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项目八 认识液压伺服系统
教学目标
1.了解液压伺服系统的分类和组成。
2.了解液压伺服系统的工作原理。
二、课时分配
本章共3个任务，本章安排9课时。
三、教学重点
通过本章的学习，能了解液压伺服阀的分类和结构并且了解液压伺服系统的工作原理。
教学难点
1.了解典型液压伺服系统的组成。
2.了解典型液压伺服系统的工作原理。
五、课后作业
完成课后习题。
教学过程和组织
任务一 认识液压伺服系统
知识储备
一、液压伺服系统的发展历史
在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置已开始应用。
在第二次世界大战期间及以后，由于军事需要，特别是武器和飞行器控制系统的需要，以及液压伺服系统本身具有响应快、精度高、功率/重量比大等优点，其理论研究和实际应用取得了很大的进展。目前，液压伺服控制系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面。
二、液压伺服系统的工作原理及组成
1．工作原理
向右给阀芯一个输入量xi时，滑阀移动某一开口量xv，压力油进入缸右腔，缸左腔回油，缸体右移，输出位移x滑阀和液压缸组合成一个整体。
系统中，移动阀芯所需要的信号功率是很小的，而系统的输出功率（液压缸输出的速度和力）却可以达到很大，因此这是一个功率放大装置。
本系统中，反馈介质是机械连接，称为机械反馈，又称为机—液伺服系统。
液压伺服控制的基本原理就是液压流体动力的反馈控制，即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符
　液压伺服系统的组成
（1）指令元件（又称输入元件）。
给出与被控制对象所希望的运动规律相对应的指令信号（输入信号），加在系统中的输入端指令元件可以使机械装置如凸轮、连杆、模版等，给出位移信号；也可以使电气元件如电位计、程序装置等，给出电压信号。
（2）比较元件。
用来比较输入信号和反馈信号，并将它们的差值作为偏差信号输送给后面的元件。
（3）放大转换元件（液压功率放大器）。
将偏差信号放大并转换成液压信号，并控制执行元件的动作，如伺服放大器、液压控制阀、电液伺服阀等。
（4）液压执行元件。
驱动控制对象动作的液压元件，通常指液压缸或液压马达。
（5）检测反馈元件。
检测系统输出量，将其转换成与输入信号具有相同形式的反馈信号，并回输给比较元件。
（6）控制对象。
被控制的机械设备，即负载，它接受液压伺服系统的控制，并输出被控制量。
三、液压伺服系统分类
1．按输入信号变化规律分类
可分为定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统三类。
2．按偏差信号的产生和传递方式不同分类
可分为机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统三类。
机液伺服系统的给定、反馈和比较环节均采用机械构件实现，结构简单可靠，但偏差的校正和系统增益的调定困难，机构中的摩擦会影响系统的性能。
电液伺服系统中，误差的检测、校正和放大都采用电气、电子元件，具有很大的灵活性和广泛的适应性，是目前控制精度最优的伺服系统。
气液伺服系统的检测和放大都采用气动元件，测量灵敏度高，工作可靠，但需要专门的气源装置。
3．按输出物理量分类
可分为位置伺服系统、速度伺服系统和力（或压力）伺服系统等。
4．按系统输出信号是否反馈分类
可分为闭环控制系统和开环控制系统。
5．按不同控制元件分类
可分为滑阀式、射流管式、喷嘴挡板式和转阀式等。
以上几种分类方法是从不同角度考虑的，它们实际上可能指的是同一个系统。如阀控式电液伺服位置控制系统。
四、液压伺服系统的基本特点
与普通的液压系统相比，液压伺服系统具有以下特点：
（1）它是一个自动跟踪系统（或跟随系统）：输出量自动地跟随输入量变化规律而变化。
（2）它是一个误差控制系统：系统的输出信号和输入信号之间存在偏差是液压伺服系统工作的必要条件，也可以说液压伺服系统是靠偏差信号进行工作的。
（3）它是一个负反馈闭环系统：被控对象（或执行元件）产生的运动量（输出量）必须经检测反馈元件回输到比较元件，力图抵消使被控制对象（或执行元件）产生运动的输入信号，即力图使偏差信号减小到零，从而形成一个负反馈闭环系统。
（4）它是一个信号放大系统：系统输出信号功率是系统输入信号功率的数倍甚至数千倍。
（5）与普通液压系统相比，尽管同样有液压泵（能源）、液压马达或液压缸（执行元件）和控制元件，但控制调节的精度要求更高。
任务实施
一、训练内容
在实训教师的指导下，仔细观察实训设备，认识和了解各部分结构组成；做好设备使用前的准备工作；使用设备；设备使用后正确维护保养。
二、训练设备
YL381C型液压实训装置1台／组。
三、训练步骤
（一）系统回路连接与调试
Step　1
根据图82液压伺服系统原理图连接液压传动系统，并仔细检查回路连接情况。
Step　2
打开电源，启动液压泵，观察运行情况，对使用中遇到的问题进行分析和解决。
Step　3
根据工况要求操纵各手动阀，观察系统的动作情况是否正确，速度调节是否正常，制动是否迅速。
Step　4
经老师检查评价后，关闭电源，拆下管线，将元件放回原来位置。
Step　5
对训练过程中取得的数据和观察到的现象进行分析总结，并得出结论。
（二）系统故障分析和排除
Step　1
根据图82液压伺服系统原理图，分析液压系统中各元件在系统中的作用。
Step　2
根据液压传动系统原理图，分析压力故障可能是由哪些元件引起的。
Step　3
根据液压传动系统原理图，分析执行元件运动方向故障可能是由哪些元件引起的。
Step　4
根据液压传动系统原理图，分析执行运动速度故障可能是由哪些元件引起的。
Step　5
用排除法找出故障并排除。
Step　6
对训练过程中取得的数据和观察到的现象进行分析总结，得出结论。
Step　7
完成任务后，经老师检查评价，关闭电源，拆下管线，将元件放回原来位置。
任务二 认识常用液压伺服阀
知识储备
一、滑阀
滑阀通常有单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀。它们的作用相同，都起换向和节流作用。
二、喷嘴挡板阀
如图所示为双喷嘴式挡板阀。喷嘴与挡板间的间隙δ1和δ2构成两个可变节流口，当挡板处于中间位置时，δ1=δ2，液阻相等，P1=P2，液压缸不动，压力油经小孔4和5，缝隙δ1和δ2流回油箱。挡板左偏摆，δ1减小，δ2增大，P1上升，P2下降，液压缸左移。
三、电液伺服阀
当无电流信号输入时，力矩马达无输出，与衔铁5固定在一起的挡板9处于中位，主滑阀芯处于中位。
任务实施
一、训练内容
在实训教师的指导下，仔细观察实训设备，认识和了解各部分结构组成；做好设备使用前的准备工作；使用设备；设备使用后正确维护保养。
二、训练设备
YL381C型液压实训装置1台／组。
三、训练步骤
（一）系统回路连接与调试
Step　1
安装伺服阀前对液压系统进行彻底清洗。
新安装液压系统管路或更换原有管路时，推荐按下列步骤进行清洗：
（1）在管路预装后进行拆卸、酸洗、磷化。
（2）然后在组装后进行管路的冲洗。
管路冲洗时，不应装上伺服阀，可在安装伺服阀的安装座上装一冲洗板。如果系统本身允许的话，也可装一换向阀，这样工作管路和执行元件可被同时清洗。Step　2
伺服阀的安装。
（1）伺服阀安装座表面粗糙度值应小于Ra1.6，表面不平度应不大于0.025mm。
（2）不允许用磁性材料制造安装座，伺服阀周围也不允许有明显的磁场干扰。
（3）伺服阀安装工作环境应保持清洁，安装面应无污粒附着。清洁时应使用无绒布或专用纸张。
（4）进口油和回油口不要接错，特别是当供油压力达到或超过20MPa时。
（5）检查底面各油口的密封圈是否齐全。
（6）每个线圈的最大电流不要超过2倍额定电流。
（7）油箱应密封，并尽量选用不锈钢板材。油箱上应装有加油及空气过滤用滤清器。
（8）禁止使用麻线、胶黏剂和密封带作为密封材料。
（9）伺服阀的冲洗板应在安装前拆下，并保存起来，以备将来维修时使用。
（10）对于长期工作的液压系统，应选较大容量的滤油器。
Step　3
伺服阀的维修保护。
（1）在条件许可的情况下，应定期检查工作液的污染度。
（2）应建立新油是“脏油”的概念，如果在油箱中注入10%以上的新油液，即应换上冲洗板，启动油源，清洗24h以上，然后更换或清洗滤油器，再卸下冲洗板，换上伺服阀。
（3）系统换油时，在注入新油前应彻底清洗油箱，换上冲洗板，通过5～10μm的滤油器向油箱注入新油。启动油源，冲洗24h以上，然后更换或清洗滤油器，完成管路、油箱的再次清洗。
（4）伺服阀在使用过程中出现堵塞等故障现象，不具备专业知识及设备的使用者不得擅自分解伺服阀，用户可按说明书的规定更换滤油器。
（5）如条件许可，伺服阀需定期返回生产单位清洗、调整。
（6）使用条件好的油源，保持相对较好的油质，可以较长时间不换油，这对系统可靠运行是有好处的。
（7）切忌让铁磁物质长期与马达壳体相接触，防止马达跑磁，跑磁严重时伺服阀甚至不能工作，轻则影响伺服阀零位和输出。
（8）除非外部有机械调零装置，否则不要擅自拆伺服阀去调零。因为伺服阀是精密液压元件，调试离不开实验台，离不开专用工装夹具。
（9）伺服阀本身带有保护滤器，更换滤器的方法最好接受厂方的指导。
（10）伺服阀的装卸，增加了一次油源受污染的机会，所以千万要注意干净，这是最重要的保养要求。
任务三 液压伺服系统实例
知识储备
一、车床液压仿形装置
图所示为卧式车床液压仿形刀架简图。
仿形刀架安装在车床溜板6上面，工作时随溜板作纵向移动。样件Ⅰ安装在床身后侧固定不动。液压缸的活塞杆固定在刀架的底座上，液压缸体、阀体和刀架8连成一体，可在刀架底座的导轨上沿液压缸轴向移动。
二、机械手伸缩液压伺服系统
机械手应能按要求完成一系列动作，包括伸缩、回转、升降、手腕动作等。现仅以伸缩运动伺服系统为例，介绍其工作原理，其他动作原理均相同。
图所示系统主要由放大器1、电液伺服阀2、液压缸3、机械手手臂4、齿轮齿条机构5、电位器6和步进电动机7等元件组成。指令信号由步进电动机发出。
三、汽车转向液压助力器
大型载重卡车广泛采用液压助力器，以减轻司机的体力劳动。这种液压助力器是一种位置控制的液压伺服机构。
图所示是转向液压助力器简图，它主要由液压缸和控制滑阀两部分组成。液压缸活塞1的右端通过铰销固定在汽车底盘上，液压缸缸体2和控制滑阀阀体连在一起形成负反馈，由方向盘5通过摆杆4控制滑阀阀芯3的移动。当缸体2前后移动时，通过转向连杆机构6等控制车轮偏转，从而操纵汽车转向。当阀芯3处于图示位置时，各阀口均关闭，缸体2固定不动，汽车保持直线运动。当旋转方向盘，假设使阀芯3向右移动时，液压缸中压力P1减小，P2增大，缸体也向右移动，带动转向连杆6向逆时针方向摆动，使车轮向左偏转，实现左转弯；反之，缸体若向左移就可实现右转弯。
四、数控机床液压伺服系统
图所示是常见的开环数控机床液压伺服系统原理简图。图中元件3和6是电液步进马达，它是由步进电动机和液压扭矩放大器组合而成。步进电动机也称脉冲电动机，它能把数控装置发出的脉冲信号转变成机械角位移。
五、液压伺服系统主要优缺点
1．液压伺服系统的优点
（1）承载能力大。
（2）响应速度快。
（3）控制精度高。
2．液压伺服系统的缺点
（1）液压元件特别是精密的控制元件　（如电液伺服阀）抗油污能力差，对工作油液的清洁度要求高。
（2）液体的体积弹性模量随温度和混入油中的空气含量而变。
（3）使用不当，容易引起外漏，造成环境污染。
（4）液压元件制造精度要求高，成本较高。
任务实施
一、训练内容
在实训教师的指导下，仔细观察实训设备，认识和了解各部分结构组成；做好设备使用前的准备工作；使用设备；设备使用后正确维护保养。
二、训练设备
CK6136数控车床1台。
三、训练步骤
Step　1
识别数控机床液压伺服系统的各个组成部分，并分析其工作原理。
Step　2
打开电源，启动数控机床设备，观察设备运行情况，对使用中遇到的问题进行分析和解决。
Step　3
根据工况要求操纵各手动阀，观察系统的动作情况是否正确，速度调节是否正常，制动是否迅速。
Step　4
经老师检查评价后，关闭电源，整理设备和维护保养。
Step　5
对训练过程中得到的数据和观察到的现象进行分析总结，并得出结论。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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