怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)液壓系統(tǒng)（2）——控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

只有快樂

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1 x: d. k$ J+ U7 b  k      上一個(gè)文章講了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步,，我們首先將主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的參數(shù)要求并用自己的經(jīng)驗(yàn)選出了合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)并且確定了系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)流量?jī)蓚�(gè)重要參數(shù),，但是執(zhí)行機(jī)構(gòu)有了是不夠的,，我們還需要控制機(jī)構(gòu)來(lái)控制他們,，讓他們按照操作者的意圖實(shí)現(xiàn)動(dòng)作,。下面這篇文章就來(lái)談一下控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)。
液壓設(shè)計(jì)的順序
" e$ t$ v! t- `/ ^第一步,，明確主機(jī)提出的要求,，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
9 j" |9 A! U8 I4 G9 C/ U      想看這個(gè)點(diǎn)下面的鏈接：怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)液壓系統(tǒng)
第二步,，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
+ f8 P" v! y! U! p) |: z      液壓系統(tǒng)按照控制方式來(lái)分的話可以簡(jiǎn)單分為兩類：       1.泵控系統(tǒng),；2. 閥控系統(tǒng),。
  k. `) r7 Z# Y1、泵控系統(tǒng)

& i6 R& T' E& N9 h      圖片是一個(gè)比較復(fù)雜的泵控電液伺服速度控制系統(tǒng)圖,，圖片雖然有點(diǎn)復(fù)雜,，但是我們先看一下主系統(tǒng)，這是一個(gè)閉式系統(tǒng)由變量泵帶動(dòng)一個(gè)液壓馬達(dá),。
      這個(gè)主系統(tǒng)就是一個(gè)泵控系統(tǒng),，所謂的容積控制,，執(zhí)行機(jī)構(gòu)（液壓馬達(dá)）的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和速度是通過改變變量泵轉(zhuǎn)向和斜盤擺角來(lái)控制的,，也就是說執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制直接通過油泵來(lái)控制不需要經(jīng)過我們常見的控制閥，圖片上這種閉式系統(tǒng)就是一個(gè)典型的泵控系統(tǒng),。泵控系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)的結(jié)合增加能夠發(fā)揮功率損失小的優(yōu)點(diǎn),。
泵控和閥控是用控制方式來(lái)分類的液壓系統(tǒng)，開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)是按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)分類的,，并不是說泵控只能用于閉式或者閥控只能用于開式,，他們可以互相穿插配合，不過閉式多用泵控開式多用閥控,，這與他們的固有特點(diǎn)和價(jià)格來(lái)決定的,。至于開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的內(nèi)容假如壇友想要了解更多可以看我以前寫過的一個(gè)帖子。為什么選擇閉式系統(tǒng)而不用開式系統(tǒng)
      上面說泵控是容積控制,，通過改變泵輸出的容積也就是流量的大小和方向來(lái)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度大小和運(yùn)動(dòng)方向,。這里又衍生出兩個(gè)方法來(lái)改變泵輸出流量：①使用變量泵改變泵的擺角方向和擺角大小來(lái)控制流量。②改變驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速和方向來(lái)控制,。衍生出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),，變頻電機(jī)控制，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合CAN控制,，這里不展開來(lái)說,，等以后單拿出來(lái)一個(gè)一個(gè)說，展開就太多了,�,？刂品绞接泻芏喾N組合，他們雖然都能夠?qū)崿F(xiàn)同一個(gè)功能但是彼此之間的控制精度,，可靠性,，成本區(qū)別巨大，需要設(shè)計(jì)和根據(jù)主機(jī)的行業(yè)特點(diǎn)來(lái)合理選擇,。
8 Q8 V) S$ h7 C' X0 `      假如是初學(xué)者臨時(shí)被抓壯丁來(lái)搞一個(gè)液壓系統(tǒng)一般不會(huì)接觸到這么多的東西,，你只需要了解有這樣的東西存在就可以了假如真要做的話就需要專業(yè)的供應(yīng)商來(lái)解決了，我一直說最牛的液壓工程師其實(shí)都在液壓原件公司里尤其是液壓閥廠家里,，例如HAWE,Rexroth等,�,！���不禁感慨制造業(yè)還是要看德國(guó)。
      圖片上主系統(tǒng)是一個(gè)泵控閉式系統(tǒng),，但是他又比一般的系統(tǒng)多出一個(gè)閉環(huán)控制,。這里又引出一個(gè)概念，按照電氣自動(dòng)控制方面來(lái)分液壓系統(tǒng)可以做成閉環(huán)控制和開環(huán)控制,，圖片中馬達(dá)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過采集信號(hào)以后反饋給伺服閥進(jìn)而通過伺服油缸來(lái)改變變量泵的擺角最終改變流量來(lái)作用到馬達(dá)上,，形成一個(gè)封閉的反饋控制，這樣的控制精度可以做的比較高并且能夠自動(dòng)補(bǔ)償誤差,。把這一堆自動(dòng)控制砍掉就變成一個(gè)普通的開環(huán)控制,。
9 X" X6 A9 Z- i* Y$ M2 O$ C這個(gè)閉環(huán)控制里面執(zhí)行部分是一個(gè)伺服閥和一個(gè)伺服油缸，油缸的動(dòng)作通過一個(gè)閥來(lái)控制,，這就是接下來(lái)要談的閥控系統(tǒng),。
# m/ m. y; m5 N$ [% C+ e5 z! p4 I 2、閥控系統(tǒng)
% B; l+ t* ~! S  E# x      閥控系統(tǒng)核心就是節(jié)流控制,，相對(duì)于泵控的容積控制在油泵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間多了一個(gè)控制閥,。他的優(yōu)點(diǎn)就是響應(yīng)快，速度穩(wěn)定,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，價(jià)格低。但是也有缺點(diǎn)那就是功率損失大,，發(fā)熱大,，看到“節(jié)流控制”里面的“節(jié)流”二字你就知道閥控的“節(jié)流”損失是這種系統(tǒng)與生俱來(lái)的特點(diǎn)，但閥控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低 這也是為什么現(xiàn)在閥控系統(tǒng)仍然占據(jù)主要市場(chǎng)的原因,。
      閥控系統(tǒng)的幾個(gè)類型：
a,、伺服閥系統(tǒng)
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      圖中是一個(gè)噴嘴擋板式電液伺服閥的典型結(jié)構(gòu)原理圖。伺服閥本質(zhì)上是一個(gè)放大器,，他把接收到的電信號(hào)成比例的轉(zhuǎn)換成液壓能量來(lái)輸出,，完成功率的放大，它是一種電液轉(zhuǎn)換和功率放大元件,。工業(yè)液壓上應(yīng)用比較多,。
5 D- d9 d$ L0 V1 p8 k# p3 ^! |7 a$ v      伺服閥接受電信號(hào)后，力矩馬達(dá)（電磁鐵）推動(dòng)擋板移動(dòng)改變噴嘴兩邊液阻產(chǎn)生液壓力推動(dòng)主閥芯移動(dòng),，閥芯的位移量與力矩馬達(dá)的輸入電流成正比,。這個(gè)控制電信號(hào)可以來(lái)自于閉環(huán)控制這樣就構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，電液伺服閥廣泛地應(yīng)用于電液位置,速度,加速度,力伺服系統(tǒng),以及伺服振動(dòng)發(fā)生器中,。當(dāng)你對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作速度和精度動(dòng)作頻率有高要求的時(shí)候就要考慮用到伺服系統(tǒng),，伺服系統(tǒng)的難度其實(shí)是在帶起控制上，我們液壓工程師根據(jù)樣本完成選型就可以了,，系統(tǒng)最終的特性都要電氣信號(hào)來(lái)控制,，假如你要做一個(gè)這樣的系統(tǒng)一定一開始就拉上一個(gè)搞電氣靠譜的工程師,，我們是液壓工程師是連接電控和機(jī)械部分的橋梁，主機(jī)對(duì)我們提要求,，我們對(duì)電氣提要求,。
' R2 Q' [( C5 @5 ]& A: Zb、負(fù)載敏感閥系統(tǒng)
      行走液壓系統(tǒng)上大量的應(yīng)用,，負(fù)載敏感系統(tǒng)是一種感受系統(tǒng)壓力-流量需求,，且僅提供所需求的流量和壓力的液壓回路。負(fù)載敏感控制系統(tǒng)的功率損耗較低,，效率遠(yuǎn)高于常規(guī)液壓系統(tǒng),。高效率、功率損失小意味著燃料的節(jié)省以及液壓系統(tǒng)較低的發(fā)熱量,。負(fù)載敏感控制技術(shù)本應(yīng)用于構(gòu)造一種未來(lái)的傳動(dòng)及控制系統(tǒng),，其高效的特點(diǎn)使負(fù)載敏感控制成為所有傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的理想設(shè)計(jì)方案,。負(fù)載敏感閥再工程機(jī)械,、煤礦機(jī)械、石油機(jī)械,、海工等大量,，可以用于定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)，控制多路負(fù)載彼此動(dòng)作互不影響,，調(diào)速性好結(jié)構(gòu)緊湊,。他比普通多路閥更加智能可以感受到負(fù)載所需流量和壓力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到按需供油以達(dá)到節(jié)能的目的,。
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      圖示是HAWE負(fù)載敏感多路閥配負(fù)載敏感變量泵的系統(tǒng),，這個(gè)系統(tǒng)在這種開式閥控系統(tǒng)里面基本上做到頭了，負(fù)載敏感閥是德國(guó)HAWE公司壓箱底的東西,，做的確實(shí)好,。見過一個(gè)海工上返修的閥，已經(jīng)用了十年時(shí)間經(jīng)過10年海水的侵蝕表面已經(jīng)銹蝕不堪,，但是清理過后上試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)一切正常,，閥片間連滲油現(xiàn)象都沒有，最終只是換了兩個(gè)新手柄,，再次上艦繼續(xù)為打海盜事業(yè)做貢獻(xiàn),。力士樂也有負(fù)載敏感閥但是多采用鑄造閥體結(jié)構(gòu)太大笨重不好布置，HAWE的閥都是加工件并且模塊化設(shè)計(jì)改造容易,。市場(chǎng)上對(duì)閥后補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感閥也有一定需求,，但是這種閥結(jié)構(gòu)更復(fù)雜維修性差，價(jià)格也高,，除非有特需求例如轉(zhuǎn)向,、制動(dòng)功能面臨流量欠飽和的情況下都可以用閥前補(bǔ)償?shù)摹?/font>

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現(xiàn)在CAN總線閥在工程機(jī)械上應(yīng)用也越來(lái)越多,，引領(lǐng)液壓系統(tǒng)向更加智能化的道路上發(fā)展，CAN總線技術(shù)終極形態(tài)的液壓系統(tǒng)我相信可以做到汽車電氣系統(tǒng)那種可靠性以及自動(dòng)故障檢測(cè)的功能,。附一張圖片大家大概看一下,，這里不展開了。

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c,、普通多路閥,、板式閥、插裝閥

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      這兩種閥用在農(nóng)業(yè)機(jī)械,、市政機(jī)械上比較多,，一般的液壓教材上講液壓系統(tǒng)一般都是用這種閥舉例子，大家應(yīng)該接觸比較多,。這里要注意幾點(diǎn)1.買正規(guī)渠道產(chǎn)品,，市面上假貨太多，防不勝防,。2.這種系統(tǒng)也沒有大家想的那么簡(jiǎn)單,，因?yàn)楫a(chǎn)品本身問題故障比較多，這就是考驗(yàn)工程師的地方,，設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分了解產(chǎn)品和廠家,。3.板式閥一般閥塊不是標(biāo)準(zhǔn)件，找一個(gè)專業(yè)的供應(yīng)商能讓你輕松不少,。

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      插裝閥我一般謹(jǐn)慎態(tài)度,，插裝閥已經(jīng)發(fā)展很成熟了通過不同的組合能夠?qū)崿F(xiàn)你想要的任何功能，特別適合于特種設(shè)備和高度專用的應(yīng)用場(chǎng)合,，空間占用小,，設(shè)計(jì)插裝閥組能夠體現(xiàn)出工程師的水平差別，有一些廠家傾向于使用插裝閥,，雖然我也用過一些閥組,，有一些也是按需要設(shè)計(jì)的新的閥組，但是又一次某一個(gè)急用的產(chǎn)品因一個(gè)閥芯損壞癱瘓以后,，我滿世界找不到的時(shí)候我就發(fā)現(xiàn)是多么被動(dòng)了,，多路閥和板式閥維修是容易的，而插裝閥芯的維修需要更專業(yè)了,。我還是建議大家除非特別專用的部分或者流量特別大的地方用插裝閥,，其他地方還是要慎重。

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      總結(jié)一下,，這篇文章只能是一個(gè)提綱式的概述,，有一些地方不能夠展開說的很詳細(xì)，希望剛開始的液壓設(shè)計(jì)者們能夠了解一下原因控制系統(tǒng)常用的幾種形式，我寫到的東西能夠和您心里構(gòu)思的方案印證一下,，這樣就能夠更高效的開展接下來(lái)的工作,，具體有案例可以大家具體再分析。有一句話魔鬼在細(xì)節(jié)里,，其實(shí)經(jīng)驗(yàn)也是在細(xì)節(jié)里,。

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      液壓系統(tǒng)有了執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)以后就差另外一個(gè)重要組成部分了，那就是——液壓泵站,。下一篇文章就來(lái)講一講液壓泵站的設(shè)計(jì),。

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麥田守望者bj

學(xué)習(xí)了，謝謝

TADDYBOY

搬個(gè)小板凳,，認(rèn)真學(xué)習(xí)

liangquan6

應(yīng)該要對(duì)控制理論有一定的了解,！還要對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有豐富的經(jīng)驗(yàn)

a118376

學(xué)習(xí)了,，謝謝

universal

伺服閥原理講錯(cuò)了,，閥芯的位移量與力矩馬達(dá)的輸入電流不成正比，而是與放大器輸入近似成線性關(guān)系,，閥芯由位移傳感器與放大器構(gòu)成閉環(huán)來(lái)精確控制，也有不帶LVDT的僅靠力反饋桿的,，鈹青銅彈簧管變形稍大就呈非線性,，所以伺服閥僅在零點(diǎn)附近線性稍好一些（不考慮正負(fù)遮掩）。伺服閥的系統(tǒng)不是電氣工程師的事,，反正我沒見過哪個(gè)電氣工程師能搞得定,，起碼傳函就寫不好。

liutx

講得特別細(xì),，好好學(xué)習(xí)下

劉亞曉

講的很好,，可以說是大開眼界，但是對(duì)于我們這種沒有經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn),，只是從工作中學(xué)習(xí)的人看著稍微有點(diǎn)吃力,，整體還好，就是控制系統(tǒng)講的有點(diǎn)復(fù)雜了

wz5122

受教了，好知識(shí),。

hzdfyy

贊一下樓主,，寫的很好,。但對(duì)于初學(xué)者內(nèi)容太深了一些。