电液控制技术及其应用

电液控制技术及其应用作者：机械电子工程10级机自103班王名洲[摘要] 20世纪70年代以来，随着人们对各类工艺过程的深入研究，电液比例控制技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，已经成为现代控制工程的基本技术构成之一。

在实际生产中，电液比例控制技术涉及流量、压力、速度、转速、位移等，能随控制信号连续成比例地控制。

电液比例控制技术起源于20世纪，并且经过了电液控制技术、电液比例控制技术以及电液伺服技术等发展阶段。

电液比例技术覆盖很多工程机械，如起混凝土搅拌运输车液压系统,电液比例控制技术的广泛应用让工程简单化、高效化、信息化、安全化。

[关键词] 电液控制技术控制工程机械混凝土搅拌运输车机电一体化0.前言在当前的形式下，电液控制技术已经成为工业机械、工程建设机械及国防极端产品不可或缺的重要手段。

以挖掘机、推土机、振动压路机等为代表的工程机械对国家基础设施建设起到了至关重要的作用，而火炮控制系统、导弹运输车中的电液控制技术则推动了我国国防实力的提升。

电液控制技术在机床加工、交通运输、汽车工业等部门也有非常广阔的应用。

他对我国国民经济的推动作用不可估量。

就所学机械电子工程专业来讲，电液控制技术与其密不可分。

电液控制技术的调控精密度对于机械控制有着重要的意义。

在电子计算机大行其道的今天，将电控、液压与机械紧密结合在一起，才是机械电子工程的发展新方向。

1.电液控制技术概述1.1电液控制技术发展历程液压技术早在公元前240年的古埃及就已经出现。

在第一次工业革命时期，液压技术的到快速发展，在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。

18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。

19世纪初液压技术取得了一些重大的进展, 其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。

第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。

出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。

20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。

这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。

电液伺服作动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。

电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。

在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达) 来代替人工操作,其次是工程机械。

在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。

电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。

70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。

1.2电液控制技术的类别电液控制技术按被控制参数分类分为（1）位置控制（2）速度控制（3）加速度控制（4）压力控制（5）力控制（6）其他参数控制。

1.3电液控制技术的应用范围电液控制技术在工业生产中有着极其广泛的应用，其在工程机械中的应用有：挖掘机、装载机、推土机、振动压路机等。

在交通运输中的应用有：汽车吊车、叉车、港口龙门吊、船舶液压舵机等。

在冶金机械中的应用有：轧机压下控制系统、连铸机、修磨机、钢带跑偏控制系统等。

在兵器工业中的应用有：火炮控制系统、导弹运输车、导弹发射车等。

在轻工机械中的应用有：注塑机、打包机、校直机等。

在汽车工业中的应用有：汽车动力系统、ABS （防抱死控制系统）、油气悬架系统等。

在智能机械中的应用有：模拟驾驶舱、机器人、折臂式小汽车装卸器等。

在机床工业中的应用有：加工中心、加工生产线、自动化机床等。

在电力部门的应用有水轮机调速系统等。

2.电液比例控制技术概述2.1电液比例技术发展概况第二次世界大战后期，由于喷气式飞机速度很高，因此对控制系统的快速性，动态精度和功率——重量比提出了更高的要求。

1940年底，在飞机上首先出现了电液伺服系统。

60年代，各种结构的电液伺服阀的问世，电液伺服技术日渐成熟。

60年代后期，民用工程对电液控制技术的需求，显得更加迫切与广泛。

但由于传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用高昂，系统能耗也比较大，难以为各工业用户所接受。

而传统的电液开关控制（断通控制）又不能满足高质量控制系统的要求。

电液比例控制技术，就是要适应开发一种可靠，控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从60年代末以来，得到迅速发展。

与此同时，还发展了工业伺服控制技术。

2.2电液比例技术的含义电液比例技术是一门综合性技术，既实现了液压动力传动，又具有电子控制的灵活性。

带比例电磁铁的比例阀、比例泵为电子控制提供了合适的接口，从而生产机械的工作循环更加灵活，甚至能方便实现可编程控制和传动。

工作过程柔性很大的各类传动控制系统统一在一起。

电液比例技术填补了传统开关式液压传动技术与电液伺服技术之间的空缺。

电液比例技术已经和正在使各类通用机械和专用机械有可能成为全新概念的机械。

在较短的时间里，电液比例技术已在液压传动及控制技术领域是赢得了一席之地。

在电液比例技术的发展过程中，使其受益非浅的与其说是按伺服技术的模式，还不如说是依开关式液压传动的技术路线去开拓。

2.3电液比例控制的技术特征（1）性能特点：除中位死区外，在滞环、重复精度等主要稳态特性上已与伺服阀相当，而工作频宽又具有足以满足大部分工业系统控制要求的相当水平；对介质过滤精度要求，阀内压力损失和价格方面，又接近开关阀。

因此，赢得了比电液伺服比例控制远为广泛的应用领域。

（2）原理特点：近期发展的高性能比例阀，一般都内含主控制参量的反馈闭环，这种反馈闭环，可以是主控制参量的机械或液压的力反馈，也可以是主控制参量的电反馈。

（3）结构特点早期的比例阀为电磁铁替代传统工业阀的调节手柄。

现比例阀与插装阀结合，开发各种不同功能和规格的二通插装式比例阀；生产批量较大的比例压力阀、比例方向阀，常与开关阀通用主阀阀体，有利于生产管理和标准化，也将为原有液压系统的改造带来方便；力反馈比例元件可以配用多种控制输入方式；比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块，可采用组合叠加方式；控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。

2.4电液比例控制系统的工作原理与组成电液比例控制系统的工作原理如下图所示：电液比例控制系统由指令元件、比较元件、电控器、比例阀、液压执行元件和检测反馈元件等组成。

如下图所示：2.5电液比例阀的类型与特点比例阀大致有4种，分别是：（1）比例压力阀。

比例压力阀可分为比例溢流阀和比例减压阀，比例溢流阀可分为直动式和先导式，而比例减压阀又分为通直动式（先导式）二（三）通减压阀。

其中，直动式二通减压阀不常见。

（2）电流比例流量控制阀。

比例流量阀可分为比例节流阀和比例流量阀两大类。

比例节流阀适用于要求空载快速、重载低速的系统，其还具有结构简单、成本低、动态响应快、稳定裕度大及可靠性好等特点。

（3）比例方向阀。

比例方向阀的电--机机械转换器输入功率较大，有较大的零位(中位)死区，给其应用于位置闭环、力闭环带来一定的困难。

采用电液比例方向阀的系统，其能耗和升温都较低。

（4）电液比例多路阀。

电液比例多路阀主要采用比例压力阀作为先导阀，通过先导阀控制主阀芯的位移。

稳态时，其流量损失小，动态性能较好。

3.电液伺服技术概述3.1电液伺服技术发展概况第二次世界大战期间，由于武器和飞行器自动控制的需要而出现，到20世纪60年代日臻成熟。

其采用力马达或力矩马达作为电-机械转换器，无零位死区，动态响应高，可达100Hz，用于闭环系统。

但伺服阀对介质清洁度要求高，且价格比较昂贵。

所以难以在民用工业上广泛应用。

3.2电液伺服技术的含义电液伺服技术是在电液控制技术基础上发展起来的，吸收了一般比例技术与伺服技术的优势，以伺服比例阀为主要部件的控制技术。

3.3电液伺服控制的技术特征电液伺服阀无零位死区，控制精度和响应特性高，输出功率大，但其对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高，结构相对复杂，在军事工业中应用较多。

3.4电液伺服控制系统的工作原理与组成电液伺服控制系统的工作原理：液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。

在这种系统中，输出量（位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律，与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。

电液伺服控制系统的组成：输入元件——也称指令元件，可以是机械的、电气的、气动的等，如靠模、指令电位器、计算器等反馈测量元件——各种传感器比较元件——给出偏差信号放大转换元件——（机）电液伺服阀执行元件——液压缸、液压马达控制对象——负载4.电液控制工程应用实例的介绍——混凝土搅拌运输车4.1混凝土搅拌运输车的用途介绍随着电液比例组件、电子和计算机的发展，电液比例控制的应用将改变传统的液压传动控制方式。

电液比例技术不仅用于军事、国防等领域，也不仅仅用于挖掘机、起重机等常见的工程机械中了，混凝土搅拌运输车作为工程建设广泛使用的重要设备，在运送过程中，罐体不断地喷水旋转，防止混凝土凝固；送到现场后，可将混凝土倒入泵车，将混凝土送到需要的地方。

其移动方便，操作灵活，对减轻劳动强度、加快建设速度、提高生产效率有着十分重要的作用。

4.2混凝土搅拌运输车液压系统的类别电液比例控制技术是近年来发展起来的介于普通开关控制和电液伺服控制之间的电液控制技术，具有可靠、廉价、控制精度高等特点。

本机械收缩回路系统正是应用了电液比例技术，电液比例控制技术的优点充分的体现在了混凝土搅拌运输车的设计之中。

4.3混凝土搅拌运输车液压系统的结构液压系统是搅拌运输车上车部分核心工作部件，其性能直接决定着整车的工作性能，它的正常运行是搅拌车良好技术状况的一个重要标志。

因此，做好液压系统的设计计算与合理使用维护显得尤为重要。

上图是典型闭式液压传动系统组成图，它是由双向(伺服〉变量柱塞液压泵、定量柱塞液压马达以及油箱、冷却器、滤油器、胶管等辅件组成。

实际使用中，一般将6、7、9、11集成为一个整体，有利于安装。

动力通过底盘取力器传送给液压泵、液压马达、减速机、搅拌筒，使搅拌筒实现装料、搅动、卸料等功能。

4.4混凝土搅拌运输车液压系统的工作过程这是液压一机械混合式驱动装置，液压系统是中间环节，其工作原理见下图。

液压系统为闭式，采用了手动伺服变量柱塞泵以下简称主泵〉容积式无级调速。