挖掘機(jī)液壓開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服元件

使液壓伺服閥產(chǎn)生動(dòng)作，消除反饋信號(hào)與指令信號(hào)間的誤差，使各液動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)定要求。電液伺服馬達(dá)是可用于開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服元件，它由步進(jìn)電機(jī)和液壓扭矩放大器組成。它可將電氣系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量，經(jīng)功率放大后輸出液壓扭矩，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)嚴(yán)格地按照指令動(dòng)作運(yùn)動(dòng)或進(jìn)行精確定位，所以又稱為電液脈沖馬達(dá)或電液步進(jìn)馬達(dá)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频奶厥怆姍C(jī)。它旋轉(zhuǎn)角度的大小與輸入脈沖信號(hào)的數(shù)目成正比。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與輸入脈沖信號(hào)的頻率成正比。液壓扭矩放大器由伺服閥和液壓馬達(dá)組成。馬達(dá)為斜盤式缸體旋轉(zhuǎn)軸向柱塞馬達(dá)。伺服閥是四邊控制滑閥，閥芯在閥體內(nèi)既能軸向移動(dòng)，又能轉(zhuǎn)動(dòng)。閥芯左端螺紋與螺母配合，螺母兩端有推力軸承。

使它只能被馬達(dá)軸的尾部帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)而不能軸向移動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥芯在左端螺紋的作用下產(chǎn)生軸向位移，打開相應(yīng)的控制閥口，使馬達(dá)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)螺母隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，并使閥芯復(fù)位，關(guān)閉閥口，使馬達(dá)停止。電液伺服馬達(dá)慣性小、反應(yīng)靈敏、輸出扭矩大、運(yùn)動(dòng)精度高、工作可靠，廣泛用于數(shù)控機(jī)床的開環(huán)控制系統(tǒng)。電液伺服缸是用于開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服元件，它由步進(jìn)電機(jī)、伺服閥、液壓缸和反饋機(jī)構(gòu)組成。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)伺服閥芯和精密絲杠旋轉(zhuǎn)一定角度，同時(shí)拖動(dòng)閥芯向左位移，打開四邊滑閥的閥口，使壓力油通入油缸左腔，使活塞向右運(yùn)動(dòng)?；钊ㄟ^絲母、精密絲杠向右推動(dòng)閥芯復(fù)位，切斷油路，使活塞停止運(yùn)動(dòng)，完成一次指令動(dòng)作。一次指令動(dòng)作的脈沖數(shù)目越多。

活塞運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng)，脈沖信號(hào)的頻率越高，活塞運(yùn)動(dòng)的速度越快。電液伺服缸的脈沖當(dāng)量可達(dá)0.01mm/脈沖，精度較高?？芍苯犹峁┩鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，因而在某些情況下比電液伺服馬達(dá)使用方便。液壓伺服系統(tǒng)除了具有一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的共同要求之外，還對(duì)某些特性有特殊的要求。這些特性決定了系統(tǒng)的靈敏度、工作精度、穩(wěn)定性和可靠性。其特性可分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。其靜態(tài)特性是指它的隨動(dòng)速度和負(fù)載不變，系統(tǒng)各參數(shù)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)下能夠保證工作精度的性能。包括靜不靈敏區(qū)、速度增益和剛性系數(shù)三項(xiàng)指標(biāo)。1.靜不靈敏區(qū)伺服閥的控制閥口在某一范圍內(nèi)變化時(shí)，伺服系統(tǒng)沒有輸出運(yùn)動(dòng)，因而引起系統(tǒng)誤差，這一區(qū)域?yàn)殪o不靈敏區(qū)ef。其大小取決于兩個(gè)主要因素。

一是靜摩擦力的影響，二是控制閥口搭合量的影響。另外，機(jī)械的傳動(dòng)間隙和彈性變形也是影響靜不靈敏區(qū)的因素。靜不靈敏區(qū)越小，系統(tǒng)零位時(shí)的誤差越小。2.速度增益當(dāng)載荷為零時(shí)，執(zhí)行元件的隨動(dòng)速度v（或ω）的增量Δv（或Δω）和伺服系統(tǒng)誤差e的增量Δe之間的比值叫作速度增益Cv。速度增益越大，系統(tǒng)的精度就越高，動(dòng)作靈敏，但不夠穩(wěn)定。3.剛性系數(shù)當(dāng)隨動(dòng)速度為零時(shí)，加在系統(tǒng)上的外部載荷為W（或M）的增量ΔW（或ΔM）與伺服系統(tǒng)誤差e的增量Δe之間的比值叫作剛性系數(shù)Cp。剛性系數(shù)越大，系統(tǒng)的剛度就越高。液壓伺服系統(tǒng)的速度增益和剛性系數(shù)與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系數(shù)和供油壓力等因素有關(guān)。油液壓力越高，液壓伺服系統(tǒng)的速度增益和剛度系數(shù)越高。

伺服閥的直徑越大，速度增益越大。增加液動(dòng)機(jī)的有效工作面積能提高剛性系數(shù)，但會(huì)降低速度增益。液動(dòng)機(jī)的靜摩擦力越大，靜不靈敏區(qū)越大。在實(shí)現(xiàn)情況下伺服系統(tǒng)工作既要產(chǎn)生一定的隨動(dòng)速度，又要克服一定的負(fù)載，因此必須同時(shí)反映它們與隨動(dòng)誤差三者之間的關(guān)系才接近實(shí)際情況，因而在研究某些伺服元件時(shí)，常常用速度——負(fù)載特性曲線表示出它的靜特性。這是指它的隨動(dòng)速度或負(fù)載改變地過渡狀態(tài)下保持工作精度和抗振穩(wěn)定性的能力。它主要通過抗振穩(wěn)定性和過渡過程的品質(zhì)來表示。1.抗振穩(wěn)定性這是保證液壓伺服系統(tǒng)正常工作的必不可少的條件。它是指系統(tǒng)改變指令信號(hào)，或發(fā)生干擾失去平衡后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的能力?？拐穹€(wěn)定性好的系統(tǒng)在隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)；

在過渡過程時(shí)能很快地出現(xiàn)新的平衡，并且不引起振動(dòng)；一旦系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，則能夠很快地消除，并迅速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。2.過渡過程的品質(zhì)過渡過程是指伺服系統(tǒng)接受指令信號(hào)或發(fā)生干擾后，由一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的過程。過渡過程的品質(zhì)主要用以下幾個(gè)指標(biāo)表示。最大超調(diào)量：執(zhí)行元件在過渡過程中振蕩環(huán)節(jié)輸出量的幅值與輸入量幅值的最大差值稱為最大超調(diào)量σ。一般超調(diào)量越小，動(dòng)態(tài)品質(zhì)越好。過渡過程時(shí)間：從輸入信號(hào)開始到執(zhí)行元件工作趨于穩(wěn)定所經(jīng)過的時(shí)間稱為過渡過程時(shí)間T。振蕩次數(shù)：一般情況下希望振蕩次數(shù)n在2~3次以下。液壓伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性往往與靜態(tài)特性發(fā)生矛盾。以上各章介紹的液壓元件及系統(tǒng)大致可分為開關(guān)控制和伺服控制兩類。