电液比例技术与双机联动折弯机.ppt
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1、,能源设备部员工培训教材: 电液比例技术及数控折弯机维修应用,主讲:能源设备部,折弯机模具 http:/ wenku1,2019/6/22,一:电液比例技术的发展,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,经过20余年的发展,到了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,各类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
2、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年代末以来以迅速发展起来。与此同时,还发展了工业伺服控制技术。,2019/6/22,电液比例技术的基本含义:,2、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
3、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。全面了解和掌握电子放大器的结构和功能,并不断地加以开发,对于电液比例技术的发展也作出了贡献。了解电液比例技术提供的种种可能性,是今天成功设计现代液压传动工作机械的基础。因为电液比例技术已渗透到许多生产机械,渗透到几乎所有液压传动和控制技术的应用领域中,因此这种现代技术知识的重要性是显而易见的。,2019/6/22,电液比例技术的基本含
4、义:,比例技术的含义 根据一个输入电压值的大小,通过电子放大器,将输入电压信号(一般09V之间)转换成相应的电流信号,如1mV=1mA。 这个电流信号作为输入量被送入电磁铁,从而产生和输入信号成比例的输出量力或位移。 该力或位移又作为输入量加给液压阀,使液压阀产生一个与输入量成正比例的流量或压力。 通过这样转换,一个输入电压信号的变化,不但能控制执行器和机械设备上工作部件的运动方向,而且可对其作用力和运动速度进行无级调节。,2019/6/22,电液比例技术的基本含义:,2019/6/22,电液比例技术的基本含义:,电液比例控制的技术特征 (1)性能特点 比例技术的发展;除中位死区外,在滞环、重
5、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。,2019/6/22,电液比例控制的技术特征,(1)性能特点 伺服阀、比例阀、开关阀性能对照表 项目类别 电液伺服阀 电液比例阀 早期电液阀 开关阀 介质过滤精度 310 25 25 25 阀内压降MPa 7/21 0.52 0.250.5 0.255 滞环 13 13 47 重复精度 0.5 0.5 1 频宽-3dbHz 20200 130 15 线圈功率W 0.055 1024 1030
6、中位死区 无 有 有 有 价格因子 3 1 1 0.5 除了与传统工业液压阀一样,具有各种单一控制功能外,往往具有流量、方向与压力三者之间的多种复合功能。这一特点不仅表现在阀控元件,而且在容积控制元件中也越来越广泛地得到体现。阀控或容积控制元件的多功能复合,使电液比例控制系统较之传统控制系统,不但系统大为简化,提高可靠性,也使控制性能得以提高。,2019/6/22,电液比例控制的技术特征,(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
7、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。,2019/6/22,电液比例控制的技术特征,(4)比例控制系统的构成分类 1)比例流量控制系统 2) 比例压力控制系统 3) 比例速度控制系统 4) 比例位置控制系统 5) 比例力控制系统 6)比例同步控制系统,2019/6/22,电液比
8、例控制系统的工作原理与组成,(1)液压开关控制与比例控制系统,2019/6/22,电液比例控制系统的工作原理与组成,液压开关控制与比例控制系统,2019/6/22,(1)液压开关控制与比例控制系统 (2)电液比例系统的组成 a、指令元 b、比较元件 c、 电控器 d、 比例阀 e、液压执行元件 f、检测反馈元件,电液比例控制系统的工作原理与组成,2019/6/22,比例电磁铁,比例电磁铁是电子技术与液压技术的连结环节。比例电磁铁是一种直流行程式电磁铁,它产生一个与输入(电流)成比例的输出是:力和位移。 1、比例电磁铁结构原理分类 力调节型电磁铁 具有特定的力电流特性。 行程调节型电磁铁具有模拟
9、形式的位移电流特性。 直流电磁铁能产生与输入电流成比例变化的位移和力; 对交流电磁铁而言,由于其输入电流和行程有关,工作时必须尽可能快地到达其行程终了位置。 不带位移反馈(力调节型、行程调节型)和带位移反馈(行程调节型),2019/6/22,1、 比例电磁铁结构原理分类 (1)力调节型比例电磁铁,比例电磁铁,2019/6/22,1、 比例电磁铁结构原理分类 (1)力调节型比例电磁铁 在力调节型电磁铁中,衔铁行程没有明显的变化时,改变电流I,就可调节其输出的电磁力。由于电子放大器中设置电流反馈环节,在电流值恒定不变时,可使磁通量进而使电磁力保持不变。 力调节型比例电磁铁的基本特性,是电流-力特性
10、。 在控制电流不变时,电磁力在其工作行程内保持恒定。如图所示,这类电磁铁的有效工作行程约1.5mm。 由于行程较小,力控制型电磁铁的结构很紧凑。正由于其行程小,可用于比例方向阀和比例压力阀的先导级,将电磁力转换为液压力。 这种比例电磁铁,是一种可调节型直流比例电磁铁,在其衔铁中充满工作油液,比例电磁铁,2019/6/22,比例电磁铁,2019/6/22,比例方向阀,控制液流方向和流量的大小 1、直控式比例方向阀 讨论比例方向阀的一些使用性能,如滞环、重复精度、控制阀芯、控制阀芯的基本特性曲线及时间响应特性等。 和开关式比例方向阀的结构一样,在直控式比例方向阀中,比例电磁铁是直接推动控制阀芯的。
11、,2019/6/22,比例方向阀,1、直控式比例方向阀 (1)功能 阀的基本组成部分有:壳体(1),一个或两个具有模拟量位移电流特性的比例电磁铁(2),电磁铁还带有电感式位移传感器(3),控制阀(4),和一至二个复位弹簧(5)。在电磁铁不工作时,控制阀芯在复位弹簧作用下保持在中位。由电磁铁直接驱动阀芯运动。 阀芯在图示位置时,P、A、B和T之间,互不相通。如果电磁铁A(左)通电,阀芯向右移动,则P与B,A与T分别相通。 由控制器来的控制信号越大,控制阀芯向右的位移也越大。也就是说,阀芯的行程与电信号成比例。行程越大,则阀口通流面积和流过的体积流量也越大。图中左边的电磁铁,配有电感式位移传感器。
12、它检测出阀芯的实际位置,并把与阀芯行程成比例的电信号(电压),反馈至电放大器。,2019/6/22,比例方向阀,位移传感器的量程,按两倍阀芯行程设计,所以能检测阀芯在两个方向上的位置。 在放大器中,实际值(控制阀芯的实际位置)与设定值进行比较,检测出两者的差值后,以相应的电信号输给对应的电磁铁,对实际值进行修正,构成位置反馈闭环。 实际上,阀的滞环和重复精度,因阀的规格而异,但均小于等于1%。,2019/6/22,比例方向阀,直控式比例方向阀 不带反馈的直控式比例方向阀及其电控器,2019/6/22,比例方向阀,直控式比例方向阀 (2)滞环 一般表明一个状态与前一个状态的关系。在电信号从零到最
13、大,再从最大到零的往返扫描过程中,阀芯有与电信号成比例的确定位置。同一输入设定值上,往返扫描所得输出量的偏差,称为滞环或滞环误差。,2019/6/22,直控式比例方向阀 (3)重复精度(可重复性) 在重复调节同一输入信号时,输出信号所出现的差值。对应控制阀芯说来,就是重复调节同一输入的信号为相同设定值时,得到(一个小于等于1%)的位置偏差。 图中所示的阀用电磁铁,不带位移传感器,因而不能检测阀芯的位置。按阀的规格不同,其滞环为56%,重复精度23%。,比例方向阀,2019/6/22,比例方向阀,控制阀芯的结构 图示,比例阀控制阀芯与普通方向阀阀芯不同,它的薄刃型节流断面呈三角形。用这种阀芯形式
14、,可得到一条渐增式流量特性曲线。 阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱边,在阀芯移动过程中的任何位置上,总是保持相互接触。这表明,它的过流断面,总是一个可确定的三角形。也就是说,不存在像常规方向阀(开关型控制阀)中那样的情况:阀芯阀套两个棱边之间,先存在一个“空行程”,再进入相互接触,或者在阀口打开时完全脱开。 此外,在液流流入和流出比例阀阀口时,总是受到节流作用。由阀芯园周方向上控制切口错位和较长的阀芯行程获得较好的分辨率,2019/6/22,比例方向阀,控制阀芯的结构,2019/6/22,比例方向阀,不能象选用普通开关阀那样来选择比例阀(仅以Q=150L/min作为公称流量?)。 这样就会得到
15、如下数据: 快进时阀的压降 Pv=120-60bar=60bar Q快进=60150L/min 工进时阀的压降 Pv=120-110bar=10bar Q工进=520L/min,2019/6/22,比例方向阀,快进时 Q快进=60150L/min 对应于Pv=60bar,流量Q=150L/min,仅利用额定电流的约66%,流量Q=60L/min时,仅利用额定电流的约48%。这样一来调节范围仅达到额定电流的18%。,2019/6/22,比例方向阀,工进时 Q工进=520L/min 对工进速度的调节,也只达到调节范围的10%(20L/min时为47%额定电流,5L/min时为37%额定电流)。假如
16、一般阀的滞环为3%,而对应于调节范围仅10%的情况,则其滞环相当于30%。显然,很难用如此差的分辨率来进行控制。,2019/6/22,流量特性 (阀口流量特性) 选用比例阀的正确方法。 快进工况的比例关系 此时设定值在66%到98%额定电流之间(60-150L/min),因此得到32%调节范围。,比例方向阀,2019/6/22,比例方向阀,流量特性 现用一实例来说明按下列特性选用比例阀的正确方法。 工进工况设定的比例关系 此时设定值落在36%至63%额定电流之间,可见调节范围很大,有一个较好的分辨率。同时,重复精度造成的偏差当然也减小。,2019/6/22,流量特性 控制阀芯的时间特性 图中给
17、出了控制阀芯在输入阶跃电信号时的过渡过程曲线。在从一个位置运动到另一个位置的过渡过程中,没有产生超调,阀芯快速移动时间比较短,减速后停留在交换位置。 加速和制动过程的调节时间,也是充分的 .,比例方向阀,输入信号阶跃(信号变化25至75)输入信号阶跃(信号变化0至100) 时的过渡过程特性 时的过渡过程特性,2019/6/22,流量特性 加速与减速 流量正变化或负变化,由比例阀来加以控制。这些预调设定值,即在哪个时间流量应发生变化进而控制阀芯位置发生变化,都由操纵比例电磁铁的电控制器来设定。由放大器预调的设定值,在给定时间内,变化到该设定值的终值。 电控器的这一功能块,称为斜坡发生器。设定值变
18、化所需的时间间隔称为斜坡时间。 例如:在2秒钟内,设定值从零变化到最大值。 加速时间短 加速度大 例如:在5秒钟内,设定值从零变化到最大值。 加速时间长 加速度小,比例方向阀,2019/6/22,比例方向阀,流量特性 功率域 与一般开关型方向阀一样,在比例阀中也存在功率域问题。 在这里,令人感兴越的是不带位移传感器的直控阀的性能。在较大压差P作用下,这种直控阀的流量增大到功率界极限时,液动力会自动将阀口关小,流量不再增大。由此,在这里可以讲存在一种“自然的”功率域。 流量特性 控制范围(分辨率) 控制范围(在实践上,常称为调节范围,或调速比),可理解为最大与最小控制流量之比。对于不带位移传感器
19、的比例方向阀,调节范围是1:20。假如最大流量是40L/min,则最小流量是2L/min。在这里重复误差起重要作用。重复误差在数值上必须显著地低于最小流量。带位移传感器的比例方向阀,其控制范围是1:100。,2019/6/22,流量特性 阀芯结构型式 含中间过渡形式的滑阀机能图,比例方向阀,2019/6/22,比例方向阀,直控式比例方向阀 实用性说明: 注意阀的油口与液压缸的油口相连时,只有当比例阀与执行器之间的连接管路尽可能短时,才有可能达到优化的运动特性值。 每个液压系统,都可用一个弹簧质量系统来描述。其最大可能的加速度决定液压装置的调整时间,或由弹簧质量系统本身来决定的。 (比例控制系统
20、设计准则),2019/6/22,先导式比例方向阀 (1)结构原理 (单边弹簧对中型先导式比例方向阀 ) 与开关式阀一样,大通径的比例阀也是采用先导控制型结构。而推动主阀芯运动所需的操纵力,也还是问题的关键。 通常,10通径以及小于10通径的阀为直接控制式,大于10通径的为先导控制式。 先导式比例方向阀(图)由以下几部份组成:带比例电磁铁(1)和(2)的先导阀(3),带主阀芯(8)的主阀(7),对中和调节弹簧(9)。 先导阀配用具有电流 力特性的力调节型比例电磁铁。,比例方向阀,2019/6/22,比例方向阀,机能符号,2019/6/22,比例方向阀,比例方向阀特点 1) 结构上与三位四通弹簧对
21、中型方向阀相似。 2) 对污染的感性较小。 3) 一个阀可同时控制液流的方向及流量。在过程控制中,可在没有 附加方向阀及节流阀的情况下,实现快速和低速行程控制。速度的变化过程,不是跳跃式,而是无级变化。 4) 具有像先导控制方向阀一样的较大的阀芯行程。 5) 流入和流出执行器(缸或马达)的液流,都要受到两个控制阀口的约束(控制作用)。 6) 与电控器配合,可方便可靠地实现加速及减速过程。加减速时间可由电控器预调,而与油液特性(如粘度)无关。 输入电流与直流电磁铁一样。,2019/6/22,比例压力阀,比例压力阀用来实现压力遥控,压力的升降随时可通过电信号加以改变。 工作系统的压力可根据生产过程
22、的需要,通过电信号的设定值来加以变化,这种控制方式常称为负载适应控制。,2019/6/22,比例压力阀,1、直控式比例溢流阀 (1)结构 壳体(1) 电感式位移传感(3) 比例电磁铁(2) 阀座(4) 阀芯(5) 压力弹簧(6),2019/6/22,比例压力阀,(2)原理 位置调节型电磁铁, 代替手调机构进行调压。 给出的设定值,经放大器 产生一个与设定值成比例 的电磁铁位移。它通过弹 簧座(7)对压力弹簧(6) 预加压缩力,并把阀芯压在阀座上。弹簧座的位置,即电磁铁衔铁的位置(亦即压力的调节值),由电感式位移动感器检测,并与电控器配合,在一个位置闭环中进行监控。与设定值相比出现的调节偏差,由
23、反馈加以修正。按这个原理,消除了电磁铁衔铁等的磨擦力影响。,2019/6/22,比例压力阀,(3)压力等级 最高调定压力,以压力等级为准 (25bar,180bar,315bar)。不同的压力等级,通过不同的阀座,即不同的阀座直径达到。因为电磁力保持不变,当阀座直径最小时压力最高。这里给出了25bar压力等级曲线。,2019/6/22,比例压力阀,(4)进口压力与控制电流的关系 最高调定压力,以压力等级为准。不同的压力等级(50bar,100bar,200bar,315bar) ,通过不同的阀座,即不同的阀座直径来实现。 除了一般的特性曲线,如“流量压力特性曲线”之外,还有一条重要的特性曲线是
24、“控制电流进口压力特性”,2019/6/22,机能符号,比例压力阀,2019/6/22,比例压力阀,原理 带有比例电磁铁(2)的先导级(1) 最高压力限制(3)(供选择) 带主阀芯(5)的主阀(4),2019/6/22,电液比例技术在锻压行业的应用:,在锻压设备中,折弯机已成为最受人们欢迎的金属成型设备之一,近年来随着工艺水平的不断提高,其加工的工艺范围越来越广。它的应用范围遍及航空、造船、铁路、电工、矿山、工程机械、冶金、汽车、农机、轻工、仪表、纺织、电子等几乎各个工业领域。,我公司PPE双机联动折弯机,2019/6/22,数控电液比例折弯机的主要构成,PPEB系列的电液伺服同步系统 随着数
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