g第八章液壓伺服系統(tǒng)

1、第八章液壓伺服系統(tǒng)第八章液壓伺服系統(tǒng)郭 晏 2014年9月16 日第一節(jié)液壓伺服系統(tǒng)概述第一節(jié)液壓伺服系統(tǒng)概述液壓伺服系統(tǒng)是在液壓傳動(dòng)和自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一種液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的執(zhí)行元件能以一定的精度自動(dòng)地按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律而進(jìn)行動(dòng)作。液壓伺服控制系統(tǒng)除了具有液壓傳動(dòng)的各種優(yōu)點(diǎn)外，還具有體積小、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)剛度大和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)床、重型機(jī)械、起重機(jī)械、汽車、飛機(jī)、船舶和軍事裝備等方面。一、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理及基本特點(diǎn)一、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理及基本特點(diǎn)圖8-1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)1液壓伺服系統(tǒng)的工作原理液壓伺服系統(tǒng)的工作原理圖8-1所示為一簡(jiǎn)單的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

2、，用一個(gè)四通滑閥控制液壓缸推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。當(dāng)向右給閥芯一個(gè)輸入位移量xi時(shí)，則滑閥移動(dòng)某一開(kāi)口量xv，此時(shí)，壓力油進(jìn)入液壓缸右腔，液壓缸左腔回油，在壓力油的作用下缸體向右運(yùn)動(dòng)，輸出位移xp。圖8-2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)若將滑閥和液壓缸組合成一個(gè)整體，上述系統(tǒng)就變成一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓伺服系統(tǒng)，如圖8-2所示。由于閥體與缸體制成一個(gè)整體，從而構(gòu)成反饋控制。它的反饋控制過(guò)程是：當(dāng)控制滑閥處于中間位置（零位，即沒(méi)有信號(hào)輸入，xi =0）時(shí)，閥芯凸肩恰好遮住通往液壓缸的兩個(gè)油口，閥沒(méi)有流量輸出，缸體不動(dòng)，系統(tǒng)的輸出量xp=0，系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài)。若給控制滑閥一個(gè)輸入位移xi（圖8-2中向右），閥芯將偏離其中間位置，

3、則節(jié)流窗口a、b便有一個(gè)相應(yīng)的開(kāi)口量xo= xi， 壓力油經(jīng)a口進(jìn)入液壓缸右腔，左腔油液經(jīng)b口回油，缸體右移xp，由于閥體與缸體是固連在一起的，因此閥體也右移xo。因閥芯受輸入端制約，則閥的開(kāi)口量減小，即xv= xi- xo， 直到xo= xi(xv=0)時(shí)，閥的輸出流量等于零，缸體停止運(yùn)動(dòng)，處在一個(gè)新的平衡位置，完成了液壓缸輸出位移對(duì)滑閥輸入位移的跟隨運(yùn)動(dòng)。如果控制滑閥反向運(yùn)動(dòng)，液壓缸也反向跟隨運(yùn)動(dòng)。這種系統(tǒng)移動(dòng)滑閥所需要的信號(hào)功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率卻很大。因此，這也是一個(gè)功率放大系統(tǒng)（功率放大所需要的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)系統(tǒng)偏差的大小而自動(dòng)地進(jìn)行）。控制滑閥作為轉(zhuǎn)換

4、、放大元件，把輸入的機(jī)械信號(hào)（位移或速度）轉(zhuǎn)換并放大成液壓信號(hào)（流量或壓力）輸出至液壓缸。在這個(gè)系統(tǒng)中，輸出位移xv之所以能夠精確地復(fù)現(xiàn)輸入位移xi的變化，是因?yàn)楦左w和閥體是一個(gè)整體，構(gòu)成了負(fù)反饋控制。缸體的輸出信號(hào)（位移xo）反饋至閥體。并與滑閥輸入信號(hào)（位移xi）進(jìn)行比較，有偏差（即有開(kāi)口量）缸體就繼續(xù)移動(dòng)，直到偏差消除為止。由此可見(jiàn)，在此系統(tǒng)中滑閥閥芯不動(dòng)，液壓缸也不動(dòng)；閥芯移動(dòng)多少距離，液壓缸也移動(dòng)多少距離；閥芯移動(dòng)速度快，液壓缸移動(dòng)速度也快；閥芯向哪個(gè)方向移動(dòng)，液壓缸也向哪個(gè)方向移動(dòng)。只要給控制滑閥以某一規(guī)律的輸入信號(hào)，則執(zhí)行元件（系統(tǒng)輸出）就自動(dòng)地、準(zhǔn)確地跟隨控制滑閥，也按照這個(gè)規(guī)

5、律運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，反饋介質(zhì)是機(jī)械連接，稱為機(jī)械反饋。一般說(shuō)來(lái)，反饋介質(zhì)可以是機(jī)械的、電氣的、氣動(dòng)的、液壓的或它們的組合形式。綜上所述，液壓伺服系統(tǒng)的工作原理就是利用反饋得到偏差信號(hào)，控制液壓能源輸入系統(tǒng)的能量（流量和壓力），使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實(shí)際輸出與希望值相符。這一原理也可用如圖8-3所示的方塊圖表示。圖8-3液壓伺服系統(tǒng)工作原理框圖（1）液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)（或稱隨動(dòng)系統(tǒng)），其輸出量能夠自動(dòng)地跟隨輸入量的變化規(guī)律而變化。（2）液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)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(shuō)液壓伺服系統(tǒng)是靠偏差信號(hào)進(jìn)

6、行工作的。（3）液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。它的控制閥體和液壓缸固連在一起，構(gòu)成了一個(gè)反饋控制通路，使輸出信號(hào)能精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化。液壓缸輸出位移 xo 與控制閥體的輸入位移 xi 相比較，從而逐漸減小和消除輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的偏差，即滑閥的開(kāi)口量，直至輸出位移和輸入位移相同為止。2液壓伺服系統(tǒng)的基本特點(diǎn)液壓伺服系統(tǒng)的基本特點(diǎn)（4） 液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)功率（或力）放大系統(tǒng)。移動(dòng)滑閥所需信號(hào)功率是很小的，而系統(tǒng)的輸出功率（液壓缸輸出的速度和力）卻可以很大。執(zhí)行元件輸出的功率遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)的功率，多達(dá)幾百倍，甚至幾千倍。二、液壓伺服系統(tǒng)的類型及組成二、液壓伺服系統(tǒng)的類型及組成 1液壓伺

7、服系統(tǒng)的類型液壓伺服系統(tǒng)可以從不同的角度加以分類。（1） 按被控制物理量的不同分：位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)、力（或壓力）伺服系統(tǒng)等。（2） 按控制信號(hào)的類別和回路的組成不同分：機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)、電氣液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)。（3） 按控制元件的不同分：滑閥式、射流管式、噴嘴擋板式、轉(zhuǎn)閥式伺服系統(tǒng)。（4） 按控制方式的不同分：閥控系統(tǒng)（節(jié)流式），由伺服閥利用節(jié)流原理，控制輸入執(zhí)行元件的流量或壓力的系統(tǒng)；泵控系統(tǒng)（容積式），利用伺服變量泵改變排量的辦法，控制輸入元件的流量或壓力的系統(tǒng)。2液壓伺服系統(tǒng)的組成圖8-4液壓伺服系統(tǒng)方框圖實(shí)際的液壓伺服系統(tǒng)無(wú)論多么復(fù)雜，也都是由一些功能相同的基本元

8、件組成（圖8-4）。（1）輸入元件它給出輸入信號(hào)（指令信號(hào)）加于系統(tǒng)的輸入端。（2）反饋測(cè)量元件測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，并轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)，如上例中缸體與閥體的機(jī)械連接。（3）比較元件將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，給出偏差信號(hào)。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)應(yīng)是相同的物理量，以便進(jìn)行比較。比較元件有時(shí)不單獨(dú)存在，而是與輸入元件、反饋測(cè)量元件或放大轉(zhuǎn)換元件一起組合為同一結(jié)構(gòu)元件，如上例中伺服閥同時(shí)構(gòu)成比較和放大兩種功能。（4）放大轉(zhuǎn)換元件將偏差信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)（壓力或流量），如伺服放大器、液壓控制閥、電液伺服閥等。（5）液壓執(zhí)行元件與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的相同，通常指液壓缸或液壓馬達(dá)。（6）控制對(duì)象它是系統(tǒng)中所控

9、制的對(duì)象，如工作臺(tái)及其他負(fù)載裝置。二、電液伺服閥二、電液伺服閥電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。它能將輸入的微小電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓信號(hào)輸出，是電液伺服控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。電液伺服閥可分為電液流量控制伺服閥和電液壓力控制伺服閥兩大類，最常用的是電液流量伺服閥。圖8-5為一種典型的力反饋電液伺服閥的結(jié)構(gòu)與工作原理圖。電液伺服閥由力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）、液壓放大器、反饋機(jī)構(gòu)（或平衡機(jī)構(gòu)）三部分組成。圖8-5力反饋電液伺服閥工作原理（1） 力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)是一個(gè)電磁元件，其作用是將輸入的電信號(hào)變成力或力矩，控制液壓放大器運(yùn)動(dòng)。電磁部分是一個(gè)力矩馬達(dá)，由一對(duì)永久磁鐵1、導(dǎo)磁體2、4、銜鐵

10、3、線圈12和彈簧管11等組成。其工作原理為：永久磁鐵將兩塊導(dǎo)磁體磁化為N極和S極，形成一個(gè)固定磁場(chǎng)。當(dāng)線圈12無(wú)控制電流通過(guò)時(shí)，銜鐵由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，力矩馬達(dá)無(wú)力矩輸出，擋板5處于兩噴嘴的中間位置。當(dāng)有控制電流通過(guò)線圈12時(shí)，銜鐵3被磁化。若通入的電流使銜鐵左端為N極，右端為S極，根據(jù)磁極間同性相斥、異性相吸的原理，銜鐵向逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)角。于是彈簧管彎曲變形，產(chǎn)生相應(yīng)的反力矩，直至電磁力矩與彈簧管反力矩相平衡為止。由于電磁力與輸入電流成正比，彈簧管的彈性力矩又與其轉(zhuǎn)角成正比，因此，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(shí)，銜鐵也反向

11、偏轉(zhuǎn)。（2） 前置放大級(jí)由于力矩馬達(dá)產(chǎn)生的力矩很小，不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)四邊控制滑閥，須先進(jìn)行放大。液壓放大器控制液壓能源流向液壓執(zhí)行元件的流量或壓力，通常包括前置放大器和功率放大器兩級(jí)。第一級(jí)采用雙噴嘴擋板，稱前置放大級(jí)。前置放大級(jí)由擋板5（與銜鐵固連在一起）、噴嘴6、固定節(jié)流孔7和濾油器8組成。其工作原理為：當(dāng)沒(méi)有控制電流時(shí)，銜鐵處于中位，擋板也處于中位，p1=p2， 滑閥不動(dòng)，四個(gè)閥口均關(guān)閉。因此，無(wú)液壓信號(hào)輸出。當(dāng)有控制電流時(shí)，力矩馬達(dá)使銜鐵偏轉(zhuǎn)，擋板5也一起偏轉(zhuǎn)，擋板偏離中間位置后，噴嘴內(nèi)腔的油液壓力p1、p2 發(fā)生變化。若銜鐵帶動(dòng)擋板逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)，擋板的節(jié)流小孔間隙右側(cè)減小，左側(cè)增大，

12、于是，壓力p1增大，p2減小，滑閥9在壓力差的作用下向左移動(dòng)。（3） 功率放大級(jí)功率放大級(jí)是由滑閥9 和閥體10 組成的。其作用是將前置放大級(jí)輸入的滑閥位移信號(hào)進(jìn)一步加以放大，實(shí)現(xiàn)控制功率的轉(zhuǎn)換與放大。其工作原理為：當(dāng)電流使銜鐵與擋板做逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)時(shí)，滑閥受壓差作用而向左移動(dòng)，這時(shí)油源的壓力油從滑閥左側(cè)通道A 進(jìn)入液壓馬達(dá)13，回油經(jīng)滑閥右側(cè)通道及中間空腔流回油箱，使液壓馬達(dá)13 旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，隨著滑閥向左移動(dòng)，使擋板在兩噴嘴的偏移量減小，實(shí)現(xiàn)了反饋?zhàn)饔?，這種反饋?zhàn)饔檬箵醢逑蛑形灰苿?dòng)，使滑閥兩端壓力差相應(yīng)地減小；當(dāng)滑閥上的液壓作用力與擋板彈性反力平衡時(shí)，滑閥便保持在某一開(kāi)度上不再移動(dòng)，并有

13、相應(yīng)的流量輸出。輸入的控制電流越大，滑閥的偏移量也越大，輸出的流量越多，因而執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度就越高。當(dāng)控制電流反向時(shí)，銜鐵順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，滑閥右移，輸出的壓力油也反向流動(dòng)，使執(zhí)行元件反向運(yùn)動(dòng)。因此，輸入控制電流的方向和大小決定了執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向和速度。由上述分析可知，滑閥位置是通過(guò)反饋桿變形力反饋到銜鐵上，使諸力平衡而決定的。所以稱此閥為力反饋式電液伺服閥。第二節(jié)電液伺服系統(tǒng)第二節(jié)電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)是由電的信號(hào)處理部分和液壓的功率輸出部分組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。電液伺服控制系統(tǒng)綜合了電和液壓兩方面的優(yōu)勢(shì)，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、信號(hào)處理靈活、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊和質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此得

14、到了廣泛的應(yīng)用。一、管道流量連續(xù)控制的電液伺服系統(tǒng)一、管道流量連續(xù)控制的電液伺服系統(tǒng)圖8-6所示為一個(gè)對(duì)管道流量進(jìn)行連續(xù)控制的電液伺服系統(tǒng)。在大口徑流體管道1中，閥板2的轉(zhuǎn)角變化會(huì)產(chǎn)生節(jié)流作用而起到調(diào)節(jié)流量qV的作用。閥板轉(zhuǎn)動(dòng)由液壓缸帶動(dòng)齒輪、齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)系統(tǒng)的輸入量是電位器5的給定值xi。對(duì)應(yīng)給定值xi有一定的電壓輸給放大器7，放大器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)加到伺服閥的電磁線圈上，使閥芯相應(yīng)地產(chǎn)生一定的開(kāi)口量xv。閥開(kāi)口xv 使液壓油進(jìn)入液壓缸上腔，推動(dòng)液壓缸向下移動(dòng)。液壓缸下腔的油液則經(jīng)伺服閥流回油箱。液壓缸的向下移動(dòng)，使齒輪、齒條帶動(dòng)閥板產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。圖8-6流量（或靜壓力）的電液管道伺

15、服系統(tǒng)同時(shí)，液壓缸活塞桿也帶動(dòng)電位器6的觸點(diǎn)下移xp。當(dāng)xp的電壓與xi所對(duì)應(yīng)的電壓相等時(shí)，兩電壓之差為零。這時(shí)，放大器的輸出電流也為零，伺服閥關(guān)閉，液壓缸帶動(dòng)的閥板停在相應(yīng)的qV 位置。在控制系統(tǒng)中，將被控制對(duì)象的輸出信號(hào)回輸?shù)较到y(tǒng)的輸入端，并與給定值進(jìn)行比較而形成偏差信號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)被控對(duì)象的控制作用，這種控制形式被稱為反饋控制。反饋信號(hào)與給定信號(hào)符號(hào)相反，即總是形成差值，這種反饋被稱為負(fù)反饋。用負(fù)反饋產(chǎn)生的偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，是反饋控制的基本特征。本實(shí)例中，電位器6就是反饋裝置，偏差信號(hào)就是給定信號(hào)電壓與反饋信號(hào)電壓在放大器輸入端產(chǎn)生的u。如圖8-7所示的方框圖表達(dá)了控制系統(tǒng)中各元件之間的相

16、互聯(lián)系。圖8-7液壓伺服系統(tǒng)實(shí)例的方框圖二、機(jī)械手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的電液伺服系統(tǒng)二、機(jī)械手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的電液伺服系統(tǒng)機(jī)械手是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化設(shè)備中出現(xiàn)的新型裝置。機(jī)械手應(yīng)能按要求完成一系列動(dòng)作，包括伸縮、回轉(zhuǎn)、升降、手腕動(dòng)作等。由于每一個(gè)液壓伺服系統(tǒng)的原理均相同，僅以伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)為例，介紹其工作原理。圖8-8機(jī)械手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)電液伺服系統(tǒng)原理圖圖8-8是機(jī)械手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的電液伺服系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)主要由電放大器1、電液伺服閥2，液壓缸3、機(jī)械手手臂4、齒輪齒條機(jī)構(gòu)5、電位器6和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)7等元件組成。指令信號(hào)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，其輸出轉(zhuǎn)角與輸入

17、脈沖數(shù)成正比，輸出轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與電位器的動(dòng)觸頭連接。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(hào)電流控制電液伺服閥，推動(dòng)液壓缸產(chǎn)生相應(yīng)的位移。其位移又通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電位器固定在齒輪上，最終又使觸頭回到中位，控制機(jī)械手的伸縮運(yùn)動(dòng)。其具體工作過(guò)程如下：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出一定數(shù)量的脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就帶動(dòng)電位器的動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)，假定順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，這時(shí)，電位器輸出電壓為u，經(jīng)放大器放大后輸出電流為i，使電液伺服閥產(chǎn)生一定的開(kāi)口量。這時(shí)，電液伺服閥處于左位，壓力油進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞帶動(dòng)機(jī)械手手臂右移，液壓缸右腔回油經(jīng)伺服閥流回油箱。機(jī)械手手臂上的齒條帶

18、動(dòng)齒輪也做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到f時(shí)，動(dòng)觸頭回到電位器中位，電位器輸出電壓為零，放大器輸出電流也為零，電液伺服閥回到零位，沒(méi)有流量輸出，手臂即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出反向脈沖時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手手臂縮回。圖8-9為機(jī)械手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)方框圖。在這個(gè)系統(tǒng)中，輸入信號(hào)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角；輸出信號(hào)為液壓缸的位移，即機(jī)械手的位移y；反饋信號(hào)為齒輪的轉(zhuǎn)角f；偏差信號(hào)為電位器的輸出電壓u，uK( - f),其中，K為電位器的增益。最終，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)角f等于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角時(shí)，偏差信號(hào)uK(-f)=0， 系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)。圖8-9機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)方框圖第三節(jié)機(jī)液伺服系統(tǒng)第三節(jié)機(jī)液伺服系統(tǒng)機(jī)械液

19、壓伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為機(jī)液伺服系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)方式，將機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式的信號(hào)輸入到系統(tǒng)中，操縱有關(guān)的液壓控制元件動(dòng)作，來(lái)控制液壓執(zhí)行元件使其跟隨輸入信號(hào)而動(dòng)作的。這類伺服系統(tǒng)幾乎都是專門(mén)用來(lái)進(jìn)行位置控制的，即控制液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的位置。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，故廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓仿形機(jī)床及行走機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置液壓系統(tǒng)中。一、液壓仿形刀架的機(jī)液伺服系統(tǒng)一、液壓仿形刀架的機(jī)液伺服系統(tǒng)圖8-10液壓仿形刀架工作原理圖圖8-10所示為仿形車床上的液壓仿形刀架的工作原理圖。仿形刀架安裝在車床床鞍后部，工作時(shí)隨床鞍一起做縱向運(yùn)動(dòng)。樣板安裝在床身后側(cè)支

20、架上固定不動(dòng)。滑閥中的彈簧3經(jīng)閥桿4使觸頭2緊壓在樣板1上，位置控制信號(hào)由樣板1給出，并經(jīng)杠桿5作用在閥芯上。液壓缸的活塞桿固定在刀架底座上，液壓缸體連同刀架6可在刀架底座的導(dǎo)軌上沿液壓缸的軸向移動(dòng)。仿形刀架由控制滑閥（伺服閥）、液壓缸和反饋機(jī)構(gòu)三部分組成?？刂苹y是采用一個(gè)雙邊滑閥、閥體與液壓缸剛性連接，與杠桿機(jī)構(gòu)組成反饋機(jī)構(gòu)?；y一端因有彈簧3的作用使閥桿4將杠桿5上觸頭2壓緊在樣板1上，信號(hào)由樣板1給出，經(jīng)杠桿5和閥桿4作用在閥芯上，液壓缸體帶動(dòng)刀架跟隨滑閥運(yùn)動(dòng)，使刀架在液壓缸軸線方向產(chǎn)生仿形運(yùn)動(dòng)。仿形刀架采用差動(dòng)液壓缸，且液壓缸無(wú)桿腔活塞的有效作用面積為有桿腔活塞的二倍（圖8-10），

21、即S22S1。液壓泵供油直接進(jìn)有桿腔，無(wú)桿腔內(nèi)的壓力受雙邊控制閥的開(kāi)口x1和x2 的控制，滑閥具有一定的預(yù)開(kāi)口（即閥芯上臺(tái)肩的寬度稍小于閥體上的沉割槽的寬度）。在零位時(shí)兩個(gè)開(kāi)口相等，即x1=x2， 當(dāng)閥芯處于中位時(shí)，差動(dòng)液壓缸無(wú)桿腔的壓力p2為進(jìn)油壓力p1的一半，即p2=0.5p1， 液壓缸處于相對(duì)平衡狀態(tài)。當(dāng)切削圓柱時(shí)，觸頭沿樣板1上的表面滑動(dòng)，這時(shí)滑閥不動(dòng)，但液壓缸缸體在液壓缸軸向分力F作用下，要產(chǎn)生一個(gè)退讓，使滑閥開(kāi)口x1減小，x2增大，造成差動(dòng)液壓缸無(wú)桿腔壓力p2減小，則p1S1p2S2, 以便與切削分力F相平衡，有這時(shí)仿形刀架又重新處于平衡狀態(tài)，由床鞍帶動(dòng)仿形刀架縱向進(jìn)給，車出如圖8

22、-11所示外圓柱面上的a點(diǎn)。圖8-11進(jìn)給運(yùn)動(dòng)示意圖車削臺(tái)肩時(shí)，觸頭一碰到樣板上的臺(tái)肩，就繞支點(diǎn)O抬起，并經(jīng)閥桿4向右上方牽動(dòng)閥芯，使開(kāi)口x1增大，x2減小，于是，差動(dòng)液壓缸無(wú)桿腔壓力增大，則p2S2 p1S1， 液壓缸帶動(dòng)車刀后退，這時(shí)床鞍的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) v縱 和缸體的仿形運(yùn)動(dòng) v缸 組成合成運(yùn)動(dòng)v合，就使車刀車出工件的臺(tái)肩部分，如圖8-11中所示的b點(diǎn)。一般仿形刀架的液壓缸軸線與主軸中心線安裝成斜角，目的就是為了車削直角臺(tái)肩。當(dāng)觸頭沿樣板“爬坡”時(shí)，閥芯后退，x2減小，x1增大， p2 0.5p1 ， 缸體后退；當(dāng)觸頭“下坡”時(shí)，閥芯向前，x2增大，x1減小， p2 0.5p1 ， 液壓缸

23、向前運(yùn)動(dòng)。于是，閥體連同液壓缸缸體一起反饋，液壓缸將完全跟觸頭而運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)仿形。從仿形刀架的工作過(guò)程可以看出，液壓缸缸體是以一定的仿形精度按著觸頭輸入位移信號(hào)的變化規(guī)律而動(dòng)作的，故液壓缸完全跟蹤觸頭運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)仿形。圖中觸頭和閥芯間有一杠桿，這使得輸入和輸出裝置中都增加一個(gè)傳動(dòng)比，但不影響刀架的跟隨運(yùn)動(dòng)。如圖8-10所示，設(shè)樣板處觸頭位移為x，刀架的位移為y，則觸頭引起的位移為 ，刀架移動(dòng)引起的閥芯位移為 ，為使閥芯恢復(fù)至中位，閥體（即刀架）的位移相同，即有 ，或y = x。所以，工件的尺寸與樣板一致，而與杠桿比無(wú)關(guān)。axabbyababyxyabab二、汽車轉(zhuǎn)向助力器的機(jī)液伺服系統(tǒng)二、汽車

24、轉(zhuǎn)向助力器的機(jī)液伺服系統(tǒng)大型載重卡車廣泛采用液壓助力器；用以減輕司機(jī)的體力勞動(dòng)和提高汽車轉(zhuǎn)向的靈活性。這種液壓助力器也是一種機(jī)液伺服位置控制系統(tǒng)。圖8-12轉(zhuǎn)向液壓助力器圖8-12是轉(zhuǎn)向液壓助力器的原理圖，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(guò)鉸銷固定在汽車底盤(pán)上，液壓缸缸體2和控制滑閥閥體連在一起形成負(fù)反饋，由方向盤(pán)5通過(guò)擺桿4控制滑閥閥芯3的移動(dòng)。當(dāng)缸體2前后移動(dòng)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)向連桿機(jī)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(shí)，各閥口均關(guān)閉，缸體2固定不動(dòng)，汽車保持直線運(yùn)動(dòng)。由于控制滑閥采用負(fù)開(kāi)口的形式，則可以防止引起不必要的擾動(dòng)。當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向盤(pán)時(shí)，擺桿4使閥芯3向右移動(dòng)，液壓缸中壓力p1減小，p2增大，缸體也向右移動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向連桿6 向逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)，使車輪向左偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎；反之，缸體若向左移就可實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎。實(shí)際操作時(shí)，駕駛方向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向和汽車轉(zhuǎn)彎的方向是一致的。為使駕駛員在操縱方向盤(pán)時(shí)能感覺(jué)到轉(zhuǎn)向的阻力，所以在控制滑閥端部增加兩個(gè)油腔A、B，分別與液壓缸左、右腔相通；這時(shí)移動(dòng)控制閥閥芯時(shí)所需的力就和液壓缸的兩腔壓力差（pp1p2）