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液压伺服系统的工作原理

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液压伺服系统的工作原理

发布日期:2018-09-28 作者: 点击:

一,机液伺服系统
机液伺服系统以机械位移作为输入、以液压能作为动力自动控制系统工作。这种伺服系统大都有机械式的反馈装置,而且几乎都是用来进行位置控制的。

仿形刀架装在车床刀架横溜板的后方,这样可以保留车床上原来的方刀架,不影响车床原有的性能。样件(或样板)支持在床身的后侧面。仿形刀架在工作中随车床溜板作纵向给进。 液压缸活塞杆固定在刀架的底座上,液压缸体连同刀架6可在刀架底座的导轨上沿液压缸轴向移动。

液压仿形刀架原理 1—样件;2—触头;3—弹簧;4一杆;5—杠杆;6—刀架;7—车刀
仿形刀架由控制滑阀(伺服阀)、液压缸和反馈机构三部分组成。控制滑阀是一个三通(双边)阀,阀体与液压缸体刚性连接,与杠杆一起构成反馈机构。滑阀一端有弹簧3, 经杆4使触头2压紧在样件1上。位置指令由样件1给出,经杠杆5和杆4作用在滑阀的阀芯上,液压缸体跟随滑阀运动,使刀架在液压缸轴线方向产生仿形运动。
液压缸前腔I与供油路相连,其压力等于液压泵的供油压力Ps。供油压力Ps由溢流阀调定,在工作过程中是不变的。液压缸后腔Ⅱ经滑阀开口X1 X2分别与供油路和回油路相通,所以液压缸后腔Ⅱ中的压力PC由滑阀开口XV1和XV2的比例关系决定。假定液压缸前腔I的有效工作面积为A,液压缸后腔Ⅱ的有效工作面积为24。当滑阀处在中间位:
(即;XV1 =Xv2)时PC=,液压缸处于相对平衡状态。

车削圆柱面时,触头2沿样件1的圆柱表面滑动,这时滑阀不动。但液压缸体在沿液压缸轴向的切削分力R的作用下,要产生一个退让,使滑阀开口XV1减小,XV2增大, 从而使Pc减小,则A•PS>2A •PC,以便和切削分力相平衡,即有 A • ps =2A • pC + R
这时仿形刀架又重新处于平衡状态,由溜板带动仿形刀架纵向进给车削出圆柱面。
车削台肩时,触头碰到样件上的台肩,触头就绕支点〇抬起,经杆4向石 上方拉动阀芯,使开口X1增大,X2减小,于是液压缸后腔Ⅱ中的压力:PC增大,2A•PC >A• ps,液压缸体带动车刀 7后退。这时溜板的纵向运动V纵和仿形刀架液压缸体的仿形运动V仿所形成的合成进给运动V合就使车刀车出工件的台肩部分。所以,一般作为附件的仿形刀架的液压缸轴线多与主轴中心线安装成45° ~ 60°的斜角,目的就是为了车 削直角的台肩。
液压缸体后退时,一方面带动阀体后退,另一方面通过触头的支点和杆4拉动阀芯也 作较小的后退,综合作用结果使开口XV1减小,XV2增大,这就是负反馈过程。当开口XV1和XV2恢复到原来的大小时,仿形刀架又处于平衡状态。
在车削台肩时,由于样件台肩不断将触头抬起,即不断地发出指令信号,使开口XV1不 断增大,XV2不断减小,偏差增大,连续使平衡状态受到破坏,因此液压缸体也就带动车刀 不断后退,使开口XV1减小,Xv2增大,偏差减小,从而实现刀具对触头的跟随运动。但是,车 刀上的切削力要比触头上的靠模力大得多,所以说仿形刀架又是一个力放大器。
二,电液伺服系统
电液伺服系统是由电气信号处理部分与液压功率输出部分组成的闭环控制系统。电 液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点,具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵 活、输出功率大等优点,因此应用极为广泛。
1.电液伺服阀
电液伺服阀既是电液转换元件,也是功率放大元件。它能够将小功率的电信号输入 转换为大功率的液压能(流量与压力)输出,是电液伺服系统的核心。
现以QDY系列电液伺服阀为例,说明电液伺服阀的工作原理及其构成。图12-11是 该系列电液伺服阀的原理图。它由电磁和液压两部分组成。电磁部分是永磁式力矩马 达,由永久磁铁1、导磁体2、衔铁3、控制线圈4和弹簧管5组成。液压部分是结构对称的 两级液压放大器,前置级是双喷嘴挡板阀6,功率级是四通滑阀7。滑阀通过反馈杆与衔 铁挡板组件相连。
力矩马达把输人的电信号(电流)转换为力矩输出。无信号电流时,衔铁由弹簧管5 支承在上下导磁体的中间位置,永久磁铁在四个气隙中产生的极化磁通φg相同,力矩马 达无力矩输出。此时,挡板处于两个喷嘴的中间位置,喷嘴挡板阀输出的控制压力Plp = P2p,滑阀在反馈杆小球的约束下也处于中间位置,滑阀无液压信号输出。当有信号电流 输入时,控制线圈产生控制磁通,其大小与方向由信号电流决定,如图12-11所示。气 隙b、c中,φc与φg方向相同;而在气隙d中与φc与φg方向相反。因此,气隙b、c中的合 成磁通大于a、d中的合成磁通。于是,在衔铁上产生逆时针方向的磁力矩,使衔铁弹簧管 中心逆时针方向偏转。同时,使挡板向右偏移,喷嘴挡板的右间隙减小而左间隙增大,控 制压力P2p增大而p1p减小,推动滑阀左移,使反馈杆产生弹性变形,对衔铁挡板组件产生 一个顺时^方向的反力矩。当作用在衔铁挡板组件上的磁力矩、弹簧管5的反力矩、反馈 杆的反力矩等诸力矩达到平衡时,滑阀停止运动,取得一个平衡位置,并有相应的流量输出。
滑阀位移、挡板位移、力矩马达输出力矩都依次与输人信号电流成比例变化。在负载 压差一定时,阀的输出流量也与信号电流成比例。当输入信号电流反向时,阀的输出流量 也反向。所以,这是一种流量控制电液伺服阀。


一永久磁铁;2—导磁体;3—衔铁;4—线圈;
5—弹簧管;6—双喷嘴裆板阀;7—滑阀;8—阗定节流孔
电液伺服阀的类型和结构形式很多,但都是由电气机械转换器和液压放大器所组成, 如图12-12所示。电气和机械转换器将小功率的电信号转变为阀的运动,然后通过阀的 运动又去控制液压流体动力(流量与压力)。电气机械转换器输出力或力矩很小,在流量 较大的情况下,无法用它直接驱动功率阀。此时,需要增加液压前置放大级,将电气机械 转换器的输出放大,再来控制功率阀,这就构成了多级电液伺服阀。前置级可以采用滑 阀、喷嘴挡板阀或射流管阀,功率级几乎都采用滑阀。
电液伺服阀与普通电磁阀或电磁比例阀不同。它的输人信号功率很小,一般只有几 十毫瓦,但能够对输出的流量和压力进行连续双向控制,具有极快的响应速度和很高的控 制精度。所以,它可以用来构成快速高精度的闭环控制系统。
2•电液伺服系统应用举例
电液伺服控制应用很广,现以带材跑偏控制系统为例,简略介绍其工作原理及组成。
在带材机械卷取生产中均存在跑偏现象,即边缘位置偏移。如造纸厂在纸张卷取过 程中的跑偏,轧钢厂在钢带卷取生产过程中的跑偏等。为了使带材自动卷齐,就需要进行 跑偏控制,即边缘位置控制。引起跑偏的主要原因有:张力不适应或张力波动较大,辊系 的不平行和存在不水平度,辊子偏心或有锥度,带材厚度不均、浪形及横向弯曲等。跑偏 控制的作用在于避免带边跑偏过大,使带边实现自动卷齐,可减少带边的剪切量而提高成 品率,使成品钢(纸)卷整齐,包装、运输及使用方便。


常用的有气液伺服跑偏控制和光电液伺服跑偏控制两种不同系统。两者工作原理相同,区别仅在于检测器和伺服阀不同。前者为气动检测器和气液伺服阀;后者为光电检测 器和电液伺服阀。图12-13 a)是光电液压伺服跑偏控制系统的原理图;图b)是液压系 统图;图c)是职能方框图。


系统由光电检测器、电放大器、电液伺服阀、液压缸、卷取机和液压能源装置组成。光电检测器与卷筒刚性连接,以检测带材的横向跑偏量及方向。光电检测器由光源与光巨 二极管组成,如图12-14所示。当带材正常运行时光电二极管接收一半光照,其电阻值为 尽。当带边偏离光电检测器中央时,光电二极管接收的光照发生变化,电阻值K随之变 化,因而破坏了以光电管电阻为一臂的电桥平衡。这时光电检测器输出一偏差信号电压 ug。此信号电压经电放大器放大后输入电液伺服阀,使伺服阀输出一正比于输入信号的 流量,推动伺服液压缸拖动卷取机的卷筒向跑偏的方向跟踪,从而实现带材的自动卷齐: 由于检测器安装在卷取机移动部件上随同卷筒一起移动,形成了直接位置反馈,很快就使检测器中央又对准带边,在跟踪位移与跑偏位移相等时,偏差信号为零,卷筒在新的平衡状态下卷取,完成了一次自动纠偏过程。通常卷齐精度为±(1~2) mm。
另设一辅助液压缸拖动检测器,以便在卷完一卷切断带材前检测器能自动退出,而在 卷取下一卷前又能使检测器自动复位对准带边。


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关键词:液压电气控制系统,液压伺服控制系统,航空液压试验台

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