电液控制技术应用(论文).doc

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电液控制技术应用

（技术论文）

中国冷库

2012-2-27

目录

前言 3

1.电液控制概述 3

1.1电液控制技术概述 3

1.2电液比例控制技术概述 4

1.3电液伺服技术概述 5

2.电液控制工程应用实例的介绍 6

2.1汽车起重机的用途介绍 6

2.2汽车起重机伸缩回路系统的类别 6

2.3汽车起重机伸缩回路系统的结构 6

2.4汽车起重机伸缩回路系统的工作过程 6

2.5汽车起重机伸缩回路系统的性能特点 7

3.电液控制技术与机电一体化技术的关系 7

参考文献 7

【摘要】电液控制技术广泛应用于现代工业中,是工业发展水平的重要标志。

本文就电液技术发展历程、电液控制的技术特点、电液技术的应用范围等进行探讨。

并以ZY50型汽车起重机伸缩回路系统为例，介绍了ZY50型汽车起重机的用途以及电液控制技术在此机械系统中的应用，其与所学机械电子工程专业之间紧密结合的认识，并针对电液控制工程技术提出自己的看法很感想。

【关键词】电液比例技术机电一体化汽车起重机应用

前言

从上世纪六七十年代以来，电液控制技术已广泛应用于现代工业中,是工业发展水平的重要标志。

现今，电液控制技术已经成为工业机械、工程建设机械及国防极端产品不可或缺的重要手段。

以挖掘机、推土机、振动压路机等为代表的工程机械对国家基础设施建设起到了至关重要的作用，而火炮控制系统、导弹运输车中的电液控制技术则推动了我国国防实力的提升。

电液控制技术在机床加工、交通运输、汽车工业等部门也有非常广阔的应用。

他对我国国民经济的推动作用不可估量。

就所学机械电子工程专业来讲，电液控制技术与其密不可分。

电液控制技术的调控精密度对于机械控制有着重要的意义。

在电子计算机大行其道的今天，将电控、液压与机械紧密结合在一起，才是机械电子工程的发展新方向。

1.电液控制概述

1.1电液控制技术概述

电液控制技术发展历程。

液压技术早在公元前240年的古埃及就已经出现。

在第一次工业革命时期，液压技术的到快速发展，在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。

18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。

19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。

第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。

出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。

20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。

这

些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。

电液伺服作动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。

电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。

在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统（通常是液压伺服马达）来代替人工操作,其次是工程机械。

在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。

电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。

70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。

电液控制技术按被控制参数分类分为

（1）位置控制

（2）速度控制（3）加速度控制（4）压力控制（5）力控制（6）其他参数控制。

电液控制技术在工业生产中有着极其广泛的应用，其在工程机械中的应用有：

挖掘机、装载机、推土机、振动压路机等。

在交通运输中的应用有：

汽车吊车、叉车、港口龙门吊、船舶液压舵机等。

在冶金机械中的应用有：

轧机压下控制系统、连铸机、修磨机、钢带跑偏控制系统等。

在兵器工业中的应用有：

火炮控制系统、导弹运输车、导弹发射车等。

在轻工机械中的应用有：

注塑机、打包机、校直机等。

在汽车工业中的应用有：

汽车动力系统、ABS（防抱死控制系统）、油气悬架系统等。

在智能机械中的应用有：

模拟驾驶舱、机器人、折臂式小汽车装卸器等。

在机床工业中的应用有：

加工中心、加工生产线、自动化机床等。

在电力部门的应用有水轮机调速系统等。

总之它在现代工业生产中扮演着不可替代的角色。

1.2电液比例控制技术概述

第二次世界大战后期，由于喷气式飞机速度很高，因此对控制系统的快速性，动态精度和功率——重量比提出了更高的要求。

1940年底，在飞机上首先出现了电液伺服系统。

60年代，各种结构的电液伺服阀的问世，电液伺服技术日渐成熟。

60年代后期，民用工程对电液控制技术的需求，显得更加迫切与广泛。

但由于传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用高昂，系统能耗也比较大，难以为各工业用户所接受。

而传统的电液开关控制（断通控制）又不能满足高质量控制系统的要求。

电液比例控制技术，就是要适应开发一种可靠，控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从60年代末以来，得到迅速发展。

与此同时，还发展了工业伺服控制技术。

电液比例技术的含义。

电液比例技术是一门综合性技术，既实现了液压动力传动，又具有电子控制的灵活性。

带比例电磁铁的比例阀、比例泵为电子控制提供了合适的接口，从而生产机械的工作循环更加灵活，甚至能方便实现可编程控制和传动。

工作过程柔性很大的各类传动控制系统统一在一起。

电液比例技术填补了传统开关式液压传动技术与电液伺服技术之间的空缺。

电液比例技术已经和正在使各类通用机械和专用机械有可能成为全新概念的机械。

在较短的时间里，电液比例技术已在液压传动及控制技术领域是赢得了一席之地。

在电液比例技术的发展过程中，使其受益非浅的与其说是按伺服技术的模式，还不如说是依开关式液压传动的技术路线去开拓。

电液比例控制的技术特征。

（1）性能特点：

除中位死区外，在滞环、重复精度等主要稳态特性上已与伺服阀相当，而工作频宽又具有足以满足大部分工业系统控制要求的相当水平；对介质过滤精度要求，阀内压力损失和价格方面，又接近开关阀。

因此，赢得了比电液伺服比例控制远为广泛的应用领域。

（2）原理特点：

近期发展的高性能比例阀，一般都内含主控制参量的反馈闭环，这种反馈闭环，可以是主控制参量的机械或液压的力反馈，也可以是主控制参量的电反馈。

（3）结构特点早期的比例阀为电磁铁替代传统工业阀的调节手柄。

现比例阀与插装阀结合，开发各种不同功能和规格的二通插装式比例阀；生产批量较大的比例压力阀、比例方向阀，常与开关阀通用主阀阀体，有利于生产管理和标准化，也将为原有液压系统的改造带来方便；力反馈比例元件可以配用多种控制输入方式；比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块，可采用组合叠加方式；控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。

电液比例控制系统由指令元件、比较元件、电控器、比例阀、液压执行元件和检测反馈元件等组成。

电液比例阀的类型与特点。

比例阀大致有4种，分别是：

（1）比例压力阀。

比例压力阀可分为比例溢流阀和比例减压阀，比例溢流阀可分为直动式和先导式，而比例减压阀又分为通直动式（先导式）二（三）通减压阀。

其中，直动式二通减压阀不常见。

（2）电流比例流量控制阀。

比例流量阀可分为比例节流阀和比例流量阀两大类。

比例节流阀适用于要求空载快速、重载低速的系统，其还具有结构简单、成本低、动态响应快、稳定裕度大及可靠性好等特点。

（3）比例方向阀。

比例方向阀的电--机机械转换器输入功率较大，有较大的零位（中位）死区，给其应用于位置闭环、力闭环带来一定的困难。

采用电液比例方向阀的系统，其能耗和升温都较低。

（4）电液比例多路阀。

电液比例多路阀主要采用比例压力阀作为先导阀，通过先导阀控制主阀芯的位移。

稳态时，其流量损失小，动态性能较好。

1.3电液伺服技术概述

第二次世界大战期间，由于武器和飞行器自动控制的需要而出现，到20世纪60年代日臻成熟。

其采用力马达或力矩马达作为电-机械转换器，无零位死区，动态响应高，可达100Hz，用于闭环系统。

但伺服阀对介质清洁度要求高，且价格比较昂贵。

所以难以在民用工业上广泛应用。

电液伺服技术的技术特征：

电液伺服阀无零位死区，控制精度和响应特性高，输出功率大，但其对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高，结构相对复杂，在军事工业中应用较多。

电液伺服控制系统的工作原理：

液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。

在这种系统中，输出量（位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律，与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。

电液伺服控制系统的组成：

输入元件——也称指令元件，可以是机械的、电气的、气动的等，如靠模、指令电位器、计算器等反馈测量元件——各种传感器比较元件——给出偏差信号放大转换元件——（机）电液伺服阀执行元件——液压缸、液压马达控制对象——负载

2.电液控制工程应用实例的介绍

2.1汽车起重机的用途介绍

汽车起重机作为工程建设广泛使用的重要起重设备，主要用来对物料进行运输、起重、输送等作业，其移动方便，操作灵活，对减轻劳动强度、加快建设速度、提高生产效率有着十分重要的作用。

由于我国工业水平的提高，在许多地方，比如房屋建设、大型桥梁建设、道路建设等场都能看见它的身影。

对于许多需要花费“大力气”的地方，也都能看见它。

可以说汽车起动机在现代工程建设中应用的非常广泛。

而液压系统作为汽车起重机的主动力传送系统，不仅可以提供较大的传动比，而且使整机质量减轻、结构紧凑。

其灵活机动的设计，也是能够广泛应用的原因。

2.2汽车起重机伸缩回路系统的类别

电液比例控制技术是近年来发展起来的介于普通开关控制和电液伺服控制之间的电液控制技术，具有可靠、廉价、控制精度高等特点。

本机械收缩回路系统正是应用了电液比例技术，电液比例控制技术的优点充分的体现在了汽车起重机的设计之中。

下图为汽车起重机

2.3汽车起重机伸缩回路系统的结构

汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、控制等回路组成，本文只介绍伸缩回路系统。

其结构图见图所示。

伸缩回路作为系统的重要回路之一，主要用来改变吊臂长度，从而改变起重机吊重的高度。

伸缩方式主要有同步伸缩和非同步伸缩两种，同步伸缩就是各节液压缸相对于基本臂同时伸出。

采用这种伸缩方式不仅可以提高臂的伸出效率，并且也可使臂的结构大为简化，从而提高汽车起重机的起吊质量。

汽车起重机收缩回路系统结构原理图如图所示，其结构并不复杂。

1为三位四通电磁换向阀，2为三位四通电液比例换向阀，3为单向阀组成的平衡阀，4和5均为油缸，其余部分为电控反馈系统。

2.4汽车起重机伸缩回路系统的工作过程

上图为电液比例控制两个伸缩缸同步伸缩的液压结构原理图。

其工作过程是：

首先操纵三位四通电磁换向阀使油缸4伸出（缩回），油缸4的位置反馈装置发出的电信号与缸5的位置反馈电信号进行运算比较后，其差值信号经比例控制放大器放大后驱动电液比例换向阀，使缸5随之伸出（缩回），直至差值信号到零为止，即缸1、缸2伸出（缩回）量相等，达到同步伸缩的目的。

此过程主要运用电液比例方向阀快速响应及精确控制的功能，实现了两缸同步的设计思想。

2.5汽车起重机伸缩回路系统的性能特点

采用电液比例控制技术控制伸缩回路后，给汽车起重机伸缩回路系统带来了许多特点：

（1）提高了臂的伸出效率，而且液压系统的引入可以使臂的结构大大简化。

（2）由于采用液压传动机构，从而提高起重机的吊重。

（3）采用M型中位机能三位四通换向阀，使伸缩回路卸荷方便，便于保压。

（4）采用的电液控制提高了系统的平稳性及响应速度，使汽车起重机稳定性和精确性提高。

使用电液比例技术带来的这些特点使得汽车起重机在伸缩回路系统上有了本质的飞跃，极大的提高了其工作效率和精度，给汽车起重机注入了新的发展潜力和发展方向。

3.电液控制技术与机电一体化技术的关系

机电一体化是指在机械结构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及其软件结合起来所构成的系统的总称。

随着微电子技术、自动控制技术等逐渐被引入到传统的机械技术中，当今由机电一体化集成系统构成的新型机械正在兴起，其可以在一定程度上提高传统的机械电器产品的性能、功能等，为企业带来巨大经济效益。

汽车起重机作为此类工程机械类机械的代表，在许多方面都运用了机电一体化技术。

其电控系统就是机电一体化的产物。

具体到伸缩系统中，系统电液比例控制的关键比例控制放大器和比例换向阀都与机电一体化紧密相关。

比例控制放大器可与微机和可编程控制器联接，或受微机和可编程控制器控制，用其遥控比例放大器。

比例控制放大器还可以和传感器、测量放大电路及液压元器件一体化，高度集成以提高性价比，这更体现了其与机电一体化的密切联系。

电液比例换向阀中包含比例电磁铁，而比例电磁铁是电子技术与液压技术的连结环节，因此，比例换向阀更是将机-电-液三者有机联系在一起的重要元器件。

机电一体化技术涉及了机械技术、系统技术、计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术六项技术。

汽车起重机涉及的机电一体化技术有：

机械技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术。

其中伸缩回路系统基本涉及了所有汽车起重机应用的机电一体化技术。

参考文献：

【1】吴根茂，邱敏秀，王庆丰等.实用电液比例技术【M】.浙江大学出版社.2010

【2】白政民，胡万强.电液比例控制技术在ZY40汽车起重机伸缩机构上的应用【J】.机床与液压.2011；39-10

【3】李建雄.电液控制工程PPT.2011