液压元件与系统设计     (1)液压缸的确定     根据力控制系统的控制特性，系统要在供油压力的95％状态下工作取负载压力pL＝0.95ps＝16.625MPa，则液压缸有效工作面积A＝Fm／pL＝54.2cm2， 令d／D＝0.5，则D＝9.59cm，取D＝10cm，d＝5.5cm，校核得A＝54.78cm2。 对于弹簧刚度为9000N／cm的弹簧力，最大负载力9000N是由10cm的活塞行程产生。则最大行程速度vm是以时间常数为10秒计算的 最大流量     (2)选择电液伺服阀     为满足输出负载力动态性能的要求，从低负载弹簧状态求出活塞运动最大速度。当无超调的时间常数控制在10秒以内时的特性曲线如图所示。     处于最大负载的63％时，负载所需要的压力     此外，在活塞小位移时，用极小的压力差即可推动负载，为充分利用伺服阀的流量，现选定压力降为7MPa，输出流量为3.8 1/min的伺服阀。设阀的流量增益Kq，压力一流量增益Kc分别为 压力增益     阀的额定电流IR＝150mA，输出位移xv＝0.038cm，增益为     (3)力反馈传感器     输入力为Ff＝113000N，输出电压为Vf＝0.01V，其增益为     (4)静态特性     为得到? 5％静态控制精度，开环增益 取    K0＝25，电放大器增益  (5)动态特性  为了确定?l、?2，要计算油的压缩性，设油路的阻尼系数 其中V是液压缸的总油腔容积，为确保行程充裕，选择工作行程大于10cm行程的液压缸，取行程为x＝15cm的液压缸，计算液压缸容腔V＝Ax =8.22×10-4m3，假设?4＝14×108Pa，则此时油路阻尼系数C＝0.146×10-12m3／(N／m2)。根据油的压缩性，计算弹性系数 把这个值与k比较，可知控制系统在 的情况下工作，负载弹簧k＝180000N／cm时     负载弹簧k＝9000N／cm时     取开环增益为25，根据开环放大特性求出穿越频率：     负载弹簧k＝180000N／cm时     负载弹簧k＝9000N／cm时     输入为阶跃函数的系统响应时间(即达到输出最终值的63％的时间)大约等于1／?c，即k＝180000N／cm时，Tc＝1／?c≈0.083s，而当k=9000N／cm时，Tc＝1／?c≈1.67s。     和前面规定的指标相比，此响应时间非常短，能够满足要求。     对应于?3的阻尼比 ?3的共振峰值超过了零分贝轴，这是造成系统不稳定的原因。     频率?2、?3与负载质量有关，由负载弹簧刚度的最大值决定。 k＝180000N／cm时，弹簧的计算频率为 ， 使得系统的超调量减少。 为此在?2前的一个频率处加入一个校正环节 结束 The End 返回 返回 返回 选择电液伺服阀时考虑以下因素： (1)所选伺服阀的供油压力不得低于系统的供油压力。 (2) 选择伺服阀时要使阀的额定流量有10%的余量。 (3)固有频率?90? 伺服阀的90?相移频宽?90?至少应为系统频宽的3倍。 返回 1)伺服阀与缸之间的连接管道宜短、宜粗。这是因为管中油液的质量与粘滞效应，将以很大的系数（活塞有效面积与管道过流面积之比的二次方）折算到活塞杆上，而对系统的动态特性产生很大的影响。 2)对于非对称缸，为了解决往复速度不等的问题，可采用阀套上有异形窗口的伺服阀。 返回 恒压油源可以用定量泵溢流阀或者用恒压变量泵组成。伺服系统经常工作在零点附近，所以液压泵站应采用节能方案。   安全阀的设定压力应该比供油压力高出1~1.5MPa。  液压泵站的输出流量应该包括：  1)负载运动所需流量； 2)伺服阀零耗流量； 3)静压轴承耗油量； 4)溢流阀保压时的溢流量； 5)阀、缸等的内泄漏量； 6)采用旁通阻尼校正时的旁通流量。 返回 需要分析的性能有稳定性、快速性及控制精度。     1．稳定性     列写系统的传递函数，根据系统特征方程的系数运用罗斯判据判定系统的绝对稳定性。绘制系统开环对数频率持性，运用奈奎斯特判据判定系统的相对稳定性。要求系统有10~20dB的幅值裕度和40?~65?的相位裕度。     2．快速性     绘制系统闭环对数频率特性，据此求出系统的频带宽度（-3dB频宽和90?相移频宽)，即可查明系统的快速性是否满足设汁要求。     3 ．控制精度     伺服系统的精度大致分为：      与输入输出元件有关的精度，包括输入信号的精度，反馈传感器的精度和加法器的精度。     与其它内部元件有关的精度，取决于伺服放大器的漂移、电液伺服阀的零漂、反馈机构的传动间隙、负载摩擦力造成的死区等缺陷。     干扰引起的误差，是指伺服系统经历负载力、供油压力等的变化时，控制精度所受的影响。     控制原理方面的误差，是指系统前向通路中积分环节的阶数所决定的系统无差度。          算出总误差值后，判别所得到的精度是否已满足设计要求。如果不满足，则要返回到前面的步骤，改善元件特性和变更各项参数，甚至要增加补偿元件，或者重新研制系统控制方案。 返回     伺服系统出厂之前必须进行系统调试。     1）对系统进行彻底的循环冲洗，把制造与安装过程中潜伏的污染物冲到过滤器上滤除。冲洗时暂不装伺服阀，而代之以冲洗板。冲洗期间监视过滤器的堵塞情况，及时更换滤芯。一直冲洗到油液清洁度符合要求为止。伺服系统一般要求油液清洁度为NASl638的4~8级。     2）在调试过程中，逐渐提高系统压力，直到额定工作压力。要保证系统没有外泄漏。     3）在低压下接通放大器的电源开关，这时活塞移到一端。逐渐提高反馈增益，活塞应移到中间位置。如果活塞在一端不动，则可能是接成正反馈了。这时需把反馈信号线的两个线头对调一下，再试。    4）调整颤振信号的频率和振幅，使系统动作灵活。如果平衡位置不在中间位置，可窜动传感器外壳来调整机械零点。如果平衡位置与中间位置偏离不大，也可以旋动放大器上的调零旋钮，通过加偏流来纠正。    5）加入输入信号，调整放大器上的输入增益旋钮，直到活塞位移量满意为止。    6）逐渐提高系统压力，同时依次调整颤振、增益、零点，直到系统能满意工作为止。     记录各工作参数各旋钮的位置，填写系统调试报告。     测定系统的频率响应、阶跃响应和控制精度，编写试验报告。 返回     电液伺服系统比较复杂，设计成功来之不易，值得好生总结一下，整理出有关的技术文件。这些技术文件不仅是项目归档和售后服务必不可少的工作记载，也是一种知识和技能的积累，是以后技术工作的重要参考，必须充分重视，认真总结。     需要收集和整理的技术文件有：     1) 技术合同；     2) 项目计划任务书；     3) 设计计算说明书；     4) 施工图样；     5) 调试报告书；     6) 试验报告书；     7) 使用说明书；     8) 研制总结报告；     9) 技术鉴定书。 返回 * * —— 液压系统设计           （第四讲）                 电液控制系统设计（回顾）  1 电液控制系统分类 按控制物理量分类（位置、速度、力） 按液压控制元件控制方式的不同分类（阀控、泵控） 根据输入信号形式和信号处理手段分类（模拟、数字、混合等） 
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