【文章內(nèi)容簡介】 缸與電液伺服閥 8 相通，系統(tǒng)投入正常工作。 帶材跑偏控制的伺服系統(tǒng)設(shè)計可以采用電液伺服系統(tǒng)，氣液伺服系統(tǒng)和機液伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，維護方 便，抗污染能力強。但是動態(tài)響應(yīng)不高，頻寬范圍窄。而氣液伺服系統(tǒng)簡單可靠，不怕干擾，但信號傳遞速度慢，且氣動檢測噴嘴開口較小，通常 30～ 60mm，檢測器務(wù)必由支架伸出，裝于距卷取機較遠處。電液伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是：信號傳遞快，反饋校正方便，光電檢測器開口 (發(fā)射器與接收器間距 )可達一米，故可裝于卷取機旁。但系統(tǒng)復(fù)雜，易受干擾，須專人維護。 輔助液壓缸有兩個作用：第一個作用是在卷完一卷要切斷帶鋼前將光電檢測器從檢測位置退出，而在卷曲下一卷前又能使檢測器自動復(fù)位對準(zhǔn)帶邊。這樣可以避免在換卷過程中損壞光電檢測器；第二個作 用是在卷曲不同寬度的帶鋼時調(diào)節(jié)光電檢測器的位置。液控單向閥組可使伺服液壓缸和輔助液壓缸有較高的位置精度。 第 7 頁 液壓執(zhí)行元件的選取 本系統(tǒng)的負載力由摩擦力和慣性力組成。系統(tǒng)無彈性負載和外作用負載，是一個慣性負載位置系統(tǒng)。 根據(jù)主要設(shè)計參數(shù)計算系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如下： 負載力 F： (負載力由慣性力 aF 和摩擦力 fF 組成。 ) 由最大鋼卷重量： 1M =15000kg， 卷取機移動部分質(zhì)量： 2M =20xx0kg； 可得負載質(zhì)量： tM =錯誤 !未找到引用源。 kg35000MM 21 ?? 負載重力： G=M*g=35000 =343000N 卷取跑偏誤差 e177。1～ 2） mm 移動距離 L=150 mm 最大摩擦力 fF =17 500 N 參考同類系統(tǒng)的實測數(shù)據(jù)確定的系統(tǒng)性能 系統(tǒng)頻帶寬度 f≥ 20 rad/s 最大工作速度 maxv = m/s 最大加速度 maxa = m/ 2s 其中慣性力按最大加速度考慮 aF =M* ma =35000=16450N （ ） 假定系統(tǒng)在最惡劣的負載條件 (摩擦力和速度都最大 )下工作，則總負載力 為 F= ft FF? =16450+17500=33950N （ ） 綜合考慮，系統(tǒng)的液壓原理圖可具體表示如下圖： 第 8 頁 圖 液壓原理圖 系統(tǒng)中各元件的型號將在以下的章中涉及計算選擇。 選取供油壓力 sP 由于負載數(shù)值不大，卷取機為一般工業(yè)的地面設(shè)備，是低壓系統(tǒng)，故取較低的供油壓力 錯誤 !未找到引用源。 ? 。 較低的供油壓力，可以降低成本，減小泄露、減小能量損失和溫升，同時可以延長使用壽命，易于維護。 液壓缸的分析 (1)液壓缸流量連續(xù)性方程 dtdP4VPCdtdxAQ LetLtpppL ???? （ ） 式中， pA — — 液壓缸有效工作面積； tpC — — 液壓缸總泄露系數(shù)； px — — 活塞位移； tV — — 總壓縮容積； 第 9 頁 e? — — 有效體積彈性模量。 (2)液壓缸的輸出力與負載力的平衡方程 錯誤 !未找到引用源。2p2tLp dtxdmPA ?錯誤 !未找到引用源。 Lpspp FxKdtdxB ??? （ ） 式中， pA — — 液壓缸有效工作面積； tm — — 活塞及負載折算到活塞上的總質(zhì)量； pB — — 活塞及負載的粘性阻尼系數(shù)； sK — — 負載彈簧剛度； LF — — 作用在活塞上的任意外負載力 。 伺服液壓缸有效面積 pA 的計算 選擇負載壓力 LP =2/3p。能源壓力 sP =3． 92MPa，最大加速度： ma =，則有： pA =錯誤 !未找到引用源。sfm P3/2 Fma ? （ ） 本系統(tǒng)選用雙桿活塞缸。它的進出油口布置在缸 筒兩端，兩活塞桿的直徑是相等的，因此，當(dāng)工作壓力和輸入流量不變時，兩個方向上輸出的推力和速度是相等的。 由公式 ()知： pA = ?? ?? = 2m 現(xiàn)確定液壓缸缸直徑及活塞桿直徑。 因 pA =錯誤 !未找到引用源。 4 dD 22 ）（ ?? ，取 D/d = 帶入上式得 D= 按 GB/T234819935《液壓缸缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列》圓整為 D== 160mm， d==63mm，校核有效面積得： 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用 第 10 頁 源。4 22 ）（ ??= 2m （ ） 取 pA 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 ， 由于設(shè)計時己留有很大余量，所以滿足要求。 缸筒壁厚的計算和外徑計算 ][2/ ?? DPy? 式中， ? — — 液壓缸缸筒壁厚； yP — — 試驗壓力（ Mpa） ,工作壓力 p≤ 16Mpa時， 錯誤 !未找到引用源。MpapPy ?? ； D— — 液壓缸內(nèi)徑（ m） 】【 ? — — 缸體材料的許用應(yīng)力 （ Mpa） 得： 錯誤 !未找到引用源。 mm6?? 根據(jù)冶金液壓缸外徑系列可取得 D1= HSGL125/63E3801 型液壓缸。 缸筒材料 因需要焊接故選用 35鍛件。 液壓泵是系統(tǒng)中的動力元件，其作用 是將原動力的機械能轉(zhuǎn)換成工作油液的壓力能。它的基本參數(shù)包括壓力、流量、轉(zhuǎn)速、功率和效率等。 在進行動態(tài)分析時，主要研究泵的輸出壓力、輸出流量隨時間的變化規(guī)律及壓力變化與流量變化之間的關(guān)系。如果忽略泵的固有流量脈動的影響，對于定量泵來說，它的動態(tài)特性主要取決于泵的內(nèi)、外泄露及壓油腔油液的可伸縮性。對于變量泵來說，除了上述兩種因素外，動態(tài)特性在很大程度上取決于輸出變量機構(gòu)的調(diào)節(jié)特性。 選取泵及電機規(guī)格的選擇直接關(guān)系到動力源的利用率，因此選泵及電機應(yīng)選擇最合適最節(jié)能的。下面看一下動力源的節(jié)能問題。 實現(xiàn)流量適應(yīng)控 制必須采用變量泵。按實現(xiàn)變量的控制方式劃分，有三種基本形式： 第 11 頁 壓力反饋式變量泵 流量感控制變量泵 恒壓變量泵 所謂恒壓變量泵就是指特性很硬，當(dāng)輸出流量在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，其出口壓力能做到幾乎不變。這種變量泵能獲得壓力變動限制在 以內(nèi)的良好恒壓特性。泵出口壓力能始終保持調(diào)定的壓力值，響應(yīng)快，幾個執(zhí)行元件可以同時動作。 綜上所述，泵的選擇可用恒壓變量泵，其特點是流量損失小，響應(yīng)快，并能保持壓力變動在小限度內(nèi)，這很適合伺服系統(tǒng)的需要。 泵及配套電機的選取 (1)確定泵的工作壓力 PPPP ??? 1 執(zhí)行元件最大工作壓力 ??? PPPP 1 液壓泵出口到執(zhí)行元件入口間損失 (2)確定液壓泵的流量 pq ? ?max?? qKqp 其中 K的范圍為 K=～ 根據(jù)經(jīng)驗值取 K= 所以 pq = =根據(jù)以上的參數(shù)選取的限壓葉片泵為 YBXA16DDB20。 其中泵的主要參數(shù)如下： 流量 ( en =1500r/min)24L/min 驅(qū)動功率 電動機的選取 根據(jù)泵的驅(qū)動功率和轉(zhuǎn)速選的電動機為： Y132S4 其電動機的主要參數(shù)為： 額定功率 (kw): kw 轉(zhuǎn)速： 1440r/min 第 12 頁 電流： 效率： % 功率因子： 聯(lián)軸器的選取 選取的聯(lián)軸器為 TL6 聯(lián)軸器3219 5038??JAZA。 的選取 溢流閥的選擇 在液壓系統(tǒng)中，用來控制流體壓力的閥統(tǒng)稱為壓力控制閥，簡稱壓力閥。 在液壓系統(tǒng)中，溢流閥可作定壓閥，用以維持系統(tǒng)壓力恒定，實現(xiàn)遠程調(diào)壓或多級調(diào)壓；做安全閥，防止液壓系統(tǒng)過載；做制動閥，對執(zhí)行機構(gòu)進行緩沖、制動；做背壓閥，給系統(tǒng)加載或提供背壓；它還可與電磁閥組成電磁溢流閥，控制系統(tǒng)卸荷。 溢流閥可分為：直動式、先導(dǎo)式。直動式穩(wěn)態(tài)力平衡方程為 ： AxxkP /)( 0 ?? () 式 中， P — — 進口壓力（ Pa）； A — — 閥芯有效承壓面積（ 錯誤 !未找到引用源。 ）； k — — 彈簧剛度（ N/m）； 0x — — 彈簧預(yù)壓縮量（ m）； x — — 閥開口量（ m） 可以看出，只要保證 xx0時，可使 000 //)( CAKxAxxkP ???? ， 這就表明，當(dāng)溢流量變化時，直動式溢流閥的進口壓力是近于恒定的。先導(dǎo)式穩(wěn)態(tài)力平衡方程是 : A xxkAAA xxkP c cc )()( 0100 ???? () 式中： k 0k AcA xcxc0 第 13 頁 本系統(tǒng)中溢流閥作為安全閥用，故選取 DBDS10G10/10 型直動式溢流閥。 單向閥的選取 a. 單向閥的選擇 分類，按進出口流道的布置方式可分為直通式和直角式兩種，按閥芯的結(jié)構(gòu)形式可分為鋼球式和錐閥式。“ S10A1 0”型單向閥，上海立新制造，工程直徑 10mm，管式連接，最低開啟壓力 。 本系統(tǒng)中單向閥安裝于泵的出口，防止系統(tǒng)油倒流。 b. 液控單向閥 液控單向閥是只允許液流向一個方向流動，反向開啟則必須通過液壓控制來實現(xiàn)的單向閥。它可以用作二通開關(guān)閥，也可以用作保壓閥，用 兩個液控單向閥開可以組成液壓鎖。選 SL10GB130 型液控單向閥。 電磁換向閥的選用 電磁閥有滑閥和球閥兩種結(jié)構(gòu)。 本系統(tǒng)中電磁換向閥“ 4WE6J6/EW22050Z4”三位四通。 電液伺服閥的分析、選型 選擇電液伺服閥時考慮以下因素： （ 1）供油壓力 所選伺服閥的供油壓力不得低于系統(tǒng)的供油壓力。 （ 2）額定流量 選擇伺服閥是要使閥的額定流量留有一定的余量。 （ 3）固有頻率 伺服閥的 90 度相移頻寬至少應(yīng)為系統(tǒng)頻寬的三倍。 選定伺服閥后，再選定與之配套供貨的伺服放大器。 (1)電液伺服閥的靜態(tài)特性 滑閥的靜態(tài)特性即壓力一流量特性，經(jīng)推導(dǎo)與簡化后得到四邊滑閥的壓力一流量特性方程 sQ =錯誤 !未找到引用源。 Lvs Pxsign )(PK xv ? (3— 1) （ ） 式中，xvK= dC W/ ? ； LQ 為負載流量； LP 為負載壓力； sP 為供油壓力； vx 為閥芯的位移； dC 為流量系數(shù)； ? 為液體密度； W 為面積梯度。 第 14 頁 (2)電液伺服閥的傳遞函數(shù)簡化后的二階近似傳遞函 錯誤 !未找到引用源。)(soIQs）（ =）（ 12sKsvsvsv22 sv ????? （ ） 式中， svK — — 伺服閥的流量增益； sv? — — 伺服閥固有頻率； sv? — — 伺服閥阻尼比； )(soQ — — 伺服閥空載流量； I — — 伺服閥輸入電流 。 將 sQ =K vx 帶人，又由 I= uKa 整理得， uKKxsx2s axvvvsvsvsv2 2 ??? ??? vx （ ） 該式即為電液伺服閥輸入電壓與閥芯位移之間的關(guān)系方程。 根據(jù)負載匹配條件 伺服閥的工作壓力為 : 1Lp =6 Mpa 伺服閥的供油壓力為 : 2Lp =9 Mpa 伺服閥的負載流量為 : 錯誤 !未找到引用源。 pp1L ?? 伺服閥的空載流量為 : 錯誤 !未找到引用源。 37Q L ??? 選取 4WS2EM105X/30B11ET315K31EV（最后由頻率檢測得）。 頻率的選 擇：由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可知，跑偏控制系統(tǒng)為“ I”型系統(tǒng)對階躍輸入，不存在穩(wěn)定位置誤差，而系統(tǒng)對于幅度為 Vg=Vn(糾偏速度 )的等速輸入是將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)速度誤差為 pu ???? （ ） 另外，伺服閥的死區(qū)電流和零漂電流也將產(chǎn)生系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差，如果設(shè)定總的死區(qū)電流和零漂電流為 )(12 mAI ?? 可得死區(qū)和零漂引起的位置誤差大約為 。則系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)位置誤差為 ，系統(tǒng)滿足 mm1? 的卷取精度要求。 第 15 頁 球形截止閥 球形截止閥用來手動控制油路的通斷，本系統(tǒng)采用了板式連接，用于蓄能器前。 濾油器的選擇 過濾是目前應(yīng)用最廣泛的油液凈化方法，其主要機制可歸納為阻截和吸附作用。 吸油濾油器 吸油濾油器的壓差受液壓泵吸油特性的限制使用中最大壓差一般不大于 。壓差過大，容易造成液壓泵吸空而導(dǎo)致氣蝕損壞。因而吸油濾油器 一般采用 100~180? m 低精度濾芯。 本系統(tǒng)采用“ TF40 100”。 回油過濾器 回油濾油器承受的壓力為回油路的背壓，一般不超過 1Mpa，因而結(jié)構(gòu)尺寸可適當(dāng)?shù)?br />