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比例控制技術是在開關控制技術和伺服控制技術之間的過渡技術,采用比例放大器控制比例電磁鐵,實現對比例閥的連續控制,從而實現對液壓系統壓力、流量、方向的無級調節;但是用比例方向閥進行速度控制時,如果負載是變化的,那么執行元件的速度就會受負載變化的影響(負載小時速度快,負載大時速度慢);于是在系統設計時,人們引入了壓力補償器,它可以使比例閥閥口的壓差保持恒定,使執行元件的速度不受負載變化的影響。
某鋼廠步進梁式加熱爐中步進梁升降液壓回路。 此回路使用了比例方向閥與進口壓力補償。 由于步進梁下降時,存在超越負載,所以在油缸無桿腔設置了平衡閥。 壓力補償器的彈簧調定后(這里為定值),比例閥節流口的壓差 Δp 就近似為恒定值,即比例方向閥進油口前后壓差 Δp 保持恒定值。 當節流口前后壓差保持不變時,通過節流口的流量只與節流口的開口面積成正比。 對比例方向閥而言, 進油節流口的開口面積與比例方向閥的輸入電流信號有關,而與負載的變化無關。 亦即升降油缸的供油流量 Q 只與比例方向閥的輸入電流信號有關,與負載的變化無關。
補償器主要用于節流調速系統 ,即補償比例閥口的壓差,在定量泵系統中得到了廣泛的應用;但這種應用不可避免地會產生一定的溢流損失;如果二通壓力補償器與泵控壓力補償器配合使用,則可以實現容積節流調速。
變量泵+比例多路閥的形式, 組成了負載敏感回路;除每一聯多路閥都設有進口壓力補償器外;變量泵還配有泵控壓力補償器;此補償器與反饋油路配合可實現負載敏感控制, 使此回路不僅降低了比例閥閥口的節流損失,也將液壓系統的溢流損失降到低。
閥對流量的控制可以分為兩種:
一種是開關控制:要么全開、要么全關,流量要么大、要么小,沒有中間狀態,如普通的電磁直通閥、電磁換向閥、電液換向閥。
另一種是連續控制:閥口可以根據需要打開任意一個開度,由此控制通過流量的大小,這類閥有手動控制的,如節流閥,也有電控的,如比例閥、伺服閥。
所以使用比例閥或伺服閥的目的就是:以電控方式實現對流量的節流控制(當然經過結構上的改動也可實現壓力控制等),既然是節流控制,就必然有能量損失,伺服閥和其它閥不同的是,它的能量損失更大一些,因為它需要一定的流量來維持前置級控制油路的工作。
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穆格MOOG伺服閥
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液壓傳動
與機械傳動相比。液壓傳動更容易實現其運動參數(流量)和動力參數(壓力)的控制,而液壓傳動較之液力傳動具有良好的低速負荷特性。由于具有傳遞效率高,可進行恒功率輸出控制,功率利用充分,系統結構簡單,輸出轉速無級調速,可正、反向運轉,速度剛性大,動作實現容易等突出優點,液壓傳動在工程機械中得到了廣泛的應用。幾乎所有工程機械裝備都能見到液壓技術的蹤跡,其中不少已成為主要的傳動和控制方式。極限負荷調節閉式回路,發動機轉速控制的恒壓,恒功率組合調節的變量系統開發,給液壓傳動應用于工程機械行走系提供了廣闊的發展前景。
一、液壓傳動技術的應用
液壓傳動技術在近代工業制造中的應用
液壓傳動有許多突出的優點,因此它的應用非常廣泛,如一般工業用的塑料加工機械、壓力機械、機床等,行走機械中的工程機械、建筑機械、農業機械、汽車等;鋼鐵工業用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等;土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等,發電廠渦輪機調速裝置、發電廠等等。
二、液壓傳動技術的原理與特點
1、液壓傳動的介紹
液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓傳動和氣壓傳動并稱為流體傳動,是根據17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發展起來的一門新興技術,是工農業生產中應用廣泛的技術。
2、液壓傳動的優點
(1)體積小、重量輕,因此慣性力較小,當突然過載或停車時,不會發生大的沖擊,
(2)能在給定范圍內平穩的自動調節牽引速度,并可實現無極調速;
(3)換向容易,在不改變電機旋轉方向的情況下,可以較方便地實現工作機構旋轉和直線往復運動的轉換;
(4)液壓泵和液壓馬達之間用油管連接,在空間布置上彼此不受嚴格限制;
(5) 由于采用油液為工作介質,元件相對運動表面間能自行潤滑,磨損小,使用壽命長;
(6)操縱控制簡便,自動化程度高;
(7)容易實現過載保護。
液壓傳動有許多突出的優點,因此它的應用非常廣泛,如一般工業用的塑料加工機械、壓力機械、機床等,行走機械中的工程機械、建筑機械、農業機械、汽車等,鋼鐵工業用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等,土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋粱操縱機構等;發電廠渦輪機調速裝置等等,船舶用的甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等,特殊技術用的控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等。
3、液壓傳動的基本原理
液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內,利用有壓力的油液作為工作介質來實現能量轉換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質,一般為礦物油,它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。液壓傳動是利用帕斯卡原理!帕斯卡原理是大概就是:在密閉環境中,向液體施加一個力,這個液體會向各個方向傳遞這個力!力的大小不變!液壓傳動就是利用這個物理性質,向一個物體施加一個力,利用帕斯卡原理使這個力變大!從而起到舉起重物的效果!
液壓傳動在閥門行業也得到很大的應用,如閥門的機床制造加工設備、閥門]液壓試驗設備、閥門的液壓傳動裝置等。
三、液壓傳動系統的組成
1、液壓動力原件
將動力裝置的機械能轉換成為液壓能的裝置,其作用是為液壓傳動系統提供壓力油,是液壓傳動系統的動力源。例如液壓泵。
1.1液壓泵
液壓泵是液壓系統的動力元件,其作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能,指液壓系統中的油泵,它向整個液壓系統提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。
1.2齒輪泵
齒輪泵即依靠密封在個殼體中的兩個或兩個以上齒輪,在相互嚙合過程中所產生的工作空間容積變化來輸送液體的泵。齒輪泵的概念是很簡單的,即它的基本形式就是兩個尺寸相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內相互嚙合旋轉,這個殼體的內部類似“8”字形,兩個齒輪裝在里面,齒輪的外徑及兩側與殼體緊密配合。來自于擠出機的物料在吸入口進入兩個齒輪中間,并充滿這一空間,隨著齒的旋轉沿殼體運動,*后在兩齒嚙合時排出。困油現象齒輪泵要平穩工作,齒輪嚙合的重合度必須大于1, 于是總有兩對齒輪同時嚙合, :并有一部分油液被圍困在兩對輪齒所圍成的封閉容腔之間。這個封閉的容腔開始隨著
齒輪的轉動逐漸減小,以后又逐漸加大。封閉腔容積的減小會使被困油液受擠壓而產生很高的壓力,并且從縫隙中擠出,導致油液發熱,并致使機件受到額外的負載,而封閉腔容積的增大又造成局部真空,使油液中溶解的氣體分離,產生氣穴現象。這些都將產生強烈的振動和噪音,這就是齒輪泵的困意現象。
危害:徑向不平衡力很大時能使軸彎曲,齒頂與殼體接觸,同時加速軸承的磨損,降低軸承的壽命。
消除困油現象方法:通常是在兩側蓋板上開卸荷槽,使封閉腔容積誠小時通過左邊的卸荷槽與壓油腔相通,容積增大時通過右邊的卸荷槽與吸油腔相通。
1.3葉片泵
葉片泵即通過葉輪的旋轉,將動力機的機械能轉換為水能(勢能、動能、壓能)的水力機械。
葉片泵轉子旋轉時,葉片在離心力和壓力油的作用下,尖部緊貼在定子內表面上。這樣兩個葉片與轉子和定子內表面所構成的工作容積,先由小到大吸油后再由大到小排油,葉片旋轉一周時,完成兩次吸油與排油。
1.4柱塞泵
柱塞泵即利用柱塞在泵缸體內往復運動,使柱塞與泵壁間形成容積改變,反復吸入和排;出液體并增高其壓力的泵。
柱塞泵是液壓系統的一個重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復運動,使密封工作容腔的容積發生變化來實現吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結構緊湊、效率高和流量調節方便等優點,被廣泛應用于高壓、大流量和流量需要調節的場合,諸如液壓機、工程機械和船舶中。
2、液壓執行元件
將液壓能轉換為機械能的裝置,其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度或轉矩和速度,以驅動工作裝置做工。例如液壓缸、液壓馬達。
2.1液壓馬達
液壓馬達習慣上是指輸出旋轉運動的,將液壓泵提供的液壓能轉變為機械能的能量轉換裝置。
液壓馬達亦稱為油馬達,主要應用于注塑機械、船舶、起揚機、工程機械、建筑機械、煤礦機械、礦山機械、冶金機械、船舶機械、石油化工、港口機械等。
高速馬達齒輪馬達具有體積小、重量輕、結構簡單、工藝性好、對油液的污染不敏感、耐沖擊和慣性小等優點。缺點有扭矩脈動較大、效率較低、起動扭矩較小(僅為額定扭矩的60%-一70%)和低速穩定性差等。
2.2液壓缸
液壓缸是將液壓能轉變為機械能的、做直線往復運動(或擺動運動)的液壓執行元件。它結構簡單、工作可靠。用它來實現往復運動時,可免去減速裝置,并且沒有傳動間隙,運動平穩,因此在各種機械的液壓系統中得到廣泛應用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比;液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩神裝置與排氣裝置組成。緩神裝置與排氣裝置視具體應用場合而定,其他裝置則必不可少。
3.3液壓控制調節元件
用來控制液壓傳動系統中油液的流動方向、壓力和流量,以保證液壓執行元件和工作裝置完成指定工作。
液壓傳動中用來控制液體壓力、流量和方向的元件。其中控制壓力的稱為壓力控制閥,控制流量的稱為流量控制閥,控制通、斷和流向的稱為方向控制閥。
3.4液壓輔助元件
保證液壓傳動系統正常工作。例如油箱、油管、濾油器。
液壓輔件是系統的一一個重要組成部分,其合理設計和選用在很大程度上影響液壓系統的效率、噪聲、溫升、工作可靠性等技術性能。主要包括:
3.4.1過濾器
過濾器的作用:濾去油中雜質,維護油液清潔,防止油液污染,保證系統正常工作。
3.4.2蓄能器
蓄能器的作用:
蓄能器是液壓系統中儲存和釋放壓力能的裝置。
1.作輔助動力源或緊急動力源在工作循環不同階段需要的流量變化很大時,常采用蓄能器和一個流量較小的泵組成油源。另外當驅動泵的原動機發生故障時,蓄能器可作緊急動力源。
2.保壓和補充泄漏需要較長時間保壓而泵卸載時,可利用蓄能器釋放儲存的壓力油,補充系統泄漏,保持系統壓力。
3.吸收沖擊和消除壓力脈動在壓力沖擊處和泵的出口安裝蓄能器可吸收壓力沖擊峰值和壓力脈動,提高系統工作的平穩性。
3.4.3油箱
油箱是液壓系統中儲存液壓油用。
油箱的功用:
儲存系統所需的足夠油液;;
散發油液中的熱量;
逸出溶解在油液中的空氣; :
沉淀油液中的污物;
對中小型液壓系統,泵裝置及一些液壓元件還安裝在油箱頂板上。
3.4.4熱交換器
系統能量損失轉換為熱量以后,會使油液溫度升高。若長時間油溫過高,油液粘度下降,泄漏增加,密封老化,油液氧化,嚴重影響系統正常工作。為保證正常工作溫度在20~65C,需要在系統中安裝冷卻器。相反,油溫過低,油液粘度過大,設備啟動困難,壓力損失加大并引起過大的振動。此種情況下系統應安裝加熱器,將油液溫度升高到適合的溫度。
3.4.5管件
管件是用來連接液壓元件、輸送液壓油液的連接件。它應保證有足夠的強度,沒有泄漏,密封性能好,壓力損失小,拆裝方便。
3.4.6密封裝置
密封裝置用來防止系統油液的內外泄漏,以及外界灰塵和異物的侵入,保證系統建立必要壓力。
3.5液壓工作介質
工作介質指傳動液體,通常被稱為液壓油。
3.5.1液壓油
液壓油引就是利用液體壓力能的液壓系統使用的液壓介質,在液壓系統中起著能量傳遞、系統潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。對于液壓油來說,首先應滿足液壓裝置在工作溫度下與啟動溫度下對液體粘度的要求,由于油的粘度變化直接與液壓動作、傳遞效率和傳遞精度有關,還要求油的粘溫性能和剪切安定性應滿足不同用途所提出的各種需求。
3.5.2液壓油的要求
質量要求:
1.合適的粘 度和良好的粘溫性能,以保證液壓元件在工作壓力和工作溫度發生變化的條件下得到良好潤滑、冷卻和密封。
2.良好的極壓抗磨性, 以保證油泵、液壓馬達、控制閥和油缸中的摩擦副在高壓、高速苛刻條件下得到正常的潤滑,減少磨損。
3.優良的抗氧化安定性、水解安定性和熱穩定性,以抵抗空氣、水分和高溫、高壓等因素的影響或作用,使其不易老化變質,延長使用壽命。
4.良好的抗泡性 和空氣釋放值,以保證在運轉中受到機械劇烈攪拌的條件下產生的泡沫能迅速消失:并能將混入油中的空氣在較短時間內釋放出來,以實現準確、靈敏、平穩地傳遞靜壓。
5.良好的抗乳化性, 能與混入油中的水分迅速分離,以免形成乳化液,引起液壓系統的金屬材質銹蝕和降低使用性能。
6.良好的防銹性,以防止金屬表面銹蝕。
穆格MOOG液壓元件應用行業:注塑機、吹塑機、橡膠和發泡機、陶瓷壓機、同步折彎機(折板機),、剪板機(剪床)、沖切/步沖、金屬壓力機、彎曲/鋸床、機床、食品機械、皮革/鞋機、木材/造紙機械、鋼鐵業/鑄造、壓鑄機/擠壓機、電廠、生態能源(風能-水力-太陽能)設備、油和天然氣工業設備、混凝土泵、路機、鉆井/開采設備、起重機、升降機/叉車、推土機、道路,隧道,水壩工程設備、壓縮機、街道維修設備、模擬器/娛樂設備、卡車、鐵路工程設備、航空工業設備、船舶/航海工業設備、打谷機/噴灑機、拖拉機/收割機。