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课_ 题

第十章　液压伺服系统

目的和要求

1.掌握理解液压伺服系统的工作原理、特点；

2. 熟悉液压伺服控制原件及电液伺服阀的原理与用途 ；

3. 能分析一般液压伺服系统的工作原理。

难点

重点

液压伺服系统的特点；

各种液压伺服阀及电液伺服阀的原理及应用；

典型液压伺服系统的工作原理；

组织教学

（包括教学环节，内容提纲，时间分配，教具等）

复习旧课

新课导入

讲授内容：

1、        液压伺服系统的工作原理；

二、液压伺服系统的特点、工作原理及分类；

三、液压伺服控制元件；

四、电液伺服阀；

五、液压伺服系统实例；

教具：课件、实物照片

课外

作业

P197：1、3、5、6、7、9

讲___ 授___ 内___ 容

作业与补充

第一节_ 概述

一、液压伺服系统的工作原理

1.液压仿形刀架工作原理

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图10-1 液压仿形刀架工作原理图

仿形刀架装在车床床鞍后部，随床鞍一起作纵向移动，并按照样件的轮廓形状车削工件；样件安装在床身支架上，是固定不动的。液压泵站则放在车床附近的地面上，与仿形刀架以软管相连。

仿形刀架的活塞杆固定在刀架底座上，液压缸的缸体6、杠杆8、伺服阀体7是和刀架3连在一起的，可在刀架底座的导轨上沿液压缸轴向移动。伺服阀芯10在弹簧的作用下通过阀杆9将杠杆8上的触销11压在样件12上。由液压泵14来的油经滤油器13通入伺服阀的A口，并根据阀芯所在位置经B或C通入液压缸的上腔或下腔，使刀架3和车刀2退离或切入工件1。

车削圆柱面时，溜板沿床身导轨4纵向移动。杠杆触销在样件上水平段滑动，阀口不打开，刀架跟随溜板一起纵向移动，车刀在工件1上车出圆柱面；车削圆锥面时，触销沿样件斜线滑动，杠杆向上方偏摆，带动阀芯上移，阀口打开，压力油进入缸上腔推动缸体连同阀体和刀架后退。阀体后退逐渐关小阀口，直至关闭。触销在样件上不断抬起，刀架也就不断后退运动，运动合成使刀具在工件上车出圆锥面。

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实物照片：

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图10-2 液压仿形刀架速度合成图

其它曲面形状或凸肩都是合成切削的结果。

如图所示，v1、v2和v分别表示溜板带动刀架的纵向运动速度、刀具沿液压缸轴向的运动速度和刀具的实际合成速度。____

二、液压伺服系统特点

_ 1）跟踪：输出跟踪输入

__ _ 2）放大：输出大于输入

__ _ 3）误差：输出滞后输入

__ _ 4）反馈：输出减小输入

图10-3 液压伺服系统工作原理图

三、液压伺服系统分类

1）按输出物理量分类：位置、速度、力伺服系统

__ 2）按信号分类：机液、电液、气液伺服系统

__ 3）按元件分类：阀控系统、泵控系统

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_ 液压伺服系统与电气伺服系统相比有三个优点﹕

　 1）体积小﹐重量轻﹐惯性小﹐可靠性好﹐输出功率大﹔

　 2）快速性好﹔

　 3）刚度大(即输出位移受外负载影响小)﹐定位准确。

　缺点是加工难度高﹐抗污染能力差﹐维护不易﹐成本较高。

四、液压伺服控制的优缺点______

1. 优点：

__ 1)液压元件的功率—重量比和力矩-惯量比大_ 可以组成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性好的伺服系统。__ 2)液压动力元件快速性好，系统响应快。__ 3)液压伺服系统抗负载的刚度大，即输出位移受负载变化的影响小，定位准确，控制精度高。

2. 缺点：

_ 1) 液压元件，特别是精密的液压控制元件(如电液伺服阀)抗污染能力差，对工作油液的清洁度要求高。

2) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。

3) 当液压元件的密封设计、制造相使用维护不当时．容易引起外

漏，造成环境污染。

4) 液压元件制造精度要求高，成本高。

5) 液压能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。

第二节_ 液压伺服控制元件

常见的液压伺服控制元件有控制滑阀、射流管阀和喷嘴挡板阀等。

一、控制滑阀

1. 单边节流滑阀

滑阀控制边的开口量xs控制着液压缸右腔的压力和流量，从而控制液压缸运动的速度和方向。

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图10-4 单边节流滑阀结构示意图

2. 双边节流滑阀

压力油一路直接进入液压缸有杆腔，另一路经滑阀左控制边的开口xs1和液压缸无杆腔相通，并经滑阀右控制边xs2流回油箱。

___ 当滑阀向左移动时，xs1减小，xs2增大，液压缸无杆腔压力p1减小，两腔受力不平衡，缸体向左移动。反之缸体向右移动。

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图10-5 双边节流滑阀结构示意图

3、四边节流滑阀

___ 滑阀有四个控制边，开口xs1、xs2分别控制进入缸两腔的压力油，开口xs3、xs4分别控制液压缸两腔的回油。当滑阀向左移动时，液压缸左腔进油口xs1减小，回油口xs3增大，使p1迅速减小；与此同时，液压缸右腔的进油口xs2增大，回油口xs4减小，使p2迅速增大。这样就使活塞迅速左移。

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图10-6 四边节流滑阀结构示意图

4、三种节流边的对零状态

1）负开口（xs＜0）

有较大的不灵敏区，较少采用（图10-7a）

2）正开口（xs＞0）

工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳定性也较差。（图10-7b）

3）零开口（xs=0）

其工作精度最高，制造工艺性差。（图10-7c）

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图10-7_ 滑阀的不同开口形式

二、射流管阀

射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕Ｏ轴左右摆动一个不大的角度，接收板上有两个并列的接收孔a、b，分别与液压缸两腔相通。压力油从管道进入射流管后从锥形喷嘴射出，经接收孔进入液压缸两腔。

射流管偏向哪个接收孔，油缸相应的工作腔压力提高，缸体就向那个方向运动。

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______________________ 图10-8_ 射流管阀

___________________________ 1-射流管__ 2-接受器

三、喷嘴挡板阀

由挡板1、喷嘴2和3、固定节流小孔4和5等元件组成。挡板和两个喷嘴之间形成两个可变截面的节流缝隙δ1和δ2。当挡板处于中间位置时，两缝隙所形成的液阻相等，两喷嘴腔内的油压相等，缸不动。

当输入信号使挡板向左偏摆时，可变缝隙δ1关小δ2开大p1上升p2下降，缸体向左移动。当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位置时，缸运动停止。

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图10-9_ 喷嘴挡板阀

第三节_ 电液伺服阀

电液伺服阀是电液联合控制的多级伺服元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。它具有控制精度高和放大倍数大等优点，在液压控制系统中得到广泛的应用。在此以一种典型电液伺服阀为例，说明其工作原理。

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图10-10_ 电液伺服阀

一、电液伺服阀的组成

由力矩马达和液压放大器组成。

1.力矩马达组成

由一对永久磁铁1、导磁体2和衔铁3、线圈5和内部悬置挡板 7的弹簧管6等组成 。

2.液压放大器组成

l        ●_ 前置放大器_ 前置放大级是一个双喷嘴-挡板阀，它主要由挡板7、 喷嘴8、节流孔10和滤油器11组成。

l        ●_ 功率放大级_ 功率放大级主要由滑阀9和挡板下部__ 的反馈弹簧片组成。

二、电液伺服阀工作原理

1.力矩马达工作原理

__ 磁铁把导磁体磁化成N、S极，形成磁场。

___ 线圈无电流时，力矩马达无力矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当输入电流通过线圈使衔铁3左端被磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时针偏转。弹簧管弯曲产生反力，使衔铁转过θ角。电流越大θ角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。

2.前置放大级工作原理

压力油经滤油器和节流孔流到滑阀左、右两端油腔和两喷嘴腔，由喷嘴喷出，经阀9中部流回油箱力矩马达无输出信号时，挡板不动，滑阀两端压力相等。当矩马达有信号输出时，挡板偏转，两喷嘴与挡板之间的间隙不等，致使滑阀两端压力不等，推动阀芯移动。

3.功率放大级工作原理

当前置放大级有压差信号使滑阀阀芯移动时，主油路被接通。滑阀位移后的开度正比于力矩马达的输入电流，则阀的输出流量和输入电流成正比；当输入电流反向时，输出流量也反向。滑阀移动同时，挡板下端的小球亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。

第四节 液压伺服系统实例

实例一_ 机械手伸缩运动伺服系统

___ 包括四个伺服系统，分别控制机械手的伸缩、回转、升降和手腕的动作。以伸缩伺服系统为例，介绍其工作原理。

一、组成

___ 主要由电液伺服阀1、液压缸2、活塞杆带动的机械手臂3、齿轮齿条机构4、电位器5、步进电机6和放大器7等元件组成。

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图10-11_ 机械手伸缩电液伺服工作原理图

二、工作原理

___ 步进电机将数控部分的脉冲信号转换成相应的转角θi，动触头偏离电位器中位，产生微弱电压u1，经放大后再输入电液伺服阀1的控制线圈u2 ，产生一定的开口量。时压力油以流量q流经阀的开口进入缸左腔，缸右腔油经伺服阀回油箱，活塞连同机械手手臂一起向右移动。当电位器中位和触头重合时，输出电压为零，阀口关闭，手臂移动停止。当数控装置发反向脉冲时，步进电机逆时针转动，手臂缩回。

实例二_ 纸带张力控制系统

图示的纸带张力控制系统中，2为牵引辊，8为加载装置，它们使纸带具有一定的张力。由于张力可能有波动，为此在转向辊4的轴承上设置力传感器5，以检测纸张张力，并用伺服液压缸1带动浮动辊6来调节张力。当实测张力与要求张力有偏差时，偏差电压经放大器9放大后得电液伺服阀7有输出活塞带动浮动辊6调节纸带的张紧程度以减少其偏差，所以这是力控制系统。

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图10-12_ 纸带张力电液伺服控制原理图