液壓與氣動技術(shù)項目8新型液壓閥的應(yīng)用與多缸運動控制回路設(shè)計機械手伸縮運動中伺服閥的選用任務(wù)1自動裝配機控制回路的設(shè)計與應(yīng)用任務(wù)2任務(wù)8-1機械手伸縮運動中伺服閥的選用一、任務(wù)引入

在自動化機械或生產(chǎn)線中，機械手常用來夾緊、傳輸工件（或刀具）、轉(zhuǎn)位和裝卸，能操縱工具完成加工、裝配、測量、切割、噴涂及焊接等作業(yè)，能在高溫、高壓、多粉塵、危險、易燃、易爆和放射性等惡劣環(huán)境中代替人的手工作業(yè)。一般液壓機械手應(yīng)包括四個伺服系統(tǒng)，它們分別控制機械手的伸縮、回轉(zhuǎn)、升降和手腕的動作。在這種系統(tǒng)中，執(zhí)行元件能以一定的精度自動地按照輸入信號的變化規(guī)律而運動。那么機械手手臂伸縮運動靠什么液壓閥來控制呢？如何選用這類型的控制閥？

二、任務(wù)分析

電液伺服閥是電液聯(lián)合控制的多級伺服元件，它能將微弱的電氣輸入信號放大成大功率的液壓能量輸出。機械手手臂伸縮運動控制閥選用電液伺服閥，

當(dāng)電位器的觸頭處在中位時，觸頭上沒有電壓輸出。當(dāng)它偏離這個位置時，就會輸出相應(yīng)的電壓。電位器觸頭產(chǎn)生的微弱電壓，需經(jīng)放大器放大后才能對電液伺服閥進行控制．電位器觸頭由步進電機帶動旋轉(zhuǎn)，步進電機的角位移和角速度由數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖數(shù)和脈沖頻率控制。齒條固定在機械手手臂上，電位器固定在齒輪上，所以當(dāng)手臂帶動齒輪轉(zhuǎn)動時，電位器同齒輪一起轉(zhuǎn)動，形成負反饋。

圖

8-1機械手手臂伸縮電液伺服系統(tǒng)原理圖1—電液伺服閥；2—液壓缸；3—機械手手臂；4—齒輪齒條機構(gòu)；5—電位器；6—步進電機；7—放大器當(dāng)發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，使步進電動機帶動電位器5的動觸頭轉(zhuǎn)過一定的角度，這時動觸頭偏離電位器中位，產(chǎn)生微弱電壓u1，經(jīng)放大器7放大成u2后輸入電液伺服閥1的控制線圈，使伺服閥產(chǎn)生一定的開口量。這時壓力油以流量q流經(jīng)閥的開口進入液壓缸的左腔，推動活塞連同機械手手臂一起向右移動；液壓缸右腔的回油經(jīng)伺服閥流回油箱。由于電位器的齒輪和機械手手臂上齒條相嚙合，手臂向右移動時，電位器跟著作順時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)電位器的中位和觸頭重合時，動觸頭輸出電壓為零，電液伺服閥失去信號，閥口關(guān)閉，手臂停止移動。手臂移動的行程決定于脈沖數(shù)量，速度決定于脈沖頻率。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出反向脈沖時，步進電機逆時針方向轉(zhuǎn)動，手臂縮回。

機械手伸縮系統(tǒng)的工作原理三、相關(guān)知識

插裝閥1插裝閥又稱為插裝式錐閥，是一種較新型的液壓元件，它的特點是通流能力大，密封性能好，動作靈敏、結(jié)構(gòu)簡單，因而主要用于流量較大的系統(tǒng)或?qū)γ芊庑阅芤筝^高的系統(tǒng)。1.插裝閥的結(jié)構(gòu)和工作原理圖8-2插裝閥2.二通插裝閥的應(yīng)用舉例1）二通插裝閥用作方向控制閥圖8-3二通插裝閥用作單向閥圖8-4二通插裝閥用作換向閥圖8-5二通插裝閥用做壓力控制閥圖8-6二通插裝閥用做流量控制閥疊加閥2疊加式液壓閥簡稱疊加閥，其閥體本身既是元件又是具有油路通道的連接體，閥體的上、下兩面制成連接面。選擇同一通徑系列的疊加閥，疊合在一起用螺栓緊固，即可組成所需的液壓傳動系統(tǒng)。1.疊加閥的結(jié)構(gòu)及工作原理疊加閥的工作原理與一般液壓閥相同，只是具體結(jié)構(gòu)有所不同。現(xiàn)以溢流閥為例，說明其結(jié)構(gòu)和工作原理。疊加閥現(xiàn)有五個通徑系列：

6、10、16、20、32mm，額定壓力為20MPa，額定流量為10～200L/min。圖8-7疊加式溢流閥2．疊加式液壓閥系統(tǒng)的組裝疊加閥自成體系，每一種通徑系列的疊加閥，其主油路通道和螺釘孔的大小、位置、數(shù)量都與相應(yīng)通徑的板式換向閥相同。因此，將同一通徑系列的疊加閥互相疊加，可直接連接而組成集成化液壓系統(tǒng)。3．疊加式液壓系統(tǒng)的特點（1）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕，安裝及裝配周期短；（2）便于通過增減疊加閥實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的變化，系統(tǒng)重新組裝方便迅速；（3）元件之間無管連接，消除了因管件、油路、管接頭等連接引起的泄漏、振動和噪聲；（4）系統(tǒng)配置靈活，外形整齊，使用安全可靠、維護保養(yǎng)容易；（5）標準化、通用化、集約化程度高。圖8-8疊加式液壓閥的組裝4．疊加閥的應(yīng)用圖8-9控制兩個執(zhí)行器的疊加閥及其液壓回路1-疊加式溢流閥；2-疊加式流量閥；3-電磁換向閥；4-疊加式單向閥；5-壓力表安裝板；6-順序閥；7-單向進油節(jié)流閥；8-頂板；9-換向閥；10-單向閥；11-溢流閥；12-備用回路盲板；13-液壓馬達電液比例閥3電液比例閥簡稱比例閥，它是一種按輸入的電氣信號連續(xù)地、按比例地對油液的壓力、流量或方向進行遠距離控制的閥。比例閥由液壓閥和直流比例電磁鐵兩部分組成，其液壓閥與一般液壓閥差別不大，而直流比例電磁鐵與一般電磁鐵不同，它可得到與給定電流成比例的位移輸出和吸力輸出。根據(jù)用途和工作特點的不同，比例控制閥可分為比例壓力閥、比例流量閥和比例方向閥三大類。

（a）比例溢流閥

（b）比例減壓閥

（c）比例換向閥圖8-10比例閥實物圖1.比例閥的結(jié)構(gòu)及工作原理圖8-12比例溢流閥比例電磁鐵l通電后產(chǎn)生吸力經(jīng)推桿2和傳力彈簧3作用在錐閥芯4上，當(dāng)錐閥芯左端的液壓力大于電磁吸力時，錐閥芯被頂開溢流。當(dāng)比例電磁鐵連續(xù)地改變控制電流的大小，即可連續(xù)按比例地控制錐閥的開啟壓力。

圖8-13比例調(diào)速閥當(dāng)比例電磁鐵通電時，比例電磁鐵1的輸出力作用在節(jié)流閥芯2上，與彈簧力、液動力、摩擦力相平衡，對一定的控制電流，對應(yīng)一定的節(jié)流開度。通過改變輸入電流的大小，即可改變通過調(diào)速閥的流量。圖8-14比例方向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)原理圖1，9—阻尼螺釘；2，7—比例電磁鐵；3，6—反饋孔；4—雙向比例減壓閥；5—流道；8—主閥芯；10—液動換向閥它用雙向比例減壓閥作為先導(dǎo)閥，而用液動雙向比例節(jié)流閥作為主閥。利用雙向比例減壓閥出口壓力來控制液動雙向比例節(jié)流閥的正反開口量，進而來控制系統(tǒng)的油液方向和流量。2.比例閥的應(yīng)用舉例總之，采用比例閥能使液壓系統(tǒng)簡化，所用液壓元件數(shù)大為減少，既能提高液壓系統(tǒng)性能參數(shù)及控制的適應(yīng)性，又能明顯地提高其控制的自動化程度，它是一種很有發(fā)展前途的液壓控制元件。（a）應(yīng)用比例溢流閥實現(xiàn)多級調(diào)壓

（b）應(yīng)用比例調(diào)速閥的調(diào)速回路圖8-15比例閥的應(yīng)用電液伺服閥4液壓伺服閥是一種通過改變輸入信號，連續(xù)、成比例地控制流量和壓力進行液壓控制的。根據(jù)輸入信號的方式不同，可分為機液伺服閥、電液伺服閥和氣液伺服閥。

（a）噴嘴擋板伺服閥

（b）三級電液伺服閥圖8-16液壓伺服閥實物電液伺服閥的組成由力矩馬達和液壓放大器組成。力矩馬達組成由一對永久磁鐵1、導(dǎo)磁體2和

4、銜鐵3、線圈5和內(nèi)部懸置擋板

7的彈簧管6等組成。液壓放大器組成置放大器前置放大級是一個雙噴嘴擋板閥，它主要由擋板7噴嘴8節(jié)流孔10和濾油器11組成。功率放大器功率放大級主要由滑閥9和擋板下部的反饋彈簧片組成。圖8-17電液伺服閥的工作原理1—永久磁鐵；2、4—導(dǎo)磁體；3—銜鐵；5—線圈；6—彈簧管；7—擋板；8—噴嘴；9—滑閥；10—固定節(jié)流孔；11—濾油器（1）力矩馬達或力馬達。指用來將輸入的電氣控制信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角（力矩馬達）或直線位移（力馬達）輸出，它是一個電氣-機械轉(zhuǎn)換裝置。磁鐵把導(dǎo)磁體磁化成N、S極，形成磁場。銜鐵和擋板固連由彈簧支撐位于導(dǎo)磁體的中間。擋板下端球頭嵌放在滑閥中間凹槽內(nèi)；線圈無電流時，力矩馬達無力矩輸出，擋板處于兩噴嘴中間；當(dāng)輸入電流通過線圈使銜鐵3左端被磁化為N極，右端為S極，銜鐵逆時針偏轉(zhuǎn)。彈簧管彎曲產(chǎn)生反力矩，使銜鐵轉(zhuǎn)過θ角。電流越大θ角就越大，力矩馬達把輸入電信號轉(zhuǎn)換為力矩信號輸出。壓力油經(jīng)濾油器和節(jié)流孔流到滑閥左、右兩端油腔和兩噴嘴腔，由噴嘴噴出，經(jīng)閥9中部流回油箱力矩馬達無輸出信號時，擋板不動，滑閥兩端壓力相等。當(dāng)矩馬達有信號輸出時，擋板偏轉(zhuǎn)，兩噴嘴與擋板之間的間隙不等，致使滑閥兩端壓力不等，推動閥芯移動。前置放大級工作原理力矩馬達產(chǎn)生的力矩很小，無法操縱滑閥的啟閉以產(chǎn)生足夠的液壓功率，所以要在液壓放大器中進行兩級放大，即前置放大和功率放大。功率放大級工作原理

當(dāng)前置放大級有壓差信號使滑閥閥芯移動時，主油路被接通。滑閥位移后的開度正比于力矩馬達的輸入電流，則閥的輸出流量和輸入電流成正比；當(dāng)輸入電流反向時，輸出流量也反向?；y移動同時，擋板下端的小球亦隨同移動，使擋板彈簧片產(chǎn)生彈性反力，阻止滑閥繼續(xù)移動；擋板變形又使它在兩噴嘴間的位移量減小，實現(xiàn)了反饋。當(dāng)滑閥上的液壓作用力和擋板彈性反力平衡時，滑閥便保持在這一開度上不再移動。2．電液伺服閥的工作原理如圖8-17所示為噴嘴擋板式電液伺服閥的工作原理。1）無控制電流時，銜鐵由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，擋板也處于兩個噴嘴的中間位置，滑閥閥芯在反饋桿小球的約束下處于中位，閥無液壓輸出。2）當(dāng)有差動控制電流輸入時，在銜鐵上產(chǎn)生逆時針方向的電磁力矩，使銜鐵擋板組件繞彈簧轉(zhuǎn)動中心順時針方向偏轉(zhuǎn)，彈簧管和反饋桿產(chǎn)生變形，擋板偏離中位。這時，噴嘴擋板閥右間隙減小而左間隙增大，引起滑閥左腔控制壓力增大，右腔控制壓力減小，推動滑閥閥芯左移。同時帶動反饋桿端部小球左移，使反饋桿進一步變形。當(dāng)反饋桿和彈簧管變形產(chǎn)生的反力矩與電磁力矩相平衡時，銜鐵擋板組件便處于一個平衡位置。在反饋桿端部左移進一步變形時，使擋板的偏移減小，趨于中位。這使左腔控制壓力又降低，右腔控制壓力增高，當(dāng)閥芯兩端的液壓力與反饋桿變形對閥芯產(chǎn)生的反作用力以及滑芯的液動力相平衡時，閥芯停止運動，其位移與控制電流成比例。3）在負載壓差—定時，閥的輸出流量也與控制電流成比例。所以這是一種流量控制