液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計

液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計〔流量與壓力〕輸出，并能獲得很高的掌握精度和很快的響應(yīng)速度。位置掌握、速度掌握、力掌握三類液壓伺服系統(tǒng)一般的設(shè)計步驟如下：負(fù)載條件。擬定掌握方案，畫出系統(tǒng)原理圖。靜態(tài)計算：確定動力元件參數(shù)，選擇反響元件及其它電氣元件。動態(tài)計算：確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，繪制開環(huán)波德圖，分析穩(wěn)定性，計算動態(tài)性能指標(biāo)。校核精度和性能指標(biāo)，選擇校正方式和設(shè)計校正元件。選擇液壓能源及相應(yīng)的附屬元件。完成執(zhí)行元件及液壓能源施工設(shè)計。方法。由于位置掌握系統(tǒng)是最根本和應(yīng)用最廣的系統(tǒng)，所以介紹將以閥控液壓缸位置系統(tǒng)為主。全面理解設(shè)計要求全面了解被控對象液壓伺服掌握系統(tǒng)是被控對象—主機的一個組成局部，它必需滿足主機在工藝上和構(gòu)造上對其提出的要求。例如軋鋼機液壓壓下位置掌握系統(tǒng)，除了應(yīng)能夠承受最大軋制負(fù)載，滿足軋鋼機軋輥輥縫調(diào)整最大行程，調(diào)整速度和掌握精度等要求外，執(zhí)行機構(gòu)—壓下液壓缸在外形尺寸上還受軋鋼機牌坊窗口尺寸的約束，構(gòu)造上還必需保證滿足更換軋輥便利等要求。要設(shè)計一個好的掌握系統(tǒng)，必需充分重視這些問題使設(shè)計的掌握系統(tǒng)滿足被控對象的各項要求。明角設(shè)計系統(tǒng)的性能要求1〕被控對象的物理量：位置、速度或是力。靜態(tài)極限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。〔如摩擦力、死區(qū)等〕以及傳感器引起的系統(tǒng)誤差，定位精度，區(qū)分率以及允許的飄移量等?？捎幂d止頻率或階躍響應(yīng)的上升時間和調(diào)整時間來規(guī)定；溫、防水防腐蝕、防振等要求；特別要求；設(shè)備重量、安全保護(hù)、工作的牢靠性以及其它工藝要求。負(fù)載特性分析〔如靜摩擦、動摩擦等〕以及重力和其它不隨時間、位置等參數(shù)變化的恒值負(fù)載等。擬定掌握方案、繪制系統(tǒng)原理圖在全面了解設(shè)計要求之后，可依據(jù)不同的掌握對象，按表6所列的根本類型選定掌握方案并擬定36圖36 閥控液壓缸位置掌握系統(tǒng)方塊圖表6 液壓伺服系統(tǒng)掌握方式的根本類型伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)掌握信號掌握參數(shù)運動類型元件組成機液1.閥掌握：閥-液壓缸，閥-液壓馬達(dá)模擬量 直線運動電液 位置、速度、加速度、 2.容積掌握：變量泵-液壓缸；變量泵-液數(shù)字量 搖擺運動氣液 力、力矩、壓力 壓馬達(dá)；閥-液壓缸-變量泵-液壓馬達(dá)位移量 旋轉(zhuǎn)運動電氣液 3.其它：步近式力矩馬達(dá)動力元件參數(shù)選擇與負(fù)載參數(shù)的最正確匹配，以保證系統(tǒng)的功耗最小，效率高。〔或液壓馬達(dá)排量〕、伺服閥的流量。中選定液壓馬達(dá)作執(zhí)行元件時，還應(yīng)包括齒輪的傳動比。供油壓力的選擇選用較高的供油壓力，在一樣輸出功率條件下，可減小執(zhí)行元件——液壓缸的活塞面積〔或液壓馬達(dá)的排量〕，因而泵和動力元件尺寸小重量輕，設(shè)備構(gòu)造緊湊，同時油腔的容積減小，容積彈性模數(shù)增大，有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是隨供油壓力增加，由于受材料強度的限制，液壓元件的尺寸和重量系統(tǒng)功率損失增加，噪聲加大，元件壽命降低，維護(hù)也較困難。所以條件允許時，通常還是選用較低的供油壓力。7MPa28MPa，可依據(jù)系統(tǒng)的要求和構(gòu)造限制條件選擇適當(dāng)?shù)墓┯蛪毫?。伺服閥流量與執(zhí)行元件尺寸確實定最正確匹配。下面著重介紹與負(fù)載最正確匹配問題。動力元件的輸出特性將伺服閥的流量——壓力曲線經(jīng)坐標(biāo)變換圖37 參數(shù)變化對動力機構(gòu)輸出特性的影響a〕供油壓力變化；b〕伺服閥容量變化；c〕液壓缸面積變化FF=pA；L L LpLA——液壓缸有效面積；υ；——液壓缸活塞速度，qLq0ps37a。當(dāng)供油壓力和液壓缸面積不變，加大伺服閥規(guī)格，曲線變高，曲線的頂點Aps37b。

不變，最大功率提A，曲線變低，頂點右移，最大功率不變，最大37c。負(fù)載最正確匹配圖解法在負(fù)載軌跡曲線υ－FL線從外側(cè)完全包圍負(fù)載軌跡曲線，即可保證動力元件能夠拖動負(fù)載。在圖381、2、3力元件的輸出特性曲線。曲線2c1、3工作點αb，雖能拖動負(fù)載，但效率都較低。負(fù)載最正確匹配的解析法近似計算法F

Lmax

選擇動力元件。在動力元件輸出特性曲線上，限定Lmax L，并認(rèn)為負(fù)載力、最大速度和最大加速度是同時消滅的，這樣液壓缸的有效面積可按下式計算：〔37〕圖38 動力元件與負(fù)載匹配圖形按式37求得A值后，可計算負(fù)載流量q，即可依據(jù)閥的壓降從伺服閥樣本上選擇適宜的伺服閥。L按液壓固有頻率選擇動力元件頻率來確定動力元件。四邊滑閥掌握的液壓缸，其活塞的有效面積為〔38〕二邊滑閥掌握的液壓缸，其活塞的有效面積為〔39〕液壓固有頻率ωh

可以按系統(tǒng)要求頻寬的〔5～10〕倍來確定。對一些干擾力大，負(fù)載軌跡外形比較簡單的系統(tǒng)，不能按上述的幾種方法計算動力元件，只能通過作圖法來確定動力元件。計算閥控液壓馬達(dá)組合的動力元件時，只要將上述計算方法中液壓缸的有效面積A換成液壓馬達(dá)DFL

換成負(fù)載力矩T，負(fù)載速度換成液壓馬達(dá)的角速度，就可以得到相應(yīng)的計算公式。L最小，這就是最正確傳動比。伺服閥的選擇依據(jù)所確定的供油壓力ps

和由負(fù)載流量q〔即要求伺服閥輸出的流量〕計算得到的伺服閥空載流L量q，即可由伺服閥樣本確定伺服閥的規(guī)格。由于伺服閥輸出流量是限制系統(tǒng)頻寬的一個重要因素，所以0除了流量參數(shù)外，在選擇伺服閥時，還應(yīng)考慮以下因素：高的壓力增益，可使動力元件有較大的剛度，并可提高系統(tǒng)的快速性與掌握精度。服閥對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響。其它要求，如對零位泄漏、抗污染力量、電功率、壽命和價格等，都有肯定要求。執(zhí)行元件的選擇液壓伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件是整個掌握系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接影響系統(tǒng)性能的好壞。執(zhí)行元件的選A〔或液壓馬達(dá)排量D〕的最正確值外，還涉及密封、強度、摩擦阻力、安裝構(gòu)造等問題。反響傳感器的選擇〔或壓力〕傳感器。它們分別用于不同類型的液壓伺服系統(tǒng)，作為系統(tǒng)的反響元件。閉環(huán)掌握系統(tǒng)的掌握精度主要決定于系統(tǒng)的給定元件和反響元件的精度，因此合理選擇反響傳感器格外重要。5～10確定系統(tǒng)方塊圖相應(yīng)的符號變換一下即可。繪制系統(tǒng)開環(huán)波德圖并確定開環(huán)增益K。相頻曲線也不變。波德圖上幅頻曲線的低頻段、穿越頻率以及幅值增益裕量分別反映了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度、截止頻率及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以可依據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)所要求的穩(wěn)態(tài)精度、頻寬以及相對穩(wěn)定性，在開環(huán)波K由系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度要求確定KK。由系統(tǒng)的頻寬要求確定K分析二階或三階系統(tǒng)特性與波德圖的關(guān)系知道，當(dāng)ζhK/ωh都很小時，可近似認(rèn)為系統(tǒng)的頻寬ω-3dB≈ωcωc