液压控制工程的发展及应用
摘要:主要介绍液压控制工程的发展及电液控制技术的发展趋势和应用
1 流体传动及控制学科的发展概况
流体传动是液压传动与气压传动的总称。流体传动与控制是一门利用流体(包括液体与气体)实现功率或信号的传递、转换及控制的新型技术学科。其中有3个含义:(1)作介质-流体(包括液体与气体);(2)作用-功率或信号的传递;(3)性质-新型技术学科。
流体传动的发展经历了从水压传动→液压传动→流体传动与控制→电液控制工程的过程。水磨和风车是流体动力最古老的应用实例。随后是油压机的诞生,它开创了现代液压技术的新纪元。液压技术的发展经历如下:1650年帕斯卡提出了液体静压传递原理;
1750年伯努利揭示了流体在管内流动的能量守恒定律;1795年英国的约瑟夫•布拉曼发明了世界上第一台水压机;1905年美国工程师威廉斯和詹尼将工作介质水改为油,这项改进具有划时代的贡献,改变了液压技术近百年停滞不前的局面,所以,液压界普遍认同1905年是现代液压技术的起始年。
在20世纪40年代,亦即第二次世界大战期间,由于军事工业的迫切需要,大大推进了液压技术的进步。在美国的机床制造业中,当时就有30%应用了液压传动。在20世纪中期,美国的MIT利用反馈技术制成了电液伺服阀,后来用于海军舰艇的操作设备,用于飞机作液压助动器,控制飞机舵面,在军事工程领域首先应用电液伺服控制技术,促进了电液控制技术的发展。20世纪60年代,针对电液伺服控制对油液过滤精度要求苛刻,制造和维护费用高等原因,电液比例控制技术应运而生。电液伺服、比例技术开创了近代液压技术的新篇章。
2 流体传动及控制的优点与不足
流体传动及控制具有很多优点:流量和压力具有良好的可控性,可实现较宽的调速范围,能较方便地实现无级调速;易于实现过载保护;具有防锈和自润滑能力,使用寿命长;在输出同等功率条件下,液压传动体积小、重量轻,即动力密度大;便于布局,适宜中距离传输和分配动力;易于实现系列化、标准化、通用化及自动化。
当然,它也是有不少缺点的:由于泄漏和管道的弹性变形等原因,液压传动不宜用于传动比要求严格的场合;液压传动如密封不严或零件磨损后产生渗漏,影响工作机构运动的平稳性和系统效率,而且污染环境;液压系统混入空气后,会产生爬行和噪声等;液压传动的能量损失较大,系统效率较低;故障不易查找等。
3 液压技术面临电子技术的挑战
随着电子技术的飞速发展,它对液压技术带来了很多挑战同时也带来了很多机遇。而且工程实际对液压系统提出了更高的要求。
充分利用电子技术,可以使液压技术走出低谷;可以采用电子技术来强化液压技术这是历史的必然;液压技术与电子技术的结合,开创了液压技术发展的新篇章!当今日新月异的微电子技术和计算机技术又使液压技术驶入了的发展的高速公路。总之,把握好当今难得的发展机遇,充分开创液压技术与电子技术相互交叉的领域的研究,为传统的液压技术注入新的活力。
4 电液控制原理及电液控制系统
电液控制的基本理论支柱包括:静压传递原理、流量连续性方程和伯努利方程。电液控制系统的基本组成包括:动力元件、控制元件、执行元件、辅助元件和工作介质。另外还有电液相似原理的应用,对开关量控制与连续量控制以及电液比例、伺服控制原理等。
5 电液比例、伺服控制系统及其应用
由于电液比例、伺服控制系统的优势,它已经广泛应用在国民生产的各个部门:
工程机械:挖掘机、装载机、推土机、振动压路机等;
交通运输:汽车吊车、叉车、港口龙门吊、船舶液压舵机等;电力部门:水轮机调速系统;
冶金机械:轧机压下控制系统、连铸机、修磨机、钢带跑偏控制系统等;
兵器工业:火炮控制系统,导弹运输车、导弹发射车等;
轻工机械:注塑机、打包机、校直机等;
汽车工业:汽车动力系统、ABS(防抱死控制系统)、油气悬架系统等;
智能机械:模拟驾驶舱、机器人、折臂式小汽车装卸器等;机床工业:加工中心、加工生产线、自动化机床等。
6 电液控制技术的发展趋势与新成果随着液压技术与电子技术的结合,电液控制技术有了很多新成果和趋势:
6.1多功能集成电液元件的开发(亦称整体闭环式电液元件);
6.2具有数字接口的电液元件和检测元件;
6.3采用现代控制理论对液压系统动态特性进行补偿;
6.4液压伺服系统的非线性控制、鲁棒控制和智能控制等;
6.5液压伺服控制的神经网络算法及相应硬件实现;
6.6机器人伺服系统的解耦与特性补偿。
总之,必须用电子技术强化液压技术,因为这种结合具有非常明显的优势:节能降耗、不污染环境、高压化、集成化、轻量化、机电一体化、智能化等。
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