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控制系统 - 运动控制技术社区

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    液压与气压传动系统基本原理

    GeorgeEllis 2010-01-14 10:42
      目前运动控制系统常用的主要传动方式有液压传动、气压传动和电气传动等三种基本类型。随着对操作高速度与高精度的要求,操作的日益复杂化,以及对传动方式的便利程度的选择,目前电气驱动装置优势明显,所占有的比例越来越大。但是在运动控制系统发展的初期,由于大多采用曲柄连杆机构以及点位控制,液压与气压传动方式得到广泛应用。目前在需要出力很大,或运动精度不高或有防爆要求的场合,液压与气压传动仍可获得满意的应用。鉴于电气驱动系统已在本书的前面各章作了详细的阐述,本章主要对液压与气动驱动系统作一个人门性的介绍。
      机器人技术是当代高新技术的汇合点之一,涉及力学、运动学、机械学、控制论、电工电子和计算机技术等学科,尤其是运动控制系统的理论和技术的综合体现。
     
    液压传动的基本原理
         液压传动广泛应用于国防工业的坦克、飞机、舰艇、导弹、火箭和民用工业的各种机床、油压机、连铸机、装载机、挖掘机、混凝土泵车等。总之,一切有机械设备存在的工程领域中都可能采用液压传动。从1795年第一台水压机问世,到19世纪已制造出了液压传动的龙门刨床和磨床。二次大战中,因军事上的需要又出现了液压伺服系统。近20年来,液压传动又在比例控制、二通插装阀、球式逻辑阀、交流液压技术及液压计算机辅助设计方面出现了大量新技术,使液压传动从一般传动推进到了高精度、全自动、智能化的高技术领域,出现了大量的机、电、液、计算机一体化的现代化设备。
         液压传动以油(水)作为工作介质,系统可以是开环的或是闭环的,可以是直线的或是旋转的。大多数的开环控制能实现点到点的精确控制,但中间不能停留,有时称这种方式为砰一砰(bang-bang)控制,因为它从一个位置到另一个位置是碰到一个挡块后才停下来。而闭环的液压系统能实现精确的位置控制,如液压伺服控制与电子技术的结合,构成完美的电液伺服系统,是当今机电一体化高技术的核心技术。特别是全数字式液压伺服控制技术,已成为20世纪90年代高科技的重大成果之一。
         液压驱动优越于电气驱动的根本之处是它的本质安全性。例如喷漆环境因为存在着电弧引爆的可能性,对安全性提出了严格的要求,要求在易爆区域中所带电压不超过9V,如采用电动机驱动就要进行密封防爆处理,而液压系统因为不存在电弧问题,因此在易爆气体的应用环境中大都选用液压驱动。
         液压技术涉及不可压缩的液体的运动,其理论基础是流体力学中的帕斯卡定理和伯努利定理。帕斯卡定理指出压力在液体中的各方向上相等地传输。伯努利定理则指出如果没有摩擦和做功,流体的能量守恒。
         液压传动是利用密封工作容积内液体的压力能来完成由原动机向工作装置的能量或动力的传递、转换与控制。所依据的最基本的原理就是物理学和流体力学中液体不可压缩和液体中压强向各方向作等值传递的特性。在图14.1中大小两个液压缸用油管连接,当小活塞受力并向下移动时,小液压缸排出的液体进入大液压缸,由于液体不可压缩,则小液压缸排出的液体体积等于大液压缸流入的液体体积,迫使大活塞上升推动负载做功。由于两个液压缸中的压强相同,故当小活塞1上作用较小的主动力时,就可以平衡作用于大活塞2上很大的负载力。这就是我们常见的液压千斤顶和油(水)压机的工作原理。设两个油缸的截面分别是Sl和S2,工作中的行程分别是Z.和Z:,则存在下列关系L1/Ll2=S1/S2  F1/F2=S1/S2
         从能量转换角度来看,小液压缸是把小活塞作用的机械能转变成液压能(压力、流量),大液压缸则把这个液压能又重新转换成推动负载的机械能。在这个过程中,力得到了放大,但是输入的功F1l1等于输出的功F2l2,能量是守恒的。

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    韩斐 2011-10-04 10:33
    液压传动的基本原理
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