1、液压伺服系统是一种以液压为动力的自动控制系统（又称随动系统或跟踪系统），是根据液压原理由液压控制和执行结构所组成的系统，在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律而运动。液压伺服系统除了具有液压传动的各种优点外，还具有体积小、反应快、系统刚度大和控制精度高等优点，因此广泛应用于机床、重型机械、起重机械、汽车、飞机、船舶和军事装备等方面。一一液压伺服系统的工作原理液压伺服系统的工作原理 图9-1-1是一个简单液压伺服系统的原理图。该系统的主要组成元件是滑阀1和液压缸2，阀体与缸体固连。液压泵以恒定的压力Ps向系统供油。当阀芯处于中间位置时，阀口关闭，阀没有流量输出，液压缸不
2、动，系统处于静止状态。若阀芯向右移动一段距离x，则a、b处便有一个相应的开口，压力油经油口b进入液压缸右腔，推动缸体右移，液压缸左腔的油液经油口a流回油箱。由于缸体与阀体钢性固连，因此阀体也跟随缸体一起右移,其结果使阀的开口量xv减小。当缸体位移y等于阀芯位移x时，阀的开口量xv=0，阀的输出量就等于零，液压缸便停止运动，处于一个新的平衡位置上。如果阀芯不断地向右移动，则液压缸酒拖动负载不停地向右移动。如果阀芯反向运动，则液压缸也反向跟随运动。二、二、液压伺服系统的特点液压伺服系统的特点 在伺服系统中，一般称控制元件（控制在伺服系统中，一般称控制元件（控制滑阀等）为控制环节或输入环节，滑阀等）
3、为控制环节或输入环节，加给控制加给控制元件的信号称输入信号元件的信号称输入信号，输入信号的大小称输入信号的大小称为输入量，用为输入量，用x表示表示。执行元件（液压缸等）执行元件（液压缸等）称为执行环节或输出环节，执行元件的位移称为执行环节或输出环节，执行元件的位移变化量（液压缸的位移量）称为输出量，用变化量（液压缸的位移量）称为输出量，用y表示表示。通过对简单液压伺服系统的工作情况分析，可以通过对简单液压伺服系统的工作情况分析，可以看出液压伺服系统有以下几个特点：看出液压伺服系统有以下几个特点：1 1、跟踪跟踪 系统的输出量能够自动地、快速而准系统的输出量能够自动地、快速而准确地复现输入量的变
4、化规律。确地复现输入量的变化规律。2 2、放大放大 移动阀芯所需的力很小，只需要几牛移动阀芯所需的力很小，只需要几牛顿到几十牛顿，但液压缸输出的力却很大，可达顿到几十牛顿，但液压缸输出的力却很大，可达数千到数万牛顿。数千到数万牛顿。3 3、反馈反馈 把输出量的一部分获全部按一定方式把输出量的一部分获全部按一定方式回送到输入端，和输入信号进行比较，这就是反回送到输入端，和输入信号进行比较，这就是反馈。馈。4 4、偏差偏差输入信号与反馈信号的差值称为偏差。输入信号与反馈信号的差值称为偏差。综上所述，液压伺服控制的基本原理是：利用综上所述，液压伺服控制的基本原理是：利用反馈信号与输入信号相比较得出偏
5、差信号，该偏差信反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号，该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小号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，直至偏差等于零或足够小，从而使偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望值相符系统的实际输出与希望值相符.伺服阀的性能与特点伺服阀的性能与特点 由于伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服系统易实现计算机控制，因此在工业自动化设备、航空、航天、冶金和军事装备中得到广泛应用。其缺点是：伺服阀加工工艺复杂，对油液污染敏感，液压伺服系统成本高，维护保养困难等。三、三、液压伺服系统的基本类型液压伺服系统的基
6、本类型液压伺服系统可以从不同的角度加以分类。1.按输出的物理量分类，有位置伺服系统、速度伺服系统、力(或压力)伺服系统等。2.按控制信号分类，有机液伺服系统、电液伺服系统、气液伺服系统。3.按控制元件分类，有阀控系统和泵控系统两大类。在机械设备中以阀控系统应用较多。伺服控制元件是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部伺服控制元件是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用分，它起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。常见常见的液压伺服控制元件有滑阀、射流管阀和喷嘴挡板阀的液压伺服控制元件有滑阀、射流管阀和喷嘴挡板阀等等。根据滑阀控制边数(起控制作用的阀口数)
7、的不同，有单边控制式、双边控制式和四边控制式三种类型的滑阀。如图9-1-3所示为单边滑阀的工作原理。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。来自泵的压力油进入单杆液压缸的有杆腔，通过活塞上小孔a进入无杆腔，压力由Ps降为P1，再通过滑阀唯一的节流边流回油箱。在液压缸不受外负载作用的条件下，。当阀芯根据输入信号往左移动时，开口量xs增大，无杆腔压力P1 减小，于是，缸体向左移动。因为缸体和阀体刚性连接成一个整体，故阀体左移又使xs减小(负反馈)，直至平衡。如图9-1-4 所示为双边滑阀的工作原理。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
8、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。双边滑阀比单边滑阀的调节灵敏度高，工作精度高。如图9-1-5所示为四边滑阀的工作原理。滑阀有四个控制边，开口xs1、xs2分别控制进入液压缸两腔的压力油，开口xs3、xs4分别控制液压缸两腔的回油。当滑阀向左移动时，液压缸左腔的进油口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。与双边滑阀相比，四边滑阀能同时控制液压缸两腔的
9、压力和流量，故调节灵敏度更高，工作精度也更高。由上可知，单边、双边和四边滑阀的控制作用是相同的，均能起到换向和节流作用。控制边数越多，控制质量越好，但其结构工艺性也越差。在通常情况下，四边滑阀多用于度要求较高的系统；单边、双边滑阀用于一般精度系统。滑阀式伺服阀装配精度要求较高，价格较贵，对液压油的污染也较敏感。滑阀在初始平衡的状态下，阀的开口有负开口(xs0、零开口(xs=0)和正开口(xs0)三种形式，如图9-1-6所示。具有零开口的滑阀，其工作精度最高；负开口有较大的不灵敏区，较少采用；具有正开口的滑阀，工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳定性也较差。喷嘴挡板阀有单喷嘴式和双喷嘴式两种，两
10、者的工作原理基本相同。如图9-1-7 所示为双喷嘴挡板阀的工作原理，它主要由挡板1、喷嘴2 和3、固定节流小孔4 和5 等元件组成。如图9-1-8所示为射流管阀的工作原理。射流管阀由射流管1 和接收板2 组成。射流管可绕O 轴左右摆动一个较小的角度，接收板上有两个并列的油孔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，经油孔a、b 进入液压缸两腔。当喷嘴处于两油孔的中间位置时，液压缸左右两腔内油液的压力相等，这时缸不动。当输入信号使射流管绕O轴向左摆动一小角度时，进入孔b 的油液压力就比进入孔a 的油液压力大，这时液压缸向左移动。一一机械手伸缩运动伺服系统机械手伸缩运动
11、伺服系统 一般机械手应包括四个伺服系统，它们分别控制机械手的伸缩、回转、升降和手腕的动作机械手的伸缩、回转、升降和手腕的动作。图9-2-3所示为卧式车床液压仿形刀架工作原理图。仿形刀架是由位置控制机构（液压伺服系统）驱动，按照样件(靠模)的轮廓形状，对工件进行仿形车削加工的装置。用这种方法对工件进行加工时，可先用普通方法加工出一个样件来，然后用这个样件就可以复制出一批零件。1工件；2车刀；3刀架；4导轨；5溜板；6缸体；7阀体；8杠杆；9阀杆；10阀芯；11触销；12样件；13滤油器；14泵电液伺服阀既是电液转换元件，也是功率放大元件，它能将小功率的电信号转换为大功率的液压信号。电液伺服阀具有
12、体积小、结构紧凑、放大倍数大、控制精度高等优点，在电液伺服系统中的得到广泛应用。如图9-3-1 所示是一种典型的电液伺服阀结构原理图。它由电磁和液压两部分组成。电磁部分是一个力矩马达，液压部分是一个两级液压放大器。液压放大器的第一级是双喷嘴挡板阀，称前置放大级；第二级是零开口四边滑阀，称功率放大级。力矩马达主要由一对永久磁铁1、导磁体2和4、衔铁3、线圈5和内部悬置挡板7的弹簧管6 等组成，如图9-3-1 所示。永久磁铁把上下两块导磁体磁化成N 极和S 极，形成一个固定磁场。衔铁和挡板连在一起，由固定在阀坐上的弹簧管支撑，使之位于上下导磁铁中间。挡板下端为一球头，嵌放在滑阀的中间凹槽内。当线圈
13、无电流通过时，力矩马达无力矩输出，挡板处于两喷嘴中间位置。当输入信号电流通过线圈时，衔铁3 被磁化，如果通入的电流使衔铁左端为N极，右端为S极，则根据同性相斥、异性相吸的原理，衔铁向逆时针方向偏转。于是弹簧管弯曲变形，产生相应的反力矩，致使衔铁转过角便停止下来。电流越大，角就越大，两者成正比关系。这样力矩马达就把输入的电信号转换为力矩输出。力矩马达产生的力矩很小，无法操纵滑阀的启闭以产生足够的液压功率，所以要在液压放大器中所以要在液压放大器中进行两级放大，即前置放大和功率进行两级放大，即前置放大和功率放大。前置放大级是一个双喷嘴挡板阀，它主要由挡板7、喷嘴8、固定节流孔10 和滤油器11 组成。功率放大级主要由滑阀9 和挡板下部的反馈弹簧片组成。
