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电液比例技术5 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电液比例控制系统的基本类型电液比例控制系统的基本类型电液比例压力控制系统电液比例速度控制系统电液比例方向流量控制系统电液比例位置控制系统25-15-1电液比例压力控制系统及电液比例压力控制系统及应用实例应用实例一、开环比例压力控制系统一、开环比例压力控制系统1、无级压力控制系统、无级压力控制系统1)、采用比例溢流阀如图5-1所示,当普通溢流阀换成比例溢流阀后,系统即可获得无级的压力控制。3 2)、采用普通压力阀当用普通压力阀实现多级压力控制时，一般需用较多的元件。其中，数字4式压力控制回路可用较少的元件获得较多的压力分级。如图5-2所示回路，就可以获得从0.53.5MPa的7种压力分级。53)、两种回路的比较、两种回路的比较、数字式多级压力控制回路广泛应用于注塑机、压铸机等液压机械；、若有n组先导溢流阀与电磁阀，则可获得2n-1级压力；、由图也可以看出，当需要多级压力控制时，采用比例压力控制，可以大大简化液压回路，并且使压力转换平稳；、图5-3a所示是溢流阀多级调压回路的特性曲线；6897由图可知：由于压力变换是采用电磁阀瞬时切换，所以要产生一定的压力冲击，其升压时间t1和降压时间t2由所采用的溢流阀性能决定，在使用中无法加以调节和控制。78、图5-3b所示是比例溢流阀的特性曲线。由图可知：压力转换过程平稳，压力上升和下降时间可利用比例放大器的斜坡函数来进行调节和控制；可以针对不同的负载工况，使系统的压力转换达到既快速又平稳的目的；采用比例控制后，只要输入相应的模拟电量，就可以获得按特定变化规律的无级压力控制，为随动控制和优化控制打下了基础。792、比例减压系统、比例减压系统1)、功能：减压回路是利用同一泵源获得不同压力的供油回路，而且也是使二次压力保持恒定，产生保压作用的理想回路。2)、采用普通减压阀的系统普通的减压阀在长期工作中容易发生液压卡紧现象，尤其在高压系统中更为严重，因而在一般系统中应用较少103)、采用比例减压阀的系统由于比例减压阀的比例电磁铁中加有颤振信号，因而不会产生液压卡紧现象，为比例减压回路的应用创造了条件。11图5-4是双动薄板冲压液压机压边缸的保压回路。图图5-412、简介简介双动冲压液压机是冲压汽车覆盖零件的大型设备。在冲压形状不对称零件时，要求四角四个压边缸的压力具有不同的数值。由于板料被压边的面积随着拉伸行程而不断减小，因而也要求压边力随主滑块拉伸行程的增加而减少。、系统的配置系统的配置如采用比例溢流阀来实现上述要求，则需要配置四套泵组。13现采用比例减压阀来实现上述功能，只需配置一套泵组，大大简化了系统。、分析、分析由于压边缸在保压状态下工作，所以流过减压阀的流量很小。如采用直控式二通减压阀，由于流过减压阀的流量小于最小控制流量，比例阀将不能保持其控制性能，所以在用于保压工况时，应采用三通型比例减压阀或先导型比例减压阀。14三通型比例减压阀不管油缸需要的流量是多少，阀内自身有一个旁通流道，自动保持着最小控制流量的流动，因而即使油缸为零流量甚至负流量的情况下，也能保持良好的控制性能。15二、闭环压力控制系统二、闭环压力控制系统 对系统工作压力进行闭环控制，可以抑制由环境变化和外来干扰所引起的影响，大大提高压力控制的精确度和稳定性。功能功能16 图5-5是一台压制陶瓷制品液压机的液压系统简图。实例实例19图图5-5171、技术要求、技术要求1)、压机的最大压力是1600 KN；2)2)、工作时压机首先将模具闭合，作用在模具上的予压力不得超过工艺总压力（即泥釉作用在模腔的撑开力）的15%，否则会损坏模具；3)3)、但也不得小于此值，以保证在工作过程中，即使泥釉作用在模腔的撑开力等某些条件有所变化时，也能保证良好的合模状态；184)4)、合模后，开始将60%水加40%的泥釉注入模型；5)5)、在注入过程中，要求压机逐渐增加压力，以平衡泥釉作用在模腔的撑开力，使模具始终保持原有的予压力不变；、液压控制系统的设计、液压控制系统的设计在压机系统中，在主缸上腔设置了一个比例溢流阀；在模腔中设置了压力传感器。将测得的泥釉压力，经过换算反馈到比例阀，形成闭环控制；1719随着模腔压力的增加，使主缸压力相应的增加，从而保持模具间的予紧力不变。205-2 5-2 电液比例速度控制系统电液比例速度控制系统及应用实例及应用实例21一、实现工作过程快速而平稳的一、实现工作过程快速而平稳的开环速度控制系统开环速度控制系统尽可能地提高运行速度以提高生产率，是所有液压机械的共同要求。在开关控制回路中，由于起动和制动的过程不能控制，常常产生较大的冲击，限制了速度的进一步提高，特别对于大惯量系统，矛盾更为突出。22 液压电梯是一个利用液压驱 动的垂直运输工具，液压原理图如图5-6所示。例例 如如2425265231、说明：、说明：1)、比例复合阀3的作用比例复合阀是一带先导压力阀的比例溢流节流阀；控制柱塞向上运动的速度；采用比例溢流节流阀可使液压泵的输出压力与负载相适应，从而达到节能的效果；先导压力阀可以控制柱塞突然停止时所产生的液压冲击。23242)、比例复合阀4的作用比例复合阀4是一个带手动应急下降先导阀的二通调速阀；由于下降时泵停止工作，靠轿箱自重下落，是单纯的速度控制问题，所以不必采用如阀3一样的溢流节流调速阀；手动应急下降阀的作用是，当遇到意外事故时，可以手动操作，使轿箱平稳的回到原始位置。23253)、消声器6的作用 可以减少流量脉动和噪声。4)、限速切断阀5的作用限速切断阀5的作用是，万一管道破裂时，不使轿箱超速下降造成事故。2、轿箱的运行速度、轿箱的运行速度轿箱的运行速度如图5-7所示2326 1)、轿箱运行的加、减速度一般需大于0.5m/s，以满足快速性的要求，但最高不能超过1.2m/s，以满足乘坐舒适的要求；5-7272)、为了保证平层精度，平层速度大致为额定速度的10%。由于采用了比例调速阀进行速度控制，可以对轿箱的加、减速度进行精确的控制，达到快速、平稳和节能的要求。结论结论28图5-8是注塑机压力、流量控制系统。二、实现工作速度精确控制的闭环速二、实现工作速度精确控制的闭环速度控制系统度控制系统295-8301、系统的特点、系统的特点1)、采用插装阀集成块，具有体积小，流量大，效率高的特点。2)、控制块能满足各个工况对速度及压力的不同要求。3)、该控制块是一种容积式分级调速和节流式无级调速的混合系统。在大范围无级节流调速的过程中，通过泵1,2的切换，可大幅度降低溢流损失，从而大大的提高系统的效率。312、注塑机注射速度的大小对制品质量、注塑机注射速度的大小对制品质量的影响的影响1)、当注塑速度过低时：制品易形成冷接缝，而且也不易充满复杂的型腔。特别是对于结晶型塑料薄壁制品，表现更为突出。2)、当注射速度过高时：熔融塑料高速流经喷嘴，易产生大量的摩擦热，会使塑料热分解和变色。同时模腔内气体来不及排出，在制品中形成气泡。323)、注射速度分三段控制：为了得到优质制品，注射速度可按注射充模行程、工艺条件、模具结构及制品的要求分三段控制：、慢、慢快快慢：慢：有利于充模过程中模腔内气体的排出；细长型蕊的定位；减少制品的内应力。、慢、慢快：快：用于成型厚壁制品；33可避免产生气泡；提高制品外表面的质量。、快、快慢：慢：用于成型薄壁制品；可减小制品的内应力；提高制品尺寸和几何形状精度。4)、注射过程所要求的速度曲线由于注射速度对产品质量有较大的影响，所以很多注塑机对注射速度都采用闭环的过程控制，为此必须在螺杆上装设位移传感器，以便获得位移和速度的反馈信号。34图5-9是注射过程所要求的速度曲线。5-935在工作前首先存入控制器中，在注射过程中位移传感器的反馈信号经A/D转换后送入控制器，经运算后获得螺杆的运动速度。该实际速度值与预先存在控制器内的设定值相比较，并将差值经D/A转换后输出到比例放大器，通过比例节流阀开口的变化，调节液压缸的速度，使其按设定速度曲线运行。365-3 5-3 电液比例方向流量控制电液比例方向流量控制系统及应用实例系统及应用实例37一、冶金厂运输车液压系统一、冶金厂运输车液压系统冶金厂中有很多大型器件需要运转，如转炉衬壁易于磨损，必须经常进行更换。为此必须将转炉运送到炉衬壁检修处。运输车的液压原理图如图5-10所示。3840415-10391、技术要求、技术要求车子加转炉的总重量可达120t，装车后的高度达9m；车子运动速度为15m/min，用四个液压马达传动，车子起动与停止的加（减）速都必须精确的无级可调，不能出现冲击现象；车子停止的位置精度为30mm。对于这么重的车辆，如没有精确的速度控制，这个要求也是很难达到的。39402、运输车液压系统的工作原理、运输车液压系统的工作原理运输车采用比例方向阀1来控制，在通道A、B上都装有出口压力补偿阀2，以补偿轨道摩擦等负载变化的影响。压力阀3的功能是调节压力补偿阀2所控制的阀口压差。该压差愈大，阀2的通流能力愈大。阀4为安全阀，分别控制液压马达两端的最高压力。3941单向阀5的作用是，当运输车停止时，由于惯性的作用有少量前冲，液压马达的一边由阀4排出少量油液，另一边则由单向阀补油。如没有这单向阀，液压马达的这一边将产生吸空，使溶介于油液中的空气析出，破坏液压马达的正常工作。42二、造纸厂堆垛机液压系统二、造纸厂堆垛机液压系统图5-11所示堆垛机是一种垂直起重设备。444546431 1、由于下降制动时在液压缸活塞杆腔会产生增压作用，所以必须设置支承阀3。阀3是截止型支承阀，在停止工况时能无泄漏的关闭，使活塞能可靠地停止在某个位置。2 2、当活塞下降时，由上缸的压力将其开启，其阀口的节流程度随运动部分的重量不同而不同。因而其下降速度决定于上缸的供油量，完全受比例阀1的控制，如产生自重超速下降的情况，则上缸的压力降低，阀3的开口就减少，节流作用加强，使活塞又回复到规定的速度。43443 3、进口压力补偿阀 2和梭阀4配合，可使液压缸在上、下运动时，比例阀进、出油口的的压差都维持恒定，从而减少了能量损失，并提高了比例阀的分辨率。4 4、在这种存在负载的系统里，如没有支承阀3，就不能用梭阀4取得上、下运动双向压力补偿。因为下降减速时，下腔油液压力将有可能超过上腔，所以压力补偿阀2的弹簧腔引入的将不再是液压缸上腔的压力，而是通过梭阀4引入了下腔压力。43455 5、由于下腔压力高于比例阀的进口压力，因而压力补偿阀2全开，失去了正确的压力补偿作用。6 6、解决的办法可将阀2弹簧腔的控制油直接连到比例阀B口，取消梭阀4，以避免下腔压力的干扰。但这样一来，液压缸回程时就没有压力补偿作用了。并且在液压缸下行减速时，由于液压缸上腔的压力很低，使阀2的开口极小，在强烈节流的情况下，会使气体析出，产生气蚀作用。4346 由此可见，在这种工况下应该采用支承阀和进油路压力补偿器的方案。47三、升降平台液压系统三、升降平台液压系统图5-12 为用比例方向阀控制的升降平台液压系统。48图5-125051491 1、上升行程段使用三通进口压力补偿器3，不仅使比例方向阀阀口保持1MPa的恒定压差，使运动速度不随负载变化而变化，而且具有压力适应特性，系统效率较高；2 2、系统还配置了出口截止型压力补偿器2，当平台自重下降时，使比例阀阀口压差也保持恒定，并且在停止时得到可靠的支承；3 3、先导压力阀4可限制泵的最高压力；4 4、先导压力阀5可以调节比例方向阀阀口的压差；49505 5、电磁先导阀6可使泵卸荷以节约能量；6 6、阀7是电磁球阀，当平台静止和下降时，泵停止运转，以节省能量。7 7、阀1和2所需的控制压力、由平台自重所产生的压力，通过阀4来提供。49515-4 5-4 电液比例位置控制系统电液比例位置控制系统及应用实例及应用实例52一、实现位置精确控制的闭一、实现位置精确控制的闭环控制系统环控制系统很多液压机械都需要精确的位置控制，以获得精密的工件或完成精细的工作要求。图5-13是汽轮机进气阀位置控制系统。53图图5-135556541 1、该系统由两位四通比例方向阀进行控制，由于比例阀阀芯的位置与输入电流成比例。因而该阀除了控制液压缸换向外，还可以通过阀口开启的大小，实现节流调速。由于阀芯可以停留在任意中间位置，该阀除了图示两个位置可控制缸向前或向后运动外，还有一个中间位置，P、O、A、B口全相通，相当于H型的中位机能，可使缸停止运动。2 2、当输入信号为零时，缸处于右端，使气轮机进气阀关闭。当给定某一信号后，5455缸逐渐向左移动，使进气阀打开。同时位移传感器发出的信号反馈至控制器，与给定信号相比较，当达到给定值时，控制缸停止运动。这时进气阀打开至相应的某一开度。3 3、由于在位置闭环控制系统中，位移传感器的精度直接影响位置控制精度。所以在这种系统中常常采用精度较高的数字式位移传感器，如感应同步器、光栅、磁栅或光电主轴脉冲发生器等。54561、位置同步控制系统的特点、位置同步控制系统的特点1)、采用普通液压元件采用普通液压元件构成的同步系统，由于精度较底，通常不能满足要求。2)、采用比例控制技术采用比例控制技术，可以廉价而高质量地解决同步控制问题。二、实现位置同步的控制系统二、实现位置同步的控制系统57 图5-14是一个采用两个比例调速阀的同步控制系统。5960图图5-14582、位置同步控制系统的工作原理、位置同步控制系统的工作原理1)、两个比例调速阀都给定同样的电流，控制左、右两缸的输入流量使之相等，以保证压机横梁同步运行，调节比例阀的给定值可以调节压机运行的速度，若不装横梁偏斜量反馈机构，则该系统是一个开环同步控制系统。该系统的同步控制精度决定于比例调速阀的等流量特性和液压缸泄漏量的大小。2)2)、其同步控制精度可达每米0.5mm左右。58593)3)、若加上钢带式横梁偏斜量测量机构3，则可构成闭环同步控制系统，横梁偏斜测量机构3的钢带末端带有位移传感器4。4)4)、当横梁同步下行时，虽然钢带由右滚轮下端转移到左滚轮上端。但由于横梁左、右两端下行的距离相同，因而位移传感器4维持在零位不变，不输出信号电压。5)5)、当横梁左、右两端不能同步运行时，则位移传感器4按照横梁偏斜的情况将输出不同的电压信号。此电压信号将被反5860 馈到比例阀2的比例放大器，并相应地控制比例阀2的输出流量，从而纠正横梁产生的偏斜。3 3、位置同步控制系统的控制精度、位置同步控制系统的控制精度 闭环同步控制系统的同步控制精度可达每米0.2mm，即压机台面长若为10m，则工作时在台面两端测得的同步偏差，将不超过2mm。61 三、实现同步和位置精确控制三、实现同步和位置精确控制的电液系统的电液系统图5-15所示为折弯机电液控制系统626465631 1、该系统采用以同一台电机驱动的双定量泵传动，以此获得初步的同步，并且使两个液压缸各具有独立的传动系统。这样可避免单泵传动时，在偏心负载情况下，由于两缸压力差所引起的节流损失。2 2、比例溢流阀1用来控制系统压力，因而板料的折弯力可以得到精确的控制。3 3、比例方向阀2用来控制缸的运动。由于比例阀的开口可以随意控制，因而可使压机整个工作过程既快速而又平稳。63644 4、折弯机滑块两边分别装有高精度光栅位移传感器其分辩率为0.005mm。加上微机控制器，组成了一个高精度的位置控制系统。5 5、由于位移传感器分别测得滑块两侧的位移值，将这两个位移值进行比较后对比例阀进行控制，就可获得高精度的同步控制，其同步精度和位置控制精度均可达到0.01mm。6365在电液比例控制系统中，大量采用简单的开环控制方式，但液压机械一般都希望有尽可能高的定位精度。因而应尽可能的提高开环比例系统的位置精度。有些液压机械，如液压升降机械，液压运输机械及一些在高温恶劣环境下工作的液压机械，不适合采用位置闭环控制。也要用提高开环控制系统的位置精度，来获得正确的定位。四、开环电液比例位置控制系四、开环电液比例位置控制系统中提高位置精度的方法统中提高位置精度的方法661、采用预制动方式来提高位置控制精度、采用预制动方式来提高位置控制精度当液压活塞以V1的速度向前运动时，在达到终点开关E时，便发出停止信号，控制比例阀使活塞停止运动。为了使停止平稳，在比例放大器中设置了斜坡函数，斜坡时间可通过电位器加以调节，这样活塞就停止在S1点上，如图5-16所示。67图图5-1668由于终点开关的位置和比例放大器的斜坡时间都是事先调定的固定值，所以当活塞运动速度改变时，活塞的定位点将发生变化。如图5-16所示，速度变为V2时，停止点将变为S2。69图图5-1770如图5-17所示，用同一终端开关，随着活塞速度的不同，采用不同的斜坡函数。或采用同一个斜坡函数，但随着活塞速度的不同采用不同位置的终端开关，都可以获得相同的停止点。但这两种方法都首先要检测活塞的速度，然后再按速度的大小自动选择斜坡函数或终端开关位置，这对于简单的开环控制系统是难以做到，或是不经济的。在开环控制的条件下，采用预制动的办法可以大大提高定位精度。如图5-18所示。71图图5-1872不管活塞以什么样的速度运动，当达到E1点后，首先将其减速到一个较小的速度V3然后在E2点再发出信号使其停止。这样，只要低速段有足够的时间，活塞虽以不同的速度运动，在同样的斜坡时间下，也可以停止在同一点s3。这种方法的缺点是，减速、停止过程需要较多的时间。低速运动的时间，除了考虑速度变化范围以外，还要考虑补偿各种因素所引起的变化，以保证准确的停止在s3点。732、采用模拟式接近开关提高定位精度、采用模拟式接近开关提高定位精度在开环控制系统中，采用模拟式接近开关代替开关式行程开关，可以达到行程制动的目的，使活塞在不同的速度下停止于同一设定点。如图5-19所示。74图图5-1975接近开关的特点是，它所发出的电压信号同档块与接近开关间的距离有关，随着挡块靠近开关，它的输出电压信号相应地减少，该输出信号通过放大和处理后，去控制比例阀。这样，随着不同的活塞运动速度，接近开关将发出不同的斜坡信号，使活塞能停止在同一个接近开关的安装点上。763、提高阀口压差并正确选择斜坡函数、提高阀口压差并正确选择斜坡函数阀口压差的变化将使活塞运动速度产生变化，从而影响定位精度。由于比例阀一般在低阀口压差下工作，因而当温度变化时，系统管道内的压力损失发生的变化，将直接影响阀口压差。适当提高阀口压差，可使这部分影响相对变得较小。采用负载压力补偿，使阀口压差恒定，可以避免这方面的影响。但在运动速度较高的场合，如V1m/s时，以及加、减速过程较快。要求比例阀有较77高的动态响应时，系统中不宜配置负载压力补偿器。因为负载压力补偿器的响应较慢，会影响系统的快速性。在选择加、减速斜坡时间时，除了要考虑活塞能迅速而平稳的停止外，还要考虑为比例阀阀芯的转换留下足够的时间，这个时间可在比例阀的样本中查得。一般希望最小斜坡时间要大于二倍比例阀阶跃响应时间。78所有内容已全部讲完！所有内容已全部讲完！所有内容已全部讲完！所有内容已全部讲完！79