电液控制系统基础知识培训.ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third Level,Fourth Level,Click to edit Master title style,*,Electro-hydraulic Proportional System Basic knowledge Training,10/25/2008,2,主要内容,一、,电液比例的概念和构成,二、负载敏感和压力补偿的区别,三、抗流量饱和液压系统的分析,四、比例放大器简介,五、实际电液控制系统的应用,（,900,斗轮式挖泥船，塔带机，水面清漂船、转向器试验台,）,3,电液比例技术的概念和构成,电液比例控制系统是联系微电子技术与工程功率系统的接口，其核心部分是利用流体作为工作介质来实现能量传递和控制的流体传动及控制技术,凡是系统的输出量，如压力、流量、位移、转速、速度、力、力矩等，能随输入控制信号连续成比例得到控制的，都可以称为比例控制系统。,电液比例控制系统的技术构成如下,指令及,放大部件,电,-,机械转换器,液压转换,及放大器件,液压动力源,液压执行器件,控制对象,检测及反馈器件,检测及,反馈器件,电反馈,机械,液压反馈,4,放大器的构成及调整,调整,1,、初始检查,2,、零位调整,3,、灵敏度调整,4,、斜坡调整,通常，对比例放大器而言，除零位（初始设定值）、灵明度（,Pmax,，,Qmax,）和斜坡时间可在现场进行必要的调整外，其他诸如颤振信号幅值、频率、调节器参数等在出厂时均已调整好，不应再现场再次调整，以免引起故障,根据电,机械转换器的类别和受控对象的不同技术，比例放大器的原理、构成和参数各不相同而且随着电子技术的发展，它的元件、线路和结构也是在不断改善的。它一般由电源、输入接口、信号处理、调节器、牵制放大级、功率放大级、测量放大电路等部分组成。,5,负载敏感,-,负荷敏感,-,负荷传感,负载敏感,是一种有关节能型液压系统的新概念,.,负载敏感,指系统能自动地将负载所需压力或流量变化的信号,传到敏感控制阀或泵变量控制机构的敏感腔,使其压力参量发生变化,(,这功能就是所谓负载敏感,或称负荷感知,负荷传感,),从而调整供油单元的运行状态,使其几乎仅向系统提供负载所需要的液压功率,(,压力与流量的乘积,),最大限度地减少压力与流量两项相关损失,.,负载敏感是从基本原理角度,对这种系统的称呼,.,而从其达到的实际工程效果角度,常称为负载适应,负载匹配或功率匹配,有时直称节能系统,.,由上也可看出,负载敏感是个系统问题,而不单是个控制阀的问题,;,其技术含量,主要在油源及相应的控制部分,只在大闭环系统中,才牵涉到液动机部分,.,实施负载适应节能,具体说来,是提高原动机利用效益,减小系统发热,达到机械设备结构紧凑和节能的目的,.,6,负载补偿,1,、负载补偿,是流量控制阀范围的一个技术问题,.,它要解决的问题是,在负载压力大幅度变化,(,主要干扰,),和,/,或油源压力波动,(,次要干扰,),时,通过流量阀的流量能保持其调定值不变,.,传统的办法就是在节流口的两端加上压力补偿器,2,、负载压力补偿控制,是通过消耗一部分能量,来换取工作节流阀口的压差基本不变,(,如前所述,负载敏感是为了节能,).,其工程实际,就是在节流阀,(,单个节流阀,方向节流阀,-,方向阀,多个并联的方向节流阀,-,多路阀,),的基础上,加上压力补偿器,使其成为调速阀,.,3,、传统的所谓机液压力补偿机理,则有两种基本的压力补偿器,-,串联于主油路的二通压力补偿器（减压型，补偿器为一定差减压阀）,并联于主油路的三通压力补偿器（溢流型，补偿器为一定差溢流阀）,.,这两种补偿器,其工程实际应用上有重要的差别,.,3.1,、三通压力补偿器多置于,(,节流器,-,节流阀口,方向节流阀口,多路,(,方向节流,),阀阀口,),进口,(,油源与节流器之间,),而二通压力补偿器,既可置于进口,也可在出口,(,节流器与负载之间,).,3.2,、通常情况下,配置二通压力补偿器的系统,为定压系统,.,负载变化时,补偿器保持节流器前后压差不变,克服负载而多余的或大或小的压差,都消耗在补偿器的补偿阀口上,.-,二通补偿器只能起到负载压力补偿作用,.,3.3,、三通压力补偿器的特点在于,在保持节流器阀口压差不变的情况下,总是使泵出口压力实时地比负载压力高出一个定压差,-,补偿器阀口压差,.,从而达到了负载适应,!,7,LSC,系统抗饱和特性的简要分析,1,、负载适应功能 负载敏感泵所能适应的是当时负载压力最高联的压力，即,P1,Pmax=P1,此压差是一个定值，数值上等于变量泵敏感阀弹簧力,F1,所对应的压力值，即,P1,Pmax=F1,式中,F1,实际上应为,F1/A,A,为阀心的截面积；考虑到,A,为常数，不影响原理性分析，在式中略去。,2,、负载补偿功能 希望稳定的多路阀各联压差为,P,P1,P2,而在正常情况下,P2,Pmax=F2,此值就是当时时刻负载压力最高联补偿器的补偿压差，由此在正常情况下,P,P1,P2,F1,F2,3,、非负载压力最高联的负载补偿功能，由于各联进口均为,P1,，而,P,P1,P2,F1,F2,又相等（多路阀各联的,F2,应该是相同的所以各联补偿器两端的总压降不相等，负载低的总压降大，负载高的就小。相比之下，多余的压降就依靠进一步关小补偿器工作阀口，增加压力损失使液体发热而消耗掉。对于负载压力最高联，从补偿阀心受力平衡方程，可得补偿阀口的压降就是,F2,P2A,PmaxA=F2 P2,Pmax=F2,对于非最高联，,P,补,=P2,P=F2+,（,PMAX,P,）,4,、负载压力,P,变化对流量的影响 当,P,Pmax,时，,P2=P+P,补 负载压力,P,增大的瞬间，,P2,增大补偿阀心原有的平衡被打破，阀心向补偿阀口开大方向移动，,P,补下降，使,P2,回落，阀心运动到新的平衡位置，此时的,P2,值与,P,变化前的,P2,值相等，回到,P,P1,P2,F1,F2,当,Pmax,变化时，就回到前述的负载适应功能。,5,、当,Q,系统,Q,泵时的抗饱和特性 出现这种情况时的重要特点是，泵出口压力,P1,的降低，,P1,Pmax=F1=P1,的等式不复存在，节流阀口压差,P,P1,P2F1,F2,由图可见，泵的出口压力从,P1,下降到,P11,后，节流阀口压差,P1,P11,P2=P11,Pmax,F2=P11,（,Pmax+F2,）,式中（,Pmax+F2,）是个常数,可见，,P1,虽然随着,P11,的变化而变化，但由于各联的,P1,都相等（对各联而言，式中,P11,、,Pmax,、,F2,三项都相等），所以各联通过流量，由于仅与节流口开度有关而保持原来（相对于未出现流量饱和）的比例不变。,8,抗饱和多路阀的工作原理,不论主阀芯是向左还是向右移位，,P,口的压力油总是先经过节流阀口进入,W,流道。如向左移，则进入,W,流道的油液经过减压阀后，顶开右边的单向阀,3(,此时,PB,油道容腔被阀芯封闭,),而进入右侧,P,流道，进而经过右侧,PA,流道与,A,流道之间业已开启的通道（此地不是控制流量的阀口），流往,A,负载；,当主阀芯右移时，进入,W,流道的压力油经过减压阀之后，顶开左面的单向阀,3,而进入左侧,PB,流道；此时，右侧,P,流道通向,A,流道的,PA,容腔被主阀芯封闭，经右单向阀进入的油液无出路；,这里的两个主要结构原理特点是：,第一，,P-A,与,P-B,两个方向的可控节流口在一个凸台上；第二，从补 偿原理上看，属于先节流后减压，并随时将各联中的最高压力自动选择为 负载敏感压力，同时作用于各联的减压阀端面上；,油路原理图,在换向阀的,a,、,b,控制油口没有控制油时，换向阀处于中位，,P,、,A,、,B,、,T 4,个油口互不相通。此时，补偿阀在,LS,油压作用下（当其他换向阀联工作时）处于左位。,控制口,a,或,b,来控制油压时（例如,a,来控制油），阀芯位移量即,P,至,W,间的轴向开口与控制油压成比例；进入,W,的油液推动补偿阀芯移动（注：由于补偿阀芯上下油压作用面积相等，加上,LS,是当时各联的最高压力，人们担心补偿阀芯不会移动。但由于补偿阀芯无机械限位，进入,W,的油液基本就是,P,口压力，且是有源的，如不移动，将使,W,压力升高，直至打开），补偿阀成中间位，油液经过补偿阀进入,PA,腔后，进一步经过,PA,与,A,之间的阀口，进入负载,A,（注：符号图中最右边的,P-W,是控制阀口，其余一对是换向通口）。,如果在运行期间，负载,A,的压力为同时动作的多路阀各联（换向阀）中最高，则补偿阀转换成右位（图中阀芯进一步上移），,A,口的压力油成为同时进入各补偿器敏感腔的,LS,信号。,9,900,斗轮式挖泥船简介,1,、为适应大江大河的疏浚要求，自行设计制造了,900,斗轮式挖泥船，并对液压系统采用了插装式结构，电液比例控制，满足了挖泥船在各种环境下的作业要求。,2,、工作原理：,2.1,、,900,斗轮式挖泥船有水下挖掘机具斗轮，船内离心式泥浆泵，台车定位桩和固定定位桩，三台甲板绞车及船体组成。,2.2,、挖泥船工作时，安装在吸泥管入口处的旋转式斗轮在液压马达的驱动下旋转，不断的切割和挖掘水下土层，形成泥沙和水的混合体后，再经过吸泥管的吸入口抽吸入安置在机舱内的离心式泥泵，最后将其较高浓度的泥浆通过管道输送到排泥场。,2.3,、斗轮式挖泥船载工作时，在每个挖泥位置，挖泥船依靠抛在挖泥区两侧的边锚，通过设置在甲板上的绞车收放缆，实现挖泥船的左右摆动，从而完成一个扇形开挖面，其摆动中心既台车定位桩。当每挖完一个扇面后，设置在船舱内的液压系统驱动台车液压缸顶推台车定位桩，从而使船体向前移动一段距离，实现了开挖工作面的前移。当台车液压缸行程走完后，放下船尾右舷副定位桩，提升台车定位桩使之脱离土层，随后驱动台车液压缸收回复位，在落下台车上的定位桩，提升副桩脱离土层，这样又可从复上述挖泥动作。,3,、液压系统,本液压系统有两个双联叶片泵，合流集成阀块，主副定位桩集成阀块，台车移动集成阀块，斗轮升降集成阀块，船首左右横溢集成阀块，以及两个定位桩提升柱塞液压缸，台车移动液压缸，三台绞车驱动液压马达，驱动斗轮的低速大扭矩液压马达和冷却器滤油器等组成。,10,900,斗轮式挖泥船外形图和参数,1,）船体主要参数,总长,33.00m,船长,25.00m,型宽,7.50m,型深,1.80m,吃水,1.25m,最大挖深,10.00m,吸排泥管直径,410mm,适航区 内河,A,级,泥泵驱动柴油机,型号,CAT3412E,功率,485kw,转速,1800r.p.m,辅助柴油机（驱动液压泵）,型号,CAT3406,功率,225kw,转速,1800r.p.m,11,船首横移控制集成阀块原理图,船首的控制实现的是一种基于双液压马达的速度、张力复合控制：一是速度控制，即要控制好收缆液压马达的速度，二是为了使船首横移运动平稳，不受外来因素影响，要对放缆液压马达进行压力控制，使挖泥船在一个合适的放缆张力作用下得以平稳运动,12,混凝土浇筑设备,-,塔带机简介,塔带机是一种将皮带运输机及塔式起重机有机结合在一起的大型设备，它通过长达数千米的输送带，将混凝土等物料直接输送到施工现场，并利用塔机控制回转半径壹佰米的皮带直接进行浇筑，每小时供料强度为280方；作为塔机工况时，最大起升力矩为2400吨米。塔带机是大型水电等类似工程施工中不可或缺的高效施工设备,13,混凝土浇筑设备,-,塔带机主提升系统,14,水面清漂船,（1）,通过柴油发动机和液压系统驱动，风冷，最大转速2600,RPM，,最大输出功率61.9千瓦，存油量114公升。（2）液压系统：双联齿轮泵,（3）推进系统：2个液压驱动的变速螺旋桨独立前后推动，可原地360度旋转。螺旋桨可提升，以便船只行驶于浅水地带。（4）三体拼装船体设计，不但行驶平稳，还能利用水流将漂浮物推至收集传送带，既有效又简便。另设有多个隔水舱，增加船体浮力。甲板设有去水和防滑功能。（5）推进、传送和提升等功能为全液压驱动。（6）“,UMI”,可灵活变动的存储传送系统，传送和储物集于一体,15,水面清漂船液压原理图,16,现有工程试验台测控系统的组成,PC Labview,软件,DAQ Card,操作按钮,PLC,压力传感器,流量传感器,转速,/,转矩传感器,温度传感器,显示,仪表,显示,仪表,显示,仪表,比例控制阀,限位、报警开关,开关控制阀,显示,仪表,MMI,17,转向器工程试验台液压原图分析,链接到转向器试验台液压原理图,18,液压测试系统的理论基础,液压测试是一门集传感器、仪器、仪表、数据处理、试验技术及试验标准等学科内容为一体的综合技术，需要以下学科知识作为基础；,工程流体力学,1,、流体静力学方程；,2,、流量连续方程；,3,、柏努利方程,液压元件,1,、泵和马达；,2,、液压缸；,3,、各种控制阀；,4,、辅助元件,液压系统,1,、各种液压回路；,2,、阀控系统的分析；,3,、液压系统设计计算,自动控制基础,1,、机电系统传递函数；,2,、时域分析；,3,、频域分析；,4,、系统的校正,传感器原理及技术,电子电路,PLC,编程,PC,上位机数据采集和控制系统,19,附录：压力公式,一封闭容腔中压力为,P,时体积为,V,的液体，压力加大为,P+,P,时,体积为,V-V。,油液的 压缩性用压缩系数,k，,即在单位压力变化下的体积相对变化量来表示,油液的压缩率(压缩系数)：,一般考虑到由于压力增大时体积减小，因此上式右边需加一负号，以使压缩系数为正,在实际运行的液压系统中,，,V,的含义，从,“,压力区(压力容腔)油液总变化量,”,拓展为,”流进与流出压力区（压力容腔）液流流量之差”。由于流量为,V/,T,，,所以液压系统中压力容腔压力的基本公式应为,式中，,P,在,T,时间内压力容腔压力的变化值,V,L,在,T,时间内流进与流出压力容腔（压力区）液流流量之差；,V,压力容腔（压力区）的总容积；,E,有效体积弹性模量,(1),(2),20,压力公式（续）,实际上，式（2）就是压力容腔流量连续性方程,的变化形式。,式中,V,X,压力容腔（压力区）的总容积；,E-,有效体积弹性模量;,Q,流进与流出压力容腔（压力区）液流流量之差,式（2）与,ISO,组织推荐的,“,油压缩性造成的压力梯度,”,计算公式一致,式中,k,s,为有效体积弹性模量，,q,v,为流进流出压力容腔的流量差,可见，式（22）是反映压力容腔中压力与流量，以及容腔容积、有效体积弹性模量之间的基本关系式，它适用于所有的液压系统，不论是高频响的伺服系统，还是一般的开关系统。,21,管道压力损失,-,长管阻力计算,细长管内液体的流动状态为层流，其流量公式为,式中,l,一管长，,m,d,一管子内径，,m,液体的动力粘度，,Ns/m2,p,压差，,N/m2,（,Pa,）,从流量公式中，在知道通过的流量后，就可计算出流过这段管路的压差。,22,管道压力损失,-,局部阻力计算,液体在流经接头，弯头，变径管路时产生的压力损失可用下面的公式计算：,A1,A2,A2/A1,0.01,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,0.49,0.458,0.421,0.377,0.324,0.264,0.195,0.126,0.065,0.02,23,液桥理论的工程意义,液桥是通过与惠斯登电桥类比得出的概念,液桥的基本功能,1,、当受控对象上诸力平衡，且速度为零时，液桥只起位移,-,压力转换器作用,2,、当受控对象上诸力平衡，但获得一稳定速度时，液桥还起功率放大作用,3,、先导液桥主要是一个恒压源供油的位移,-,压力转换器,24,液桥理论的工程意义,在实际的工程应用中多使用液压半桥,半桥的基本类型,半桥构成的基本原则,引入液压桥路意义,25,液压半桥的基本类型和原理图,26,液压半桥构成的基本原则,它是由由液阻构成的无源网络，需要外部（来自主控制级或外部油源）压力源供油,两个液阻中，至少有一个可变液阻,可变液阻的变化必须是可控的即受先导输入信号的控制,从两个液阻之间引出先导半桥的输出控制信号,液压半桥可以并联,液压半桥可以使多级的，前一级的输出往往是次级液桥的输入,27,引入液压桥路意义,利用基本桥路的特性曲线，可以方便的对实际系统的基本特性进行估算。,利用桥路构成的基本原则和先导液阻工作点分析，可方便的对实际系统进行原理和特性的定性分析。,先导液桥的主要控制对象是各种控制阀和变量液压泵，虽然这些对象的控制系统可以有不同的工作原理和设计窍门，但都必须符合液桥构成的一些基本原则，否则或不能正常工作，或特性很差，不能满足工程控制的基本要求,