (1) 按其控制功能來分類，可分為比例壓力控制閥，比例流

9、量控制閥、比例方向閥（比例方向流量閥）和比例復(fù)合閥。 (2) 按液壓放大級的級數(shù)來分，又可分為直動式和先導(dǎo)式。 (3) 按比例控制閥的內(nèi)含的級間反饋參數(shù)或反饋物理量的形式來分可分為帶反饋或不帶反饋型。 (4) 按比例閥主閥芯的型式來分，又可分為滑閥式和插裝式。 9.3.3 電液比例控制系統(tǒng) 電液比例控制系統(tǒng)由電子放大和校正單元、電液比例控制元件、執(zhí)行元件及動力源、工作負載及信號檢測處理裝置等組成。按執(zhí)行元件的輸出參數(shù)有無反饋分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 簡單的電液比例控制系統(tǒng)是采用比例壓力閥、比例流量閥來代替普通液壓系統(tǒng)中的多級調(diào)壓回路或多級調(diào)速回路。9.4 射流技術(shù)9.4.1概述 高壓水

10、射流以水為工作介質(zhì)，通過增壓設(shè)備和特定形狀的噴嘴產(chǎn)生高速射流束，具有極高的能級密度。高壓水射流可用于清洗、清理、切割、注水鉆孔、噴霧、破碎、研磨等作業(yè)，具有清潔、無熱效應(yīng)、能量集中、易于控制、效率高、成本低、操作安全方便等優(yōu)越性。9.4.2 高壓水射流技術(shù)的應(yīng)用 1水射流清洗 其優(yōu)點為： (1)選擇合適的壓力等級，水射流清洗不會損傷被清洗的基體； (2)由于所使用的介質(zhì)為不添加任何化學(xué)物質(zhì)的常溫水，不腐蝕零部件，清洗過后的零部件，不像化學(xué)清洗后還 需進行洗后處理； (3)能清洗形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，易于實現(xiàn)機械化、自動化和智能控制； (4)清洗效果好、成本低，節(jié)能，同時還不污染環(huán)境； (5)清

11、洗速度比傳統(tǒng)的化學(xué)方法及機械方法高出510倍； (6)能在空間狹窄、復(fù)雜環(huán)境、惡劣有害的場合方便地完成常規(guī)清洗難以完成的清洗作業(yè)。2高壓水射流切割 高壓水射流切割加工工藝具有以下優(yōu)點： （1）所加工物料無裂縫、無毛邊、無浮渣，且切口小、切口平整，不產(chǎn)生熱效應(yīng)，切縫可以達到很高的精度； （2）高壓水切割工藝適應(yīng)性強，切割范圍廣 （3）水射流切割加工工藝切割的速度快，生產(chǎn)效率高； （4）不會發(fā)熱，切割產(chǎn)生的碎屑和熱量立刻被水沖走，切割口表面光潔； （5）水射流切割加工操作簡單，可以同機器人結(jié)合，可以利用計算機控制，進行三維曲面的復(fù)雜形狀加工。 （6）水射流切割加工工藝以水為介質(zhì)，可提供一個清潔且安全的操作環(huán)境，而且成本低。