第10章 液压伺服系统介绍

第10章
液压伺服系统
液压泵 误差 液压控制阀 执行元件 输出信号 控制对象
输入信号
反馈装置
图10-2 液压伺 服系统的组成
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10.1.4 液压伺服系统分类
1.按控制方式分类 液压伺服系统有阀控式（节流式）和变量泵控式（容积式）两大类。其 中阀控式又可分为：滑阀式、转阀式、喷嘴挡板式、射流管式等。机械设备 中以阀控式应用较多。 2.按输出的物理量分类 液压伺服系统有位置伺服系统、速度伺服系统、加速度伺服系统、力(或 压力)伺服系统等。 3.按控制信号分类 液压伺服系统有机-液伺服系统、电-液伺服系统、气-液伺服系统等。 4.按功用分类 液压伺服系统有实现仿形的伺服系统、实现放大的伺服系统、实现同步 的伺服系统等。
3.反馈 液压伺服系统是一个负反馈系统，所谓反馈是指输出量的部分或全部按 一定方式回送到输入端，回送的信号称为反馈信号。若反馈信号不断地抵消 输入信号的作用，则称为负反馈。负反馈是自动控制系统具有的主要特征。 由工作原理可知，液压缸运动抵消了滑阀阀芯的输入作用。 4.误差 液压伺服系统是一个误差系统，由图10-1中，为了使液压缸克服负载并 以一定的速度运动，控制阀节流口必须有一个开口量，因而缸体的运动也就 落后于阀芯的运动，即系统的输出必然落后于输入，也就是输出与输入间存 在误差，这个差值称为伺服系统误差。 综上所述，液压伺服控制的基本原理是：利用反馈信号与输入信号相比较得 出误差信号，该误差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小 误差的方向变化，直至误差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望 值相符。
10.1.1 液压伺服系统的工作原理 液压伺服系统如图10-1所示。该系统是一个简单机械式伺服系统，其工作 原理如下：液压泵1以恒定的压力ps向系统供油，溢流阀2溢流多余的油液。当 滑阀阀芯3处于中间位置时，阀口关闭（图中双点划线表示的），阀的a、b口 没有流量输出，液压缸不动，系统处于静止状态。若阀芯3向右移动一段距离xi ，则b处便有一个相应的开口xv=xi，压力油经油口b进入液压缸右腔后使其压力 升高，由于液压缸采用杆固定式，故缸体右移，液压缸左腔的油液经油口a到 Ｔ流回油箱。由于缸体与阀体做成一体，因此阀体也跟随缸体一起右移。其结 果使阀的开门量xv逐渐减小。当缸体位移xp等于阀芯位移xi时，阀的开口量xv ＝0，阀的输出流量就等于零，液压缸便停止运动，处于一个新的平衡位置上 。如果阀芯不断地向右移动，则液压缸就拖动负载不停地向右移动。如果阀芯 反向运动，则液压缸也反向跟随运动。
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10.1.3 液压伺服系统的组成
液压伺服系统由以下五部分组成： ⑴液压控制阀：用以接收输入信号，并控制执行元件的动作。 ⑵执行元件：接收控制阀传来的信号，并产生与输入信号相适应的输出信号。 ⑶反馈装置：将执行元件的输出信号反过来输入给控制阀，以便消除原来的误 差信号。 ⑷外界能源：为了使作用力很小的输入信号获得作用力很大的输出信号，就需 要外加能源，这样就可以得到力或功率的放大作用。 ⑸控制对象：负载。 因此，液压伺服系统的工作原理也可以用方块图来表示。如图10-2所示，系统 有反馈装置，方块图自行封闭，形成闭环。所以，液压伺服系统是一种闭环控制系 统，从而能够实现高精度控制。
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图10-1 液压伺 服系统原理图 1—液压泵 2—溢流阀 3—阀芯 4—阀体(缸体) 5—活塞及活塞杆
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10.1.2 液压伺服系 统的特点 经过上述分析可以看出，液压伺服系统有如下特点：
在这个系统中，滑阀作为转换放大元件（控制阀），把输入的机械信号 （位移或速度）转换并放大成液压信号（压力或流量）输出至液压缸，而液 压缸则带动负载移动。由于滑阀阀体和液压缸缸体做成一个整体，从而构成 反馈控制，使液压缸精确地复现输入信号的变化。
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液压伺服系统是根据液压传动原理建立起来的一种自动控制系统。在 这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律运 动。由于执行元件能自动地跟随控制元件运动而进行自动控制，所以称为 液压伺服系统，也叫跟踪系统或随动系统。
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10.1 液压伺服系统概述
1.跟踪 液压伺服系统是一个位置跟踪系统，由图10-1可知，缸体的位置完全由 滑阀阀芯的位置来确定，阀芯向前或向后一个距离时，缸体也跟着向前或向 后移动相同的距离。 2.放大 液压伺服系统是一个力放大系统，执行元件输出的力或功率远大于输入 信号的力或功率，可以多达几百倍甚至几千倍。
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10.3 机液伺服阀的应用 10.4 电液伺服阀 10.5 电液伺服阀的应用
10.5.1 位置控制回路 10.5.2 压力控制回路 10.5.3 速度控制回路 10.5.4 同步控制回路
10.6 轧机液压压下系统
10.6.1 轧机液压压下系统概述 10.6.2 轧机压下液压系统及特点
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10.1.5 液压伺服系统的优缺点及 应用
液压伺服系统具备了液压传动的显著优点，此外，还具有系统刚度大 、控制精度高，响应速度快，自动化程度高，能高速起动、制动和反向等 优点。因而可组成体积小、重量轻、加速能力强、快速动作和控制精度高 的伺服系统，可以控制大功率和大负载。同样，液压伺服系统也具备了液 压传动的—些缺点，同时，它的精密控制元件(如电液伺服阀)加工精度高 ，因而价格贵；对液压油精度要求高，液压油的污染对系统可靠性影响大 等。 由于液压伺服系统的突出优点，使得它在国民经济的各个部门和国防 建设等方面都得到了广泛应用。
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10.1 液压伺服系统概述
10.1.1 液压伺服系统的工作原理 10.1.2 液压伺服系统的特点 10.1.3 液压伺服系统的组成 10.1.4 液压伺服系统分类 10.1.5 液压伺服系统的优缺点及应用
10.2 机液伺服阀
10.2.1 滑阀式伺服阀 10.2.2 射流管阀 10.2.3 喷嘴挡板阀