液压伺服控制具有众多优点,导致其广泛的应用。但它也有一些缺点,限制了它的使用。
液压元件的功率重量比和扭矩惯量比(或力质量比)较高,可以创建紧凑、轻量、高加速度的伺服系统。这一优势在中、大功率伺服系统中尤为明显。
为了说明这一点,对液压元件和电气元件进行了比较。
电气元件的最小尺寸取决于最大有效磁通密度和功率损耗产生的热量(与电流密度有关)。最大有效磁通密度受到磁性材料饱和度的限制,并且散热具有挑战性。因此,电气元件更大,功率重量比和扭矩惯量比更小。
液压元件功率损失所产生的热量可由油携带至散热器,其大小主要取决于最大工作压力。由于最大工作压力较高(目前可达32MPa),液压元件结构紧凑、重量轻,但能提供较大的输出力或扭矩,从而获得较高的功率重量比和扭矩惯量比(或力惯性比)。 -质量比)。
一般液压泵的重量仅为同等功率电动机的10%-20%,体积约为后者的12%-13%。液压马达的功率重量比一般是等效容量电动机的10倍,扭矩惯量比是电动机的10~20倍。
液压动力元件具有优异的速度特性,从而实现快速的系统响应。由于其高扭矩惯量比(或力质量比),这些组件具有强大的加速能力,可实现高速启动、停止和反转。例如,中功率电动机的加速需要几秒钟的时间,而相同功率的液压马达的加速只需要大约十分之一的时间。
系统中液压油的高体积模量会因油的可压缩性而产生较大的液压弹簧刚度。再加上液压动力元件惯性比小,使得液压系统固有频率高,响应速度快。固有频率一个>
与液压系统相同压力和负载的气动系统液压系统响应速度仅为液压系统的1/50。一个>
液压伺服系统具有较高的抗负载刚度,意味着输出位移受负载变化影响极小,保证了定位准确和控制精度高。
由于液压固有频率高,液压伺服系统,特别是电液伺服系统,可以具有较大的开环增益,从而实现高精度和响应性。
而且液压系统中油液的压缩性很小,泄漏也很小,导致液压动力元件的速度刚度很大,形成闭环系统时位置刚度很高。电动机的开环速度刚度约为液压马达的五分之一,而电动机的位置刚度接近于零。
因此,电动机只能用于构成闭环位置控制系统,而液压马达(或油缸)则可以用于开环位置控制,当然,闭环液压位置控制系统的刚度为远高于开环。由于气体的可压缩性,气动系统的刚度仅为液压系统的1/400。
2、液压伺服控制的缺点
液压元件,特别是精密液压控制元件(如电液伺服阀)的耐污染能力较差,对工作液压油的清洁度要求较高。受污染的流体会导致阀门磨损,降低其性能,甚至堵塞阀门,妨碍正常运行。
这是液压伺服系统故障的主要原因,因此需要在此类系统中使用精细过滤器。
液压油的体积弹性模量随油温和混入油中的空气量而变化。油的粘度也会随着温度的变化而变化,因此油温的变化会显着影响系统性能。
当液压元件的密封设计、制造和维护不当时,很容易导致外泄漏,造成环境污染。目前,液压系统仍然广泛使用易燃石油基液压油,漏油可能引起火灾,使其不适合某些应用。
液压元件的制造精度要求较高,导致成本较高。
液压能的获取和远距离传输不如电气系统方便。
3. 总结
液压伺服系统结构紧凑、重量轻、控制精度高、响应速度快。这些优点对于伺服系统极其重要。
此外,还有其他好处:
液压元件润滑良好,寿命长;
调速范围宽,具有优良的低速稳定性;
方便通过油管传输动力;
借助蓄电池轻松储存能量;
液压执行元件有直线位移式和旋转式两种形式,增强了适应性;
过载保护简单明了;
解决系统温升问题很方便。
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