液壓與氣壓傳動課件第9章1-2節(jié)

1、液壓與氣壓傳動第4版 二0一九年九月二十九日液壓與氣壓傳動第4版 二0一九年九月二十九日第九章 液壓伺服系統(tǒng)及其他液壓技術的應用 第一節(jié) 液壓仿形刀架的工作原理 第二節(jié) 液壓伺服系統(tǒng)基本形式及實例 第三節(jié) 其他液壓技術及應用 小結第九章 液壓伺服系統(tǒng)及其他液壓技術的應用 第一節(jié) 液壓 伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的一種重要類型。它除了具有液壓傳動的各種優(yōu)點外，還有反應快，系統(tǒng)剛性大、伺服精度高等特點，所以它在機床中獲得了廣泛的應用。第一節(jié) 液壓仿形刀架的工作原理 一、車床仿形刀架液壓伺服系統(tǒng)的工作原理 在車床上，利用液壓仿形刀架可以仿照樣件（或樣板）的形狀自動加工出多臺肩的軸類零件或曲線輪廓的旋轉表

2、面，從而大大提高勞動生產(chǎn)率和減輕勞動強度。 圖9-1表示一個裝在臥式車上的液壓仿形刀架的原理圖。仿形刀架裝在車床溜板箱后部，隨溜板箱一起作縱向移動，并按照樣件的輪廓形狀車削工件，樣件7安裝在床身支架上，是固定不動的，液壓泵站放在車床附近的地面上，與仿形刀架以軟管相連。 伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的一種重要類型。它除 仿行刀架工作時，壓力油從液壓泵9經(jīng)過濾器10通入伺服閥的通道f并分兩路；一路不經(jīng)節(jié)流進入油路a至液壓缸前腔A，所以液壓缸前腔A的油壓始終等于液壓泵的供油壓力p1 , 在工作過程中是不變的；另一路經(jīng)節(jié)流縫隙1至環(huán)槽b進入油路c至液壓缸后腔B，同時壓力油從環(huán)槽b經(jīng)節(jié)流縫隙2進入油路e而回油

3、箱?？梢钥闯觯簤焊缀笄籅一方面通過縫隙1 和進油相通，另一方面又通過縫隙 和油路相通。因此，液壓缸后腔B中的壓力p2 ，就由節(jié)流縫隙1和2的比例來決定。圖9-1 車床液壓仿形刀架原理 仿形刀架的活塞桿2固定在刀架的底座上，液壓缸的缸體連同刀架1可在刀架底座的導軌上沿液壓缸的軸向移動?？刂苹y11的一端有彈簧5，經(jīng)桿4使觸頭6經(jīng)常壓緊在樣件7上。 仿行刀架工作時，壓力油從液壓泵9經(jīng)過濾器10通入伺服 車削圓柱面時，觸頭6沿樣件7的圓柱表面滑動，這時滑閥11不動，節(jié)流縫隙1和2保持某一比例關系，使得液壓缸后腔B中壓力油的作用力能和液壓缸前腔A中壓力油的作用力以及車刀13處沿液壓缸軸向的切削分力互

4、相平衡。 作用力的平衡關系可以用下式來表示。 p1 A1=p2 A2+F 這時,仿形刀架處于相對平衡狀態(tài),由溜板箱帶動仿形刀架作縱向進給,車出圓柱面。如圖9-2中所示的a點。 車削圓柱面時，觸頭6沿樣件7的圓柱表面滑動，這時滑閥1 車臺肩時，當觸頭6碰到樣件7上的凸肩時，觸頭6就繞本身的支點3抬起，并經(jīng)桿4向右上方拉動滑閥11，使節(jié)流縫隙1增大，2減小，于是液壓缸后腔中的油壓增大，破壞了原來的平衡，液壓缸的缸體連同刀架1帶動車刀13后退，這時溜板箱的縱向進給運動速度縱 和仿行刀架帶動車刀13的后退運動速度仿 所形成的合成運動速度合，就使車刀車出工件的臺肩部分，見圖9-2中的b點。因此，一般作為

5、附件的仿行刀架的液壓缸軸線，多與主軸中心線安裝成4560的斜角，目的就是為了可以車削直角的肩部。圖9-2 進給運動合成示意圖 車臺肩時，當觸頭6碰到樣件7上的凸肩時，觸頭6就繞本 當液壓缸的缸體后退時，帶動觸頭6的支點3后退，同時通過桿4也拉滑閥11作較小的后退。這樣，當觸頭只抬起了一小段距離時，在液壓缸的缸體也跟著后退同樣一小段距離后，就使節(jié)流縫隙1和2恢復到原來的大小，仿行刀架又處于平衡狀態(tài)。在車臺肩時，由于樣件7的凸肩不斷將觸頭6抬起使節(jié)流縫隙1增大，2減小，是平衡狀態(tài)連續(xù)受到破壞，所以液壓缸的缸體連同刀架也就帶動車刀13不斷后退，跟隨觸頭作隨動運動。因此，仿形過程就是不平衡和恢復平衡的

6、不斷互相轉化的過程。 當液壓缸的缸體后退時，帶動觸頭6的支點3后退，同時通過 二、液壓伺服系統(tǒng)的特點 通過對車床液壓仿形刀架的工作情況分析，可以看出液壓伺服系統(tǒng)有以下幾個特點： 1）液壓伺服系統(tǒng)是一個跟蹤系統(tǒng)。 2）液壓伺服系統(tǒng)是一個力放大系統(tǒng)。 3）液壓伺服系統(tǒng)是一個反饋系統(tǒng)。 4）液壓伺服系統(tǒng)是一個誤差系統(tǒng)。 仿形刀架液壓伺服系統(tǒng)的工作過程可用圖9-3所示的工作原理方框圖來表示。 二、液壓伺服系統(tǒng)的特點第二節(jié) 液壓伺服系統(tǒng)基本形式及實例 一、液壓伺服系統(tǒng)的基本形式 液壓伺服系統(tǒng)按拖動裝置的控制方式和控制元件的形式分為：節(jié)流式（閥控制式）和容積式（變量泵控制或變量馬達控制）兩大類。在節(jié)流式液

7、壓伺服系統(tǒng)中，主要的控制元件是伺服閥或電液伺服閥。 這里主要介紹閥控式的滑閥式、射流式、噴嘴檔板式三種常的基本類型。 1.滑閥式液壓伺服系統(tǒng) 根據(jù)滑閥上控制的邊數(shù)（即起控制作用的閥口數(shù)）的不同，這種系統(tǒng)又分為單邊滑閥控制式、雙邊滑閥控制式和四邊滑閥控制式三種。 單邊滑閥式液壓伺服系統(tǒng)的簡圖如圖9-4所示。控制滑閥只有一個閥邊起控制液流的作用。在前面圖9-1所示系統(tǒng)中,控制滑閥11有兩個閥邊起控制液流的作用,這種系統(tǒng)稱為雙邊滑閥式液壓伺服系統(tǒng)。第二節(jié) 液壓伺服系統(tǒng)基本形式及實例 一、液壓伺服系統(tǒng) 四邊滑閥式液壓伺服系統(tǒng)的簡圖如圖9-5所示。它的工作原理與雙邊滑閥式也類似，不過液壓缸的兩個油腔都分

8、別由滑閥上的四個閥邊1、2、3和4來控制，同時液壓缸兩腔的有效工作面積是相等的。圖9-5 四邊滑閥式液壓伺服系統(tǒng)簡圖 由上述可見，單邊、雙邊、四邊滑閥的控制作用是相同的。單邊式、雙邊式用以控制差動連接的液壓缸，四邊式既可用來控制差動連接的液壓缸，也可用來控制非差動連接的液壓缸。從控制質量上看，控制邊數(shù)越多越好，但從結構工藝上看，控制邊數(shù)越少越容易制造。一般來說，四邊式控制用于精度和穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)。 根據(jù)滑閥在平衡狀態(tài)時閥口初始開口量的不同可分為正開口量、零開口量、重疊量三種類型，如圖9-6所示。 四邊滑閥式液壓伺服系統(tǒng)的簡圖如圖9-5 四邊滑閥式 圖9-6 滑閥閥口的幾種類型 2.射流管

9、式液壓伺服系統(tǒng) 射流管式液壓伺服系統(tǒng)的工作原理如圖9-7所示。它由射流管3、接受板2和液壓缸1等組成。射流管可繞垂直于圖面的軸線0向左右擺動一不大的角度接受板上有兩個并列的接受孔道a和b，分別與液壓缸的兩腔相通。壓力油從通道c輸入射流管內，并從射流管端部的錐形噴嘴射出，油液在經(jīng)過錐形噴嘴時速度提高，當油液進入接受孔道后，由于通流面積擴大，又使高速運動油液的動能轉變成油液的壓力能，用以推動液壓缸工作。 圖9-6 滑閥閥口的幾種類型 2.射 射流管式液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是： 結構簡單、元件加工精度要求低；射流管出口處面積大，抗污染能力強，能適應惡劣的工作條件下工作；射流管上沒有不平衡的徑向力，不會產(chǎn)

10、“卡緊”現(xiàn)象。 3.噴嘴擋板式液壓伺服系統(tǒng) 噴嘴擋板式液壓伺服系統(tǒng)的工作原理如圖9-8所示。它由固定節(jié)流孔a、中間油室b、噴嘴1及擋板2等組成。噴嘴和擋板共同組成了一個可變截面的節(jié)流裝置。中間油室b與執(zhí)行元件的工作油腔相連通。 噴嘴擋板式液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是“結構簡單，運動部分慣性小，位移小，反應快，精度和靈敏度高，加工要求低，沒有徑向不平衡力，不會發(fā)生“卡緊”現(xiàn)象，因而工作較可靠。圖9-8 噴嘴擋板式液壓伺服系統(tǒng)的工作原理 射流管式液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是： 結構簡單、元 二、液壓伺服系統(tǒng)實例 1.電液壓伺服閥的工作原理 電液伺服閥的工作原理如圖9-9所示。它由電磁和液壓兩部分組成。 （1）電磁

11、部分 電磁部分由永久磁鐵1、兩個導磁體9、線圈8和銜鐵2等組成。它的作用是把輸入的電信號轉變成力矩，使銜鐵偏轉，以便控制液壓部分，一般稱它為力矩馬達。如圖9-10所示。圖9-9 電液伺服閥的工作原理圖9-10 力矩馬達的磁通變化 二、液壓伺服系統(tǒng)實例圖9-9 電液伺服閥的工作原理 （2）液壓部分 液壓部分是一個兩級放大器，第一級是噴嘴擋板式，稱為前置放大級；第二級是四邊滑閥式，稱為功率放大級。 當無電流信號輸入時，力矩馬達無力矩輸出，與銜鐵2固定在一起的擋板5處于中位，主滑閥閥芯亦處于中（零）位。液壓泵輸出的油壓泵輸出的油液以壓力p進入主滑閥閥口，因閥芯兩端臺肩將閥口關閉，油液不能進入e,c口

12、，但經(jīng)固定節(jié)流孔g分別引到噴嘴4，經(jīng)噴射后，液流流回油箱。由于擋板處于中位，兩噴嘴與擋板的間隙相等，因而油液流經(jīng)噴嘴的液阻相等，則噴嘴前的壓力pa與pb相等，主滑閥閥芯兩端壓力相等，閥芯處于中位。無電流信號輸入時：銜鐵處在中位滑閥處在中位 （2）液壓部分 液壓部分是一個兩級放大器，第一級是噴 若有控制電流輸入時，控制線圈中將產(chǎn)生磁通，使銜鐵上產(chǎn)生磁力矩。當磁力矩為順時針方向時，銜鐵將連同擋板一起繞彈簧管中的支點順時針偏轉。圖中左噴嘴與擋板的間隙減小，右噴嘴7與擋板的間隙增大，即壓力pa增大，pb減小，主滑閥閥芯向右運動，p與c相通、e與d相通。在主滑閥閥芯向右運動的同時，通過擋板下端的扭軸3的

13、反饋作用使擋板逆時針方向偏轉，使左噴嘴的間隙增大，右噴嘴的間隙減小，于是壓力pa減小，pb增大。磁力矩為順時針方向時 若有控制電流輸入時，控制線圈中將產(chǎn)生磁通，使銜鐵上產(chǎn) 當主滑閥閥芯向右移到某一位置，又兩端壓力差(pa-pb)形成的液壓力通過反饋扭軸作用在擋板上的力矩，噴嘴液流壓力作用在擋板上的力矩以及扭軸的反力矩之和與力矩馬達產(chǎn)生的電磁力矩相等時，主滑閥閥芯受力平衡，穩(wěn)定在一定的開口下工作。 顯然，改變控制電流的大小，形成比例的調節(jié)電磁力矩，從而得到不通的主閥開口大小。若改變輸入電流的方向，主滑閥閥芯反向位移，實現(xiàn)液流的反向控制。改變輸入電流的方向，主滑閥閥芯反向位移，實現(xiàn)液流的反向控制。

14、 當主滑閥閥芯向右移到某一位置，又兩端壓力差(pa-p 2.汽車轉向液壓助力器 在大型載貨汽車中，為了減輕駕駛員操作方向盤的體力勞動，提高汽車的轉向靈活性，常采用轉向液壓助力器。圖9-11是轉向液壓助力器的工作原理圖。轉向液壓助力器主要由液壓缸和控制滑閥兩部分組成。液壓缸活塞1的右端通過鉸鏈固定在汽車車架上，液壓缸缸體2和控制滑閥閥體連在一起，形成負反饋，由方向盤5通過擺桿4控制滑閥閥芯3移動。圖9-11 轉向液壓助力器的工作原理圖 2.汽車轉向液壓助力器圖9-11 轉向液壓助力器的 當缸體前后移動時，通過轉向梯形機構6等控制車輪向左或向右偏轉，從而操縱汽車轉向?？刂苹y的閥芯和閥體做成負開口。當閥芯3處于圖示位置時，因液壓缸左、右腔油液被封閉，因此缸體固定不動，汽車保持直線運動。滑閥閥芯的這一相應位置通常