數(shù)字液壓伺服缸de jiesha

1、電液伺服與比例控制電液伺服與比例控制機(jī)械工程系機(jī)電教研室機(jī)械工程系機(jī)電教研室第第5 5講講 數(shù)字液壓伺服缸數(shù)字液壓伺服缸Wenzhou Vocational & Technical College 傳統(tǒng)液壓技術(shù)是開關(guān)閥技術(shù)、比例閥技術(shù)和伺服閥技術(shù)，這是一種模擬控制技術(shù)，它的精確控制是建立在閉環(huán)控制基礎(chǔ)上的，它依靠各種傳感器、伺服閥、伺服放大器、控制器等各種硬件與各種自動控制理論相結(jié)合完成。系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)麻煩。 一、數(shù)字液壓技術(shù)一、數(shù)字液壓技術(shù) 數(shù)字液壓技術(shù)以數(shù)字缸為代表，它是將油缸、數(shù)字閥、傳感器有機(jī)的設(shè)計成一個整體而全部封閉在缸內(nèi)。步進(jìn)電機(jī)可以直接接收計算機(jī)或數(shù)字控制器發(fā)出的數(shù)字脈沖

2、信號。步進(jìn)電機(jī)帶動數(shù)字閥，打開油路，油缸運(yùn)動，油缸運(yùn)動的同時通過機(jī)械位移傳感器將活塞的速度和位置反饋到數(shù)字閥，構(gòu)成了自動調(diào)節(jié)的速度閉環(huán)和位置閉環(huán)，從而將油缸的速度和位移精確與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角一一對應(yīng)，形成了閉環(huán)控制的自動調(diào)節(jié)機(jī)理，將復(fù)雜的電閉環(huán)控制變成了簡單的開環(huán)控制。鋼廠熱鋸機(jī)鋼廠熱鋸機(jī)導(dǎo)彈發(fā)射訓(xùn)練模擬器導(dǎo)彈發(fā)射訓(xùn)練模擬器大型游樂設(shè)備大型游樂設(shè)備航空模擬器航空模擬器二、數(shù)字液壓缸工作原理二、數(shù)字液壓缸工作原理 數(shù)字液壓缸，簡稱：數(shù)字油缸，或數(shù)字缸。它是指將步進(jìn)或伺服電機(jī)、液壓滑閥、閉環(huán)位置反饋設(shè)計組合在液壓缸內(nèi)部，接通液壓油源，所有的功能直接通過數(shù)字缸控制器或計算機(jī)或可編程邏輯控制器（P

3、LC）發(fā)出的數(shù)字脈沖信號來完成長度矢量控制的高新技術(shù)產(chǎn)品。 大型游樂設(shè)備數(shù)字缸及其安裝現(xiàn)場大型游樂設(shè)備數(shù)字缸及其安裝現(xiàn)場閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸框圖閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸框圖閉環(huán)控制數(shù)字油缸工作原理圖閉環(huán)控制數(shù)字油缸工作原理圖1步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；2花鍵；花鍵；3萬向聯(lián)軸器；萬向聯(lián)軸器；4閥芯；閥芯；5外螺紋；外螺紋；6編編碼器；碼器；7缸外轉(zhuǎn)軸；缸外轉(zhuǎn)軸；8缸外轉(zhuǎn)盤；缸外轉(zhuǎn)盤；9后缸蓋；后缸蓋；10磁鐵；磁鐵；11缸內(nèi)轉(zhuǎn)缸內(nèi)轉(zhuǎn)盤；盤；12缸體；缸體；13滾珠絲桿；滾珠絲桿；14絲桿螺母；絲桿螺母；15空心活塞桿空心活塞桿 步進(jìn)電機(jī)1接到脈沖信號，其輸出軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過花鍵2、萬向聯(lián)軸器3

4、、閥芯4，傳遞給外螺紋5，外螺紋5和沉入缸外轉(zhuǎn)軸7右端的內(nèi)螺紋相互配合，內(nèi)螺紋位置固定，在旋轉(zhuǎn)作用下外螺紋帶動閥芯發(fā)生軸向的移動。 本數(shù)字油缸采用負(fù)開口三位四通閥控流，控流存在一定的死區(qū)，開始的幾個脈沖產(chǎn)生的一小段位移并不能將P口處的高壓油和A口或B口接通。死區(qū)過后，步進(jìn)電機(jī)再旋轉(zhuǎn)一定角度，在旋轉(zhuǎn)作用下閥芯又發(fā)生一定的軸向的位移。 如果閥芯向左移動，P口和A口連通，B口和T口連通。P口處的高壓油，通過A口流入油缸的后腔。后腔增壓，空心活塞桿15向左運(yùn)動，前腔的油經(jīng)過B口、T口流回油箱。空心活塞桿向左移動時，帶動固定在空心活塞桿上的絲桿螺母14向左運(yùn)動，滾珠絲桿13在軸向上不移動，絲桿發(fā)生與步進(jìn)

5、電機(jī)旋向相反的旋轉(zhuǎn)，帶動缸內(nèi)轉(zhuǎn)盤11旋轉(zhuǎn)。后缸蓋9兩邊的磁鐵10相互吸引使得缸外轉(zhuǎn)盤8和缸內(nèi)轉(zhuǎn)盤11同時旋轉(zhuǎn)相同的角度。反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過這樣一個磁耦合機(jī)構(gòu)被準(zhǔn)確的傳遞到油缸外。缸外轉(zhuǎn)軸7和缸外轉(zhuǎn)盤8是一個整體，缸外轉(zhuǎn)軸7和編碼器6通過平鍵聯(lián)接，沉入缸外轉(zhuǎn)軸7右端的內(nèi)螺紋和外螺紋5配合。缸外轉(zhuǎn)軸7反向旋轉(zhuǎn)，外螺紋5向右移動，閥口關(guān)閉，一個步進(jìn)過程結(jié)束。 滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)的角度被平鍵聯(lián)接于缸外轉(zhuǎn)軸7上的編碼器6檢測到，此旋轉(zhuǎn)角度和空心活塞桿15的位移對應(yīng)，此信號傳給以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行位移和速度要求，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。 閥芯的兩端使用萬向聯(lián)軸器聯(lián)器，不限制徑向的小位移，防止

6、閥芯被拉傷，同時保證軸向運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的雙向傳遞。數(shù)字油缸在向前運(yùn)動的同時不斷關(guān)閉閥口，形成一個伺服控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制數(shù)字油缸的特點(diǎn)：閉環(huán)控制數(shù)字油缸的特點(diǎn)： 采用了光電編碼器反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能對系統(tǒng)溫度、壓力負(fù)載、內(nèi)泄及死區(qū)等因素的影響進(jìn)行補(bǔ)償，并進(jìn)一步提高了控制精度。 通過使用磁耦合機(jī)構(gòu)，回避了旋轉(zhuǎn)密封，同時又保證了了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從缸體內(nèi)部到缸體外部的準(zhǔn)確傳遞。三、數(shù)字液壓缸的應(yīng)用實(shí)例三、數(shù)字液壓缸的應(yīng)用實(shí)例 數(shù)字液壓缸可以應(yīng)用于機(jī)床上推動刀架的運(yùn)動，控制大型碟閥的開啟，控制注塑機(jī)的注塑壓力，以及應(yīng)用于多缸同步系統(tǒng)，步進(jìn)爐驅(qū)動系統(tǒng)，中國海洋深井取樣數(shù)字驅(qū)動裝置，汽輪機(jī)、水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，各種

7、武器裝備和自動控制系統(tǒng)等等。數(shù)字液壓執(zhí)行系統(tǒng)圖數(shù)字液壓執(zhí)行系統(tǒng)圖1 1油泵；油泵；2 2；7 7；8 8電磁閥；電磁閥；3 3進(jìn)給數(shù)字油缸；進(jìn)給數(shù)字油缸；4 4轉(zhuǎn)位油缸；轉(zhuǎn)位油缸；5 5夾緊油缸；夾緊油缸；6 6轉(zhuǎn)塔刀架；轉(zhuǎn)塔刀架；9 9單向閥單向閥數(shù)字液壓執(zhí)行系統(tǒng)的工作過程：數(shù)字液壓執(zhí)行系統(tǒng)的工作過程： 1.快速趨近：快速趨近：給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送高頻正向脈沖，給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送高頻正向脈沖，轉(zhuǎn)塔進(jìn)給數(shù)字油缸轉(zhuǎn)塔進(jìn)給數(shù)字油缸3快速前進(jìn)，從數(shù)字油缸內(nèi)快速前進(jìn)，從數(shù)字油缸內(nèi)部的光電編碼器傳遞回來的信號判斷速度是部的光電編碼器傳遞回來的信號判斷速度是否達(dá)到預(yù)定要求，如果速度大于預(yù)定速度則否達(dá)到預(yù)定要求，如果

8、速度大于預(yù)定速度則減小脈沖發(fā)送速度，如果速度小于預(yù)定脈沖減小脈沖發(fā)送速度，如果速度小于預(yù)定脈沖速度則增大脈沖發(fā)送速度。任何時候停止發(fā)速度則增大脈沖發(fā)送速度。任何時候停止發(fā)送脈沖，數(shù)字油缸停止前進(jìn)。送脈沖，數(shù)字油缸停止前進(jìn)。 2.工作進(jìn)給：工作進(jìn)給：通過光電編碼器傳遞回來的脈通過光電編碼器傳遞回來的脈沖信號可以判斷出刀架相對于零點(diǎn)的位移，沖信號可以判斷出刀架相對于零點(diǎn)的位移，當(dāng)達(dá)到快進(jìn)結(jié)束位置后，降低發(fā)送脈沖的速當(dāng)達(dá)到快進(jìn)結(jié)束位置后，降低發(fā)送脈沖的速度，轉(zhuǎn)塔進(jìn)給數(shù)字油缸度，轉(zhuǎn)塔進(jìn)給數(shù)字油缸3低速工進(jìn)。當(dāng)各種條低速工進(jìn)。當(dāng)各種條件發(fā)生變化，運(yùn)動速度和位移沒有達(dá)到預(yù)定件發(fā)生變化，運(yùn)動速度和位移沒有達(dá)

9、到預(yù)定要求時，可以通過閉環(huán)控制的優(yōu)勢完成自動要求時，可以通過閉環(huán)控制的優(yōu)勢完成自動的調(diào)節(jié)發(fā)送脈沖速度和數(shù)量。的調(diào)節(jié)發(fā)送脈沖速度和數(shù)量。 3.微抬：微抬：當(dāng)工作進(jìn)給結(jié)束時，壓觸點(diǎn)開關(guān)，當(dāng)工作進(jìn)給結(jié)束時，壓觸點(diǎn)開關(guān)，使使2DT通電，電磁閥通電，電磁閥7左位工作，夾緊油缸左位工作，夾緊油缸5的上下腔全部接油箱，此時轉(zhuǎn)塔刀架的上下腔全部接油箱，此時轉(zhuǎn)塔刀架6在彈簧在彈簧的作用下微抬，使刀具離開工作表面。的作用下微抬，使刀具離開工作表面。 4.快速退回：快速退回：微抬后壓觸頭開關(guān)，給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送微抬后壓觸頭開關(guān)，給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送反向高頻脈沖，數(shù)字油缸快速退回。使用閉環(huán)控制反向高頻脈沖，數(shù)字油缸快速退回。使

10、用閉環(huán)控制系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定的預(yù)定速度和位移。系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定的預(yù)定速度和位移。 5.抬起：抬起：轉(zhuǎn)塔刀架退回到終點(diǎn)時（即起始位置），轉(zhuǎn)塔刀架退回到終點(diǎn)時（即起始位置），壓終點(diǎn)開關(guān)，使壓終點(diǎn)開關(guān)，使3DT通電，通電，2DT斷電，轉(zhuǎn)塔刀架抬斷電，轉(zhuǎn)塔刀架抬起。這時從油泵起。這時從油泵1閥閥9閥閥8左位左位夾緊液壓缸夾緊液壓缸5下下腔為進(jìn)油路；夾緊液壓缸腔為進(jìn)油路；夾緊液壓缸5上腔油液上腔油液閥閥7右位右位閥閥8左位回油箱。左位回油箱。 6.轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位：轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位：轉(zhuǎn)塔刀架抬起后壓行程開關(guān)使轉(zhuǎn)塔刀架抬起后壓行程開關(guān)使1DT通電，通電，此時進(jìn)油路為油泵此時進(jìn)油路為油泵1閥閥2左位左位轉(zhuǎn)位液壓缸右腔，轉(zhuǎn)位液

11、壓缸右腔，推動活塞齒條左移，經(jīng)轉(zhuǎn)塔刀架下部齒輪及離合器推動活塞齒條左移，經(jīng)轉(zhuǎn)塔刀架下部齒輪及離合器帶動轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位。夾緊油缸帶動轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位。夾緊油缸4左側(cè)油液左側(cè)油液閥閥2左左位位回油箱?；赜拖?。 7.轉(zhuǎn)塔夾緊：轉(zhuǎn)塔夾緊：轉(zhuǎn)位后，活塞桿壓行程開關(guān)，轉(zhuǎn)位后，活塞桿壓行程開關(guān)，使使3DT斷電，壓力油經(jīng)油泵斷電，壓力油經(jīng)油泵1單向閥單向閥9閥閥8右位右位閥閥7右位右位夾緊液壓缸夾緊液壓缸5的上腔而夾緊的上腔而夾緊轉(zhuǎn)塔；夾緊液壓缸轉(zhuǎn)塔；夾緊液壓缸5下腔的油經(jīng)閥下腔的油經(jīng)閥8右位回油右位回油箱。轉(zhuǎn)塔刀架夾緊后，壓行程開關(guān)使箱。轉(zhuǎn)塔刀架夾緊后，壓行程開關(guān)使1DT斷斷電，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸電，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸4的左腔，使活的左腔，使活塞齒條復(fù)位（此時離合器已脫開）。至此一塞齒條復(fù)位（此時離合器已脫開）。至此一次循環(huán)結(jié)束。次循環(huán)結(jié)束。系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)特點(diǎn)： 1.結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)節(jié)少。結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)節(jié)少。通過使用一個數(shù)字缸，可實(shí)通過使用一個數(shù)字缸，可實(shí)現(xiàn)包含傳統(tǒng)的多個滑閥、調(diào)速閥、單向閥、普通油現(xiàn)包含傳統(tǒng)的多個滑閥、調(diào)速閥、單向閥、普通油缸等組成的一個液壓回路系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的所有功能。缸等組成的一個液壓回路系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的所有功能。 2.運(yùn)動規(guī)律易于改變。運(yùn)動規(guī)律易于改變。數(shù)字油缸可以通過改變控制數(shù)字油缸可以通過改變控制程序?qū)崿F(xiàn)其運(yùn)動速度和位移的變化，而傳統(tǒng)液壓回程序