第十章 液压伺服系统
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第十章 液压伺服系统郭婷 制作
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本章目录第一节 第二节 第三节 第四节
概述 液压伺服控制元件 电液伺服阀 液压伺服系统实例
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第一节 概述一、液压伺服系统的工作原理液压仿形刀架工作原理仿形刀架装在车床床鞍后 部,随床鞍一起作纵向移动, 并按照样件的轮廓形状车削工 件;样件安装在床身支架上, 是固定不动的。液压泵站则放 在车床附近的地面上,与仿形 刀架以软管相连。图10-1 液压仿形刀架工作原理图
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仿形刀架的活塞杆固定在 刀架底座上,液压缸的缸体6、 杠杆8、伺服阀体7是和刀架3 连在一起的,可在刀架底座的 导轨上沿液压缸轴向移动。伺 服阀芯10在弹簧的作用下通过 阀杆9将杠杆8上的触销11压在 样件12上。由液压泵14来的油 经滤油器13通入伺服阀的A口, 并根据阀芯所在位置经B或C通 入液压缸的上腔或下腔,使刀 架3和车刀2退离或切入工件1。
图10-1 液压仿形刀架工作原理图
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车削圆柱面时,溜板沿床身 导轨4纵向移动。杠杆触销在样 件上水平段滑动,阀口不打开, 刀架跟随溜板一起纵向移动,车 刀在工件1上车出圆柱面;车削 圆锥面时,触销沿样件斜线滑动, 杠杆向上方偏摆,带动阀芯上移, 阀口打开,压力油进入缸上腔推 动缸体连同阀体和刀架后退。阀 体后退逐渐关小阀口,直至关闭。 触销在样件上不断抬起,刀架也 就不断后退运动,运动合成使刀 具在工件上车出圆锥面。
图10-1 液压仿形刀架工作原理图
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节标题
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其它曲面形状或凸肩都 是合成切削的结果。 如图所示,v1、v2和v分 别表示溜板带动刀架的纵向 运动速度、刀具沿液压缸轴 向的运动速度和刀具的实际 合成速度。
图10-2 液压仿形刀架速度合成图
二、液压伺服系统特点1)跟踪:输出跟踪输入 2)放大:输出大于输入 3)误差:输出滞后输入 4)反馈:输出减小输入
图10-3 液压伺服控制系统流程图
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三、液压伺服系统分类按输出物理量分类:位置、速度、力伺服系统
按信号分类:机液、电液、气液伺服系统按元件分类:阀控系统、泵控系统
液压伺服系统与电气伺服系统相比优点﹕1)体积小﹐重量轻﹐惯性小﹐可靠性好﹔
2)快速性好﹔3)刚度大(即输出位移受外负载影响小)﹐定位准确。
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四、液压伺服控制的优缺点 1.
优点:
(1)液压元件的功率—重量比和力矩-惯量比大 可以组成结构紧 凑、体积小、重量轻、加速性好的伺服系统。 (2)液压动力元件快速性好,系统响应快。 (3)液压伺服系统抗负载的刚度大,即输出位移受负载变化的影 响小,定位准确,控制精度高。
2.
缺点:
(1) 液压元件,特别是精密的
液压控制元件(如电液伺服阀)抗污染 能力差,对工作油液的清洁度要求高。 (2) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。 (3) 当液压元件的密封设计、制造相使用维护不当时.容易引起外 漏,造成环境污染。 (4) 液压元件制造精度要求高,成本高。 (5) 液压能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。
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第二节挡板阀等。
液压伺服控制元件
液压控制元件是液压伺服系统中的核心元件。 常见的液压伺服控制元件有控制滑阀、射流管阀和喷嘴
一、控制滑阀1、单边节流滑阀
滑阀控制边的开口量xs控制着 液压缸右腔的压力和流量,从而控 制液压缸运动的速度和方向。图10-4 单边节流滑阀结构示意图
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2.双边节流滑阀压力油一路直接进入液压缸有杆腔,另一路经滑阀左控制边的开口xs1和液压缸无杆腔相通,并经滑阀右控制边
xs2流回油箱。当滑阀向左移动时,xs1减小,
xs2增大,液压缸无杆腔压力p1减小,两腔受力不平衡,缸体向左 移动。反之缸体向右移动。图10-5 双边节流滑阀结构示意图
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3、四边节流滑阀滑阀有四个控制边,开口xs1、xs2分别控制进入缸两 腔的压力油,开口xs3、xs4分别 控制液压缸两腔的回油。当滑 阀向左移动时,液压缸左腔进 油口xs1减小,回油口xs3增大, 使p1迅速减小;与此同时,液 压缸右腔的进油口xs2增大,回 油口xs4减小,使p2迅速增大。 这样就使活塞迅速左移。图10-6 四边节流滑阀结构示意图
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4、三种节流边的对零状态1)负开口 (xs<0)有较大的不灵敏区,较少采用(图10-7a)
2)正开口(xs>0)工作精度较负开口高,但功率损耗大,稳 定性也较差。(图10-7b) 3)零开口 (xs=0)其工作 精度最高,制造 工艺性差。(图10-7c)图10-7 滑阀的不同开口形式
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二、射流管阀射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕O 轴左右摆动一个不大的角度,接收板上有两个并列的接 收孔a、b,分别与液压缸两腔 相通。压力油从管道进入射流 管后从锥形喷嘴射出,经接收 孔进入液压缸两腔。 射流管偏向哪个接收孔, 油缸相应的工作腔压力提高, 缸体就向那个方向运动。图10-8 射流管阀1-射流管 2-接受器
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三、喷嘴挡板阀由挡板1、喷嘴2和3、固定节流小孔4和5等元件组成。挡板和两个喷嘴之间形成两个可变截面的节流缝隙δ 1和δ 2。 当挡板处于中间位置时,两缝隙所形成的液阻相等,两喷 嘴腔内的油压相等,缸不动。 当输入信号使挡板向左偏摆时, 可变缝隙δ 1关小δ 2开大p1上升
p2下降,缸体向左移动。当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位 置时,缸运动停止。图10-9 喷嘴挡板阀
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第三节 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制
的多级伺服元件,它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液 压能量输出。它具有控制精度高 和放大倍数大等优点,在液压控 制系统中得到广泛的应用。图10-10 电液伺服阀
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一、电液伺服阀的组成由力矩马达和液压放大器组成。 1.力矩马达组成 由一对永久磁铁1、导磁体2和 衔铁3、线圈5和内部悬置挡板 7的弹簧 管6等组成 。 2.液压放大器组成 前置放大器 前置放大级是一个双喷 嘴-挡板阀,它主要由挡板7、 喷嘴8、 节流孔10和滤油器11组成。 功率放大级 功率放大级主要由 滑阀9和挡板下部 的反馈弹簧片组成。
图10-10 电液伺服阀
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二、电液伺服阀工作原理1.力矩马达工作原理磁铁把导磁体磁化成N、S极, 形成磁场。 线圈无电流时,力矩马达无力 矩输出,挡板处于两喷嘴中间;当 输入电流通过线圈使衔铁3左端被 图10-10 电液伺服阀 磁化为N极,右端为S极,衔铁逆时 针偏转。弹簧管弯曲产生反力,使衔铁转过θ 角。电流越大 θ 角就越大,力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。
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2.前置放大级工作原理压力油经滤油器和节 流孔流到滑阀左、右两端 油腔和两喷嘴腔,由喷嘴 喷出,经阀9中部流回油箱
力矩马达无输出信号时,挡板不动,滑阀两端压力相图10-10 电液伺服阀
等。当矩马达有信号输出时,挡板偏转,两喷嘴与挡板之 间的间隙不等,致使滑阀两端压力不等,推动阀芯移动。
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3.功率放大级工作原理当前置放大级有压差信号使滑 阀阀芯移动时,主油路被接通。滑 阀位移后的开度正比于力矩马达的 输入电流,则阀的输出流量和输入 电流成正比;当输入电流反向时, 输出流量也反向。滑阀移动同时, 挡板下端的小球亦随同移动,使挡 图10-10 电液伺服阀 板弹簧片产生弹性反力,阻止滑阀 继续移动;挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小,实现 了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时,滑 阀便保持在这一开度上不再移动。
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第四节 液压伺服系统实例实例一 机械手伸缩运动伺服系统包括四个伺服系统,分别控制机械手的伸缩、回转、升降和手腕 的动作。以伸缩伺服系统为例,介绍其工作原理。
一、组成主要由电液伺服阀1、液压 缸2、活塞杆带动的机械手臂3、 齿轮齿条机构4、电位器5、步 进电机6和放大器7等元件组成。图10-11 机械手伸缩电液伺服工作原理图
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