電液控制課件

1、電液控制工程1本課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配緒論 （4h）液壓放大元件 （10h）液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu) （8h）機(jī)液伺服系統(tǒng) （2h）電液伺服閥 （8h）電液伺服系統(tǒng) （6h）伺服閥的性能實(shí)驗(yàn) （2h）2參考書目王春行主編液壓控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 關(guān)景泰機(jī)電液控制技術(shù)同濟(jì)大學(xué)出版社 HE梅里特著陳燕慶譯液壓控制系統(tǒng)北京：科學(xué)出版社，1976 李洪仁著液壓控制系統(tǒng)北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1981 劉長(zhǎng)年著液壓伺服系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)北京：科學(xué)出版社，1985 345678910111213141516第一章 緒論1.1 伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成 液壓伺服控制系統(tǒng)是以液壓動(dòng)力元件作驅(qū)動(dòng)裝置所組成

2、的反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸出量（位移、速度、力等）能夠自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，與此同時(shí)，還對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，因此也是一個(gè)功率放大裝置。 1718輸出位移能夠自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入的位移變化。原因：閥體與液壓缸缸體剛性的連接在一起，構(gòu)成了負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓缸的輸出位移能夠連續(xù)不斷的反饋到閥體上，與滑閥閥芯的輸入位移相比較，得出兩者之間的偏差，這個(gè)偏差就是開(kāi)口量。有開(kāi)口量就有壓力油輸入到液壓缸，驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)（減小偏差），直到輸入位移與輸出位移相一致為止。系統(tǒng)靠偏差來(lái)工作的。1920另一方面，該系統(tǒng)移動(dòng)閥芯所需的信號(hào)功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以很大，故也

3、是一個(gè)功率放大裝置。液壓能的控制是靠偏差的大小控制的，因此伺服系統(tǒng)也是一個(gè)控制液壓能源輸出的裝置21上圖中輸出量為位移，故可稱為位置伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)都是由機(jī)械構(gòu)件完成的，故也稱為機(jī)械液壓伺服控制系統(tǒng)。液壓元件為滑閥節(jié)流原理工作，故也稱為節(jié)流式或者閥控式液壓伺服系統(tǒng)。2223電液伺服閥作為液壓控制元件閥控式電液位置伺服系統(tǒng)24液壓馬達(dá)變量泵泵控式電液速度控制系統(tǒng)原理圖2526系統(tǒng)中，內(nèi)部控制回路可以是閉合的也可以不是閉合的。當(dāng)是閉合時(shí)，消除了液壓泵變量液壓缸的積分作用，使前置級(jí)不再帶有積分環(huán)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)成為0型系統(tǒng)。不是閉合時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)即為1型系統(tǒng)。在控制回路閉合情況下

4、，將速度指令改為位置指令，測(cè)速電機(jī)改為位置傳感器，就成為泵控式電液位置伺服系統(tǒng)。271.1 伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成(續(xù))1 輸入元件電位器、計(jì)算機(jī)等2 反饋測(cè)量元件各種傳感器3 比較元件 給出偏差信號(hào)4 放大轉(zhuǎn)換元件（機(jī)）電液伺服閥5 執(zhí)行元件液壓缸、液壓馬達(dá)6 控制對(duì)象負(fù)載28反饋測(cè)量元件29放大轉(zhuǎn)換元件30執(zhí)行元件311.2 液壓伺服控制的分類 1 按系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律分 定值控制系統(tǒng)輸入信號(hào)為定值 程序控制系統(tǒng)輸入信號(hào)按給定的規(guī)律變化 伺服控制系統(tǒng)輸出量能夠準(zhǔn)確、快速地復(fù) 現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律 321.2 液壓伺服控制的分類(續(xù))2 按被控物理量的名稱不同分 位置伺服控制系統(tǒng) 速

5、度伺服控制系統(tǒng) 力控制系統(tǒng) 其它物理量的控制系統(tǒng)331.2 液壓伺服控制的分類(續(xù))3 按液壓動(dòng)力元件的控制方式或元件的形式分 閥控：響應(yīng)速度快、控制精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但效率低泵控：效率高，響應(yīng)速度較慢，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作變量機(jī)構(gòu)所需力較大，需專門的操作機(jī)構(gòu)閥控系統(tǒng)分為 恒壓伺服系統(tǒng)與恒流伺服系統(tǒng)341.2 液壓伺服控制的分類(續(xù))4 按信號(hào)傳遞介質(zhì)的形式分類機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)輸入信號(hào)、反饋信號(hào)、比較均用機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)電氣液壓伺服系統(tǒng)均用電子元件實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)氣動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)靈活性、可靠性、維護(hù)性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性351.3 液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn)1 優(yōu)點(diǎn)a. 液壓元件的功率重量比和力矩慣量 比（或力質(zhì)量比

6、）大體積小，重 量輕，加速度性好b. 液壓動(dòng)力元件快速性好，系統(tǒng)響應(yīng)快c. 液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大361.3 液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn)(續(xù))2 缺點(diǎn)a. 抗污染能力差，對(duì)工作油液的清潔度高b. 油液的體積彈性模量隨油溫和混入的空 氣含量而變化c. 密封不當(dāng)，容易引起外漏，造成環(huán)境污染d. 精度要求高，成本高e. 液壓能源獲得與遠(yuǎn)距離傳輸不如電氣系統(tǒng) 371.4 液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用 液壓伺服控制是一門新興的科學(xué)技術(shù)，是液壓技術(shù)的一個(gè)分支，也是控制領(lǐng)域的一個(gè)分支。 在武器自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的較多。而今，凡是需要大功率、快速、精確反應(yīng)的控制系統(tǒng)，都可以應(yīng)用液壓伺服控制技術(shù)38第二章 液壓放

7、大元件也稱為液壓放大器，是一種以機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)控制流體動(dòng)力的的元件。在液壓伺服系統(tǒng)中，它將輸入的機(jī)械信號(hào)（位移、轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)（流量、壓力）輸出，并進(jìn)行功率放大。因此，它既是一種能量轉(zhuǎn)換元件，也是一種功率放大元件。包括滑閥、噴嘴擋板閥和射流管閥。結(jié)構(gòu)型式、工作原理、靜態(tài)特性、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則392.1 圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類閥是液壓伺服系統(tǒng)中的一種主要控制元件，它的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性對(duì)液壓伺服系統(tǒng)有很大的影響。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單位體積輸出功率大、工作可靠、動(dòng)態(tài)特性好是其優(yōu)點(diǎn)。40412.1 圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類(續(xù))1 按進(jìn)出閥的通道數(shù)劃分 四通閥、三通閥、二通閥2 按滑閥的工作邊數(shù)劃分 四邊滑閥、雙邊

8、滑閥及單邊滑閥3 按滑閥的預(yù)開(kāi)口形式劃分 正開(kāi)口（負(fù)重疊）、零開(kāi)口（零重疊） 負(fù)開(kāi)口（正重疊）4 按閥套窗口形狀劃分（矩形、圓形、三角形）5 按閥芯的凸肩數(shù)目劃分（二、三、四凸肩滑閥）4243442.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析452.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析(續(xù))46472.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析(續(xù))48一、壓力流量方程一般表達(dá)式49二、滑閥的靜態(tài)特性曲線滑閥的靜態(tài)特性可以用靜態(tài)特性曲線表達(dá)5051三、閥的線性化分析52三、閥的線性化分析（續(xù)）53三、閥的線性化分析（續(xù)）542.3 零開(kāi)口四邊滑閥的靜態(tài)特性552.3 零開(kāi)口四邊滑閥的靜態(tài)特性56二、實(shí)際零開(kāi)口四邊滑閥的靜態(tài)特性閥芯與閥

9、套間的徑向間隙油液的動(dòng)力粘度572.4 正開(kāi)口四邊滑閥的靜態(tài)特性正開(kāi)口量582.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性592.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性602.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性612.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性（續(xù)）622.6 滑閥受力分析主要考慮滑閥受到的液動(dòng)力，分為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力與瞬態(tài)液動(dòng)力。穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力與滑閥開(kāi)口量成正比，瞬態(tài)液動(dòng)力與滑閥開(kāi)口量變化率成正比。632.6 滑閥受力分析（續(xù)）液流經(jīng)過(guò)閥口時(shí)。由于流動(dòng)方向和流速的改變，閥芯上會(huì)受到附加的作用力。在閥口開(kāi)度一定的穩(wěn)定流動(dòng)情況下，液動(dòng)力為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。當(dāng)閥口開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，還有瞬態(tài)液動(dòng)力作用。穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力可分為軸向分力和徑向分力。由于一般將閥體的油腔對(duì)稱的設(shè)置

10、在閥芯的周圍，因此沿閥芯的徑向分力互相抵消了，只剩下沿閥芯軸線方向的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。642.6 滑閥受力分析（續(xù)）652.6 滑閥受力分析（續(xù)）由于射流角90度，所以穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的方向總是指向使閥口關(guān)閉的方向。p一定時(shí)，穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力與閥的開(kāi)口量成正比彈性力實(shí)際的閥受徑向間隙和工作圓邊的影響，使過(guò)流面積增大，射流角減小，從而使穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力增大。662.6 滑閥受力分析（續(xù)）672.6 滑閥受力分析（續(xù)）682.6 滑閥受力分析（續(xù)）穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力一般都很大，是滑閥的主要阻力。 例：全周開(kāi)口，直徑0.012m的閥芯，ps140105Pa,空載時(shí)的動(dòng)力剛度Kf02.27105N/m,如果閥芯的最大位移5104m時(shí)

11、，空載的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力Fs0114N 考慮采用二級(jí)滑閥。697071三、瞬態(tài)液動(dòng)力72三、瞬態(tài)液動(dòng)力(續(xù))73三、瞬態(tài)液動(dòng)力(續(xù))瞬態(tài)液動(dòng)力與閥芯的移動(dòng)速度成正比，起粘性阻尼作用。方向始終與腔內(nèi)液體的加速度方向相反。阻尼系數(shù)Bf與長(zhǎng)度L有關(guān)，稱L為阻尼長(zhǎng)度74四、滑閥的驅(qū)動(dòng)力752.7 滑閥輸出功率及效率76772.7 滑閥輸出功率及效率（續(xù)）782.7 滑閥輸出功率及效率（續(xù)）上述分析表明，在PL2/3 Ps時(shí)，整個(gè)液壓伺服系統(tǒng)的效率最高，同時(shí)閥的輸出功率最大。 取PL2 Ps/3作為閥的設(shè)計(jì)負(fù)載壓力，同時(shí)，在PL0.5d;為了避免流量飽和現(xiàn)象，閥腔通道內(nèi)的流速不應(yīng)過(guò)大，應(yīng)使閥腔通道的面積為控制

12、窗口面積的4倍以上全周開(kāi)口的滑閥不產(chǎn)生流量飽和的條件！84流量飽和現(xiàn)象852.9 噴嘴擋板閥與滑閥相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小，對(duì)油液污染不太敏感。但零位泄漏流量大，故只適合于小功率系統(tǒng)。在兩級(jí)液壓放大器中，多采用噴嘴擋板閥作為第一級(jí)。86872.9 噴嘴擋板閥（續(xù)）噴嘴擋板閥固定節(jié)流孔噴嘴擋板可變節(jié)流孔Pc屬于三通閥，只能控制差動(dòng)油缸88是4通閥，可以控制雙作用液壓缸892.10 射流管閥射流管閥射流管接收器接液壓缸2端可轉(zhuǎn)動(dòng)屬于4通閥，能控制雙作用液壓油缸902.10 射流管閥(續(xù))優(yōu)點(diǎn)：1)抗污能力強(qiáng)，對(duì)油液的清潔度要求不高2)壓力恢復(fù)系數(shù)和流量恢復(fù)系數(shù)高，效率較高，可以作為

13、前置放大元件。缺點(diǎn)：1)由于射流力的作用，容易產(chǎn)生振動(dòng)2)射流管慣量較大，動(dòng)態(tài)特性不如噴嘴擋板閥3)零位泄漏量大4)粘性特性影響較大91第二章習(xí)題1 思考題 2、4、5、6、7、122 習(xí)題 1、2、392第三章 液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件是由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件組成。放大元件液壓控制閥、伺服變量泵執(zhí)行元件液壓缸與液壓馬達(dá)故有：閥控液壓缸、閥控液壓馬達(dá)泵控液壓缸、泵控液壓馬達(dá)前兩種稱為閥控（節(jié)流控制）系統(tǒng)后兩種稱為泵控（容積控制）系統(tǒng)933.1 四通閥控制液壓缸液壓動(dòng)力元件的動(dòng)態(tài)特性在很大程度上決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能。在得到動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)過(guò)程中，需要三個(gè)基本方程。閥控流量方程液壓缸流量連續(xù)性方程液壓缸和負(fù)載的力平衡方程94953.1 四通閥控制液壓缸（續(xù)）963.1 四通閥控制液壓缸（續(xù)）液壓缸內(nèi)泄漏系數(shù)液壓缸外內(nèi)泄漏系數(shù)有效體積彈性模量液壓缸進(jìn)油腔容積973.1 四通閥控制液壓缸（續(xù)）活塞及負(fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量活塞