第十章液壓伺服系統郭婷制作第十章液壓伺服系統郭婷制作本章目錄第一節概述第二節液壓伺服控制元件第三節電液伺服閥第四節液壓伺服系統實例本章目錄第一節概述第一節概述一、液壓伺服系統的工作原理

仿形刀架裝在車床床鞍后部，隨床鞍一起作縱向移動，并按照樣件的輪廓形狀車削工件；樣件安裝在床身支架上，是固定不動的。液壓泵站則放在車床附近的地面上，與仿形刀架以軟管相連。液壓仿形刀架工作原理圖10-1液壓仿形刀架工作原理圖第一節概述一、液壓伺服系統的工作原理仿形刀架3

仿形刀架的活塞桿固定在刀架底座上，液壓缸的缸體6、杠桿8、伺服閥體7是和刀架3連在一起的，可在刀架底座的導軌上沿液壓缸軸向移動。伺服閥芯10在彈簧的作用下通過閥桿9將杠桿8上的觸銷11壓在樣件12上。由液壓泵14來的油經濾油器13通入伺服閥的A口，并根據閥芯所在位置經B或C通入液壓缸的上腔或下腔，使刀架3和車刀2退離或切入工件1。圖10-1液壓仿形刀架工作原理圖仿形刀架的活塞桿固定在刀架底座上，液壓缸的缸體64

車削圓柱面時，溜板沿床身導軌4縱向移動。杠桿觸銷在樣件上水平段滑動，閥口不打開，刀架跟隨溜板一起縱向移動，車刀在工件1上車出圓柱面；車削圓錐面時，觸銷沿樣件斜線滑動，杠桿向上方偏擺，帶動閥芯上移，閥口打開，壓力油進入缸上腔推動缸體連同閥體和刀架后退。閥體后退逐漸關小閥口，直至關閉。觸銷在樣件上不斷抬起，刀架也就不斷后退運動，運動合成使刀具在工件上車出圓錐面。圖10-1液壓仿形刀架工作原理圖車削圓柱面時，溜板沿床身圖10-1液壓仿形刀5節標題節標題6

其它曲面形狀或凸肩都是合成切削的結果。如圖所示，v1、v2和v分別表示溜板帶動刀架的縱向運動速度、刀具沿液壓缸軸向的運動速度和刀具的實際合成速度。二、液壓伺服系統特點

1）跟蹤：輸出跟蹤輸入

2）放大：輸出大于輸入

3）誤差：輸出滯后輸入

4）反饋：輸出減小輸入圖10-2液壓仿形刀架速度合成圖圖10-3液壓伺服控制系統流程圖其它曲面形狀或凸肩都是合成切削的結果。二、液壓伺服系7

三、液壓伺服系統分類按輸出物理量分類：位置、速度、力伺服系統按信號分類：機液、電液、氣液伺服系統按元件分類：閥控系統、泵控系統液壓伺服系統與電氣伺服系統相比優點﹕

1）體積小﹐重量輕﹐慣性小﹐可靠性好﹔

2）快速性好﹔

3）剛度大(即輸出位移受外負載影響小)﹐定位準確。

四、液壓伺服控制的優缺點

1.優點：

(1)液壓元件的功率—重量比和力矩-慣量比大可以組成結構緊湊、體積小、重量輕、加速性好的伺服系統。

(2)液壓動力元件快速性好，系統響應快。

(3)液壓伺服系統抗負載的剛度大，即輸出位移受負載變化的影響小，定位準確，控制精度高。2.缺點：(1)液壓元件，特別是精密的液壓控制元件(如電液伺服閥)抗污染能力差，對工作油液的清潔度要求高。

(2)油溫變化時對系統的性能有很大的影響。

(3)當液壓元件的密封設計、制造相使用維護不當時．容易引起外漏，造成環境污染。

(4)液壓元件制造精度要求高，成本高。

(5)液壓能源的獲得和遠距離傳輸都不如電氣系統方便。四、液壓伺服控制的優缺點2.缺點：9第二節液壓伺服控制元件液壓控制元件是液壓伺服系統中的核心元件。

常見的液壓伺服控制元件有控制滑閥、射流管閥和噴嘴擋板閥等。

一、控制滑閥

1、單邊節流滑閥滑閥控制邊的開口量xs控制著液壓缸右腔的壓力和流量，從而控制液壓缸運動的速度和方向。圖10-4單邊節流滑閥結構示意圖第二節液壓伺服控制元件液壓控制元件是液壓102.雙邊節流滑閥

壓力油一路直接進入液壓缸有桿腔，另一路經滑閥左控制邊的開口xs1和液壓缸無桿腔相通，并經滑閥右控制邊xs2流回油箱。

當滑閥向左移動時，xs1減小，xs2增大，液壓缸無桿腔壓力p1減小，兩腔受力不平衡，缸體向左移動。反之缸體向右移動。

圖10-5雙邊節流滑閥結構示意圖2.雙邊節流滑閥圖10-5雙邊節流滑閥結構示意圖113、四邊節流滑閥滑閥有四個控制邊，開口xs1、xs2分別控制進入缸兩腔的壓力油，開口xs3、xs4分別控制液壓缸兩腔的回油。當滑閥向左移動時，液壓缸左腔進油口xs1減小，回油口xs3增大，使p1迅速減小；與此同時，液壓缸右腔的進油口xs2增大，回油口xs4減小，使p2迅速增大。這樣就使活塞迅速左移。圖10-6四邊節流滑閥結構示意圖3、四邊節流滑閥圖10-6四邊節流滑閥結構示意圖124、三種節流邊的對零狀態1）負開口（xs＜0）有較大的不靈敏區，較少采用（圖10-7a）2）正開口（xs＞0）工作精度較負開口高，但功率損耗大，穩定性也較差。（圖10-7b）3）零開口（xs=0）其工作精度最高，制造工藝性差。（圖10-7c）圖10-7滑閥的不同開口形式4、三種節流邊的對零狀態圖10-7滑閥的不同開口形式13二、射流管閥收孔a、b，分別與液壓缸兩腔相通。壓力油從管道進入射流管后從錐形噴嘴射出，經接收孔進入液壓缸兩腔。射流管偏向哪個接收孔，油缸相應的工作腔壓力提高，缸體就向那個方向運動。射流管閥由射流管1和接收板2組成。射流管可繞Ｏ軸左右擺動一個不大的角度，接收板上有兩個并列的接圖10-8射流管閥1-射流管2-接受器二、射流管閥收孔a、b，分別與液壓缸兩腔相通。壓力油從管道進14三、噴嘴擋板閥

由擋板1、噴嘴2和3、固定節流小孔4和5等元件組成。擋板和兩個噴嘴之間形成兩個可變截面的節流縫隙δ1和δ2。當擋板處于中間位置時，兩縫隙所形成的液阻相等，兩噴嘴腔內的油壓相等，缸不動。當輸入信號使擋板向左偏擺時，可變縫隙δ1關小δ2開大p1上升p2下降，缸體向左移動。當噴嘴跟隨缸體移動到擋板兩邊對稱位置時，缸運動停止。圖10-9噴嘴擋板閥三、噴嘴擋板閥由擋板1、噴嘴2和3、固定節流小第三節電液伺服閥

電液伺服閥是電液聯合控制的多級伺服元件，它能將微弱的電氣輸入信號放大成大功率的液壓能量輸出。它具有控制精度高和放大倍數大等優點，在液壓控制系統中得到廣泛的應用。圖10-10電液伺服閥第三節電液伺服閥電液伺服閥是電液聯合控制的多16

一、電液伺服閥的組成由力矩馬達和液壓放大器組成。1.力矩馬達組成由一對永久磁鐵1、導磁體2和銜鐵3、線圈5和內部懸置擋板7的彈簧管6等組成。2.液壓放大器組成前置放大器前置放大級是一個雙噴嘴-擋板閥，它主要由擋板7、噴嘴8、節流孔10和濾油器11組成。功率放大級功率放大級主要由滑閥9和擋板下部的反饋彈簧片組成。圖10-10電液伺服閥一、電液伺服閥的組成圖10-10電液伺服閥二、電液伺服閥工作原理1.力矩馬達工作原理磁鐵把導磁體磁化成N、S極，形成磁場。線圈無電流時，力矩馬達無力矩輸出，擋板處于兩噴嘴中間；當輸入電流通過線圈使銜鐵3左端被磁化為N極，右端為S極，銜鐵逆時針偏轉。彈簧管彎曲產生反力，使銜鐵轉過θ角。電流越大θ角就越大，力矩馬達把輸入電信號轉換為力矩信號輸出。圖10-10電液伺服閥二、電液伺服閥工作原理圖10-10電液伺服閥

壓力油經濾油器和節流孔流到滑閥左、右兩端油腔和兩噴嘴腔，由噴嘴噴出，經閥9中部流回油箱力矩馬達無輸出信號時，擋板不動，滑閥兩端壓力相等。當矩馬達有信號輸出時，擋板偏轉，兩噴嘴與擋板之間的間隙不等，致使滑閥兩端壓力不等，推動閥芯移動。2.前置放大級工作原理圖10-10電液伺服閥壓力油經濾油器和節2.前置放大級工作原理圖103.功率放大級工作原理

當前置放大級有壓差信號使滑閥閥芯移動時，主油路被接通。滑閥位移后的開度正比于力矩馬達的輸入電流，則閥的輸出流量和輸入電流成正比；當輸入電流反向時，輸出流量也反向。滑閥移動同時，擋板下端的小球亦隨同移動，使擋板彈簧片產生彈性反力，阻止滑閥繼續移動；擋板變形又使它在兩噴嘴間的位移量減小，實現了反饋。當滑閥上的液壓作用力和擋板彈性反力平衡時，滑閥便保持在這一開度上不再移動。圖10-10電液伺服閥3.功率放大級工作原理圖10-10電液伺服閥第四節液壓伺服系統實例實例一機械手伸縮運動伺服系統

包括四個伺服系統，分別控制機械手的伸縮、回轉、升降和手腕的動作。以伸縮伺服系統為例，介紹其工作原理。一、組成主要由電液伺服閥1、液壓缸2、活塞桿帶動的機械手臂3、齒輪齒條機構4、電位器5、步進電機6和放大器7等元件組成。圖10-11機械手伸縮電液伺服工作原理圖第四節液壓伺服系統實例實例一機械手伸縮運動伺服系統圖121二、工作原理步進電機將數控部分的脈沖信號轉換成相應的轉角θi，動觸頭偏離電位器中位，產生微弱電壓u1，經放大后再輸入電液伺服閥1的控制線圈u2

，產生一定的開口量。時壓力油以流量q流經閥的開口進入缸左腔，缸右腔油經伺服閥回油箱，活塞連同機械手手臂一起向右移動。當電位器中位和觸頭重合時，輸出電壓為零，閥口關閉，手臂移動停止。當數控裝置發反向脈沖時，步進電機逆時針轉動，手臂縮回。圖10-11機械手伸縮電液伺服工作原理圖二、工作原理圖10-11機械手伸縮電液伺服工作原理圖

圖示的紙帶張力控制系統中，2為牽引輥