怎樣設計一個液壓系統（2）——控制系統的設計

只有快樂

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      上一個文章講了液壓系統設計的第一步，我們首先將主機對液壓系統的要求轉化成相應的參數要求并用自己的經驗選出了合適的執行機構并且確定了系統壓力和系統流量兩個重要參數，但是執行機構有了是不夠的，我們還需要控制機構來控制他們，讓他們按照操作者的意圖實現動作。下面這篇文章就來談一下控制系統如何設計。
9 q. E' m4 X5 E& V& r4 e5 B液壓設計的順序
第一步，明確主機提出的要求，選擇執行機構。
$ O$ p0 h: t) i( W3 N  N      想看這個點下面的鏈接：怎樣設計一個液壓系統
第二步，控制系統的設計
      液壓系統按照控制方式來分的話可以簡單分為兩類：       1.泵控系統；2. 閥控系統。
/ Y$ G( T9 k! p& E8 O6 f1、泵控系統
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      圖片是一個比較復雜的泵控電液伺服速度控制系統圖，圖片雖然有點復雜，但是我們先看一下主系統，這是一個閉式系統由變量泵帶動一個液壓馬達。
% n6 P* m2 q9 b; P9 p' V      這個主系統就是一個泵控系統，所謂的容積控制，執行機構（液壓馬達）的運轉方向和速度是通過改變變量泵轉向和斜盤擺角來控制的，也就是說執行機構的控制直接通過油泵來控制不需要經過我們常見的控制閥，圖片上這種閉式系統就是一個典型的泵控系統。泵控系統與閉式系統的結合增加能夠發揮功率損失小的優點。
泵控和閥控是用控制方式來分類的液壓系統，開式系統和閉式系統是按照系統結構來分類的，并不是說泵控只能用于閉式或者閥控只能用于開式，他們可以互相穿插配合，不過閉式多用泵控開式多用閥控，這與他們的固有特點和價格來決定的。至于開式系統和閉式系統的內容假如壇友想要了解更多可以看我以前寫過的一個帖子。為什么選擇閉式系統而不用開式系統
' R7 B, O& O  {1 U+ D      上面說泵控是容積控制，通過改變泵輸出的容積也就是流量的大小和方向來改變執行機構的速度大小和運動方向。這里又衍生出兩個方法來改變泵輸出流量：①使用變量泵改變泵的擺角方向和擺角大小來控制流量。②改變驅動裝置的轉速和方向來控制。衍生出伺服電機驅動，變頻電機控制，發動機結合CAN控制，這里不展開來說，等以后單拿出來一個一個說，展開就太多了。控制方式有很多種組合，他們雖然都能夠實現同一個功能但是彼此之間的控制精度，可靠性，成本區別巨大，需要設計和根據主機的行業特點來合理選擇。
4 k4 P; w: A3 w( j      假如是初學者臨時被抓壯丁來搞一個液壓系統一般不會接觸到這么多的東西，你只需要了解有這樣的東西存在就可以了假如真要做的話就需要專業的供應商來解決了，我一直說最牛的液壓工程師其實都在液壓原件公司里尤其是液壓閥廠家里，例如HAWE,Rexroth等。——不禁感慨制造業還是要看德國。
      圖片上主系統是一個泵控閉式系統，但是他又比一般的系統多出一個閉環控制。這里又引出一個概念，按照電氣自動控制方面來分液壓系統可以做成閉環控制和開環控制，圖片中馬達的轉速經過采集信號以后反饋給伺服閥進而通過伺服油缸來改變變量泵的擺角最終改變流量來作用到馬達上，形成一個封閉的反饋控制，這樣的控制精度可以做的比較高并且能夠自動補償誤差。把這一堆自動控制砍掉就變成一個普通的開環控制。
這個閉環控制里面執行部分是一個伺服閥和一個伺服油缸，油缸的動作通過一個閥來控制，這就是接下來要談的閥控系統。
, C- m  |" ^! Y( E$ t5 ^ 2、閥控系統
# {1 K: y8 R1 q6 Z6 f- H1 F      閥控系統核心就是節流控制，相對于泵控的容積控制在油泵和執行機構之間多了一個控制閥。他的優點就是響應快，速度穩定，系統結構簡單，價格低。但是也有缺點那就是功率損失大，發熱大，看到“節流控制”里面的“節流”二字你就知道閥控的“節流”損失是這種系統與生俱來的特點，但閥控系統結構簡單 成本低 這也是為什么現在閥控系統仍然占據主要市場的原因。
      閥控系統的幾個類型：
: ^) C3 p  b; b# B3 za、伺服閥系統

7 T6 K  c5 ]+ ?8 v7 r, V      圖中是一個噴嘴擋板式電液伺服閥的典型結構原理圖。伺服閥本質上是一個放大器，他把接收到的電信號成比例的轉換成液壓能量來輸出，完成功率的放大，它是一種電液轉換和功率放大元件。工業液壓上應用比較多。
      伺服閥接受電信號后，力矩馬達（電磁鐵）推動擋板移動改變噴嘴兩邊液阻產生液壓力推動主閥芯移動，閥芯的位移量與力矩馬達的輸入電流成正比。這個控制電信號可以來自于閉環控制這樣就構成一個自動控制系統，電液伺服閥廣泛地應用于電液位置,速度,加速度,力伺服系統,以及伺服振動發生器中。當你對一個系統的動作速度和精度動作頻率有高要求的時候就要考慮用到伺服系統，伺服系統的難度其實是在帶起控制上，我們液壓工程師根據樣本完成選型就可以了，系統最終的特性都要電氣信號來控制，假如你要做一個這樣的系統一定一開始就拉上一個搞電氣靠譜的工程師，我們是液壓工程師是連接電控和機械部分的橋梁，主機對我們提要求，我們對電氣提要求。
1 ?6 p8 N" p6 R7 v1 V' lb、負載敏感閥系統
/ y6 D; V4 f8 T      行走液壓系統上大量的應用，負載敏感系統是一種感受系統壓力-流量需求，且僅提供所需求的流量和壓力的液壓回路。負載敏感控制系統的功率損耗較低，效率遠高于常規液壓系統。高效率、功率損失小意味著燃料的節省以及液壓系統較低的發熱量。負載敏感控制技術本應用于構造一種未來的傳動及控制系統，其高效的特點使負載敏感控制成為所有傳動及控制系統的理想設計方案。負載敏感閥再工程機械、煤礦機械、石油機械、海工等大量，可以用于定量系統和變量系統，控制多路負載彼此動作互不影響，調速性好結構緊湊。他比普通多路閥更加智能可以感受到負載所需流量和壓力變化自動調節，從而達到按需供油以達到節能的目的。
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      圖示是HAWE負載敏感多路閥配負載敏感變量泵的系統，這個系統在這種開式閥控系統里面基本上做到頭了，負載敏感閥是德國HAWE公司壓箱底的東西，做的確實好。見過一個海工上返修的閥，已經用了十年時間經過10年海水的侵蝕表面已經銹蝕不堪，但是清理過后上試驗臺檢測一切正常，閥片間連滲油現象都沒有，最終只是換了兩個新手柄，再次上艦繼續為打海盜事業做貢獻。力士樂也有負載敏感閥但是多采用鑄造閥體結構太大笨重不好布置，HAWE的閥都是加工件并且模塊化設計改造容易。市場上對閥后補償的負載敏感閥也有一定需求，但是這種閥結構更復雜維修性差，價格也高，除非有特需求例如轉向、制動功能面臨流量欠飽和的情況下都可以用閥前補償的。

現在CAN總線閥在工程機械上應用也越來越多，引領液壓系統向更加智能化的道路上發展，CAN總線技術終極形態的液壓系統我相信可以做到汽車電氣系統那種可靠性以及自動故障檢測的功能。附一張圖片大家大概看一下，這里不展開了。

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c、普通多路閥、板式閥、插裝閥

      這兩種閥用在農業機械、市政機械上比較多，一般的液壓教材上講液壓系統一般都是用這種閥舉例子，大家應該接觸比較多。這里要注意幾點1.買正規渠道產品，市面上假貨太多，防不勝防。2.這種系統也沒有大家想的那么簡單，因為產品本身問題故障比較多，這就是考驗工程師的地方，設計時一定要充分了解產品和廠家。3.板式閥一般閥塊不是標準件，找一個專業的供應商能讓你輕松不少。

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      插裝閥我一般謹慎態度，插裝閥已經發展很成熟了通過不同的組合能夠實現你想要的任何功能，特別適合于特種設備和高度專用的應用場合，空間占用小，設計插裝閥組能夠體現出工程師的水平差別，有一些廠家傾向于使用插裝閥，雖然我也用過一些閥組，有一些也是按需要設計的新的閥組，但是又一次某一個急用的產品因一個閥芯損壞癱瘓以后，我滿世界找不到的時候我就發現是多么被動了，多路閥和板式閥維修是容易的，而插裝閥芯的維修需要更專業了。我還是建議大家除非特別專用的部分或者流量特別大的地方用插裝閥，其他地方還是要慎重。

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      總結一下，這篇文章只能是一個提綱式的概述，有一些地方不能夠展開說的很詳細，希望剛開始的液壓設計者們能夠了解一下原因控制系統常用的幾種形式，我寫到的東西能夠和您心里構思的方案印證一下，這樣就能夠更高效的開展接下來的工作，具體有案例可以大家具體再分析。有一句話魔鬼在細節里，其實經驗也是在細節里。

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      液壓系統有了執行機構和控制系統以后就差另外一個重要組成部分了，那就是——液壓泵站。下一篇文章就來講一講液壓泵站的設計。

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麥田守望者bj

學習了，謝謝

TADDYBOY

搬個小板凳，認真學習

liangquan6

應該要對控制理論有一定的了解！還要對液壓傳動系統的設計有豐富的經驗

a118376

學習了，謝謝

universal

伺服閥原理講錯了，閥芯的位移量與力矩馬達的輸入電流不成正比，而是與放大器輸入近似成線性關系，閥芯由位移傳感器與放大器構成閉環來精確控制，也有不帶LVDT的僅靠力反饋桿的，鈹青銅彈簧管變形稍大就呈非線性，所以伺服閥僅在零點附近線性稍好一些（不考慮正負遮掩）。伺服閥的系統不是電氣工程師的事，反正我沒見過哪個電氣工程師能搞得定，起碼傳函就寫不好。

liutx

講得特別細，好好學習下

劉亞曉

講的很好，可以說是大開眼界，但是對于我們這種沒有經過專業培訓，只是從工作中學習的人看著稍微有點吃力，整體還好，就是控制系統講的有點復雜了

wz5122

受教了，好知識。

hzdfyy

贊一下樓主，寫的很好。但對于初學者內容太深了一些。