怎样设计一个液压系统（2）——控制系统的设计

只有快乐

      上一个文章讲了液压系统设计的第一步，我们首先将主机对液压系统的要求转化成相应的参数要求并用自己的经验选出了合适的执行机构并且确定了系统压力和系统流量两个重要参数，但是执行机构有了是不够的，我们还需要控制机构来控制他们，让他们按照操作者的意图实现动作。下面这篇文章就来谈一下控制系统如何设计。
液压设计的顺序
* V, B5 Y2 E! H; `8 I+ B第一步，明确主机提出的要求，选择执行机构。
$ \" Z, K; z1 A1 @9 \      想看这个点下面的链接：怎样设计一个液压系统
第二步，控制系统的设计
  p/ c1 e, Y' e      液压系统按照控制方式来分的话可以简单分为两类：       1.泵控系统；2. 阀控系统。
$ Z: ?0 {! ?5 G) ]. W1、泵控系统

      图片是一个比较复杂的泵控电液伺服速度控制系统图，图片虽然有点复杂，但是我们先看一下主系统，这是一个闭式系统由变量泵带动一个液压马达。
/ _0 j& m" `' o" j, p7 o      这个主系统就是一个泵控系统，所谓的容积控制，执行机构（液压马达）的运转方向和速度是通过改变变量泵转向和斜盘摆角来控制的，也就是说执行机构的控制直接通过油泵来控制不需要经过我们常见的控制阀，图片上这种闭式系统就是一个典型的泵控系统。泵控系统与闭式系统的结合增加能够发挥功率损失小的优点。
泵控和阀控是用控制方式来分类的液压系统，开式系统和闭式系统是按照系统结构来分类的，并不是说泵控只能用于闭式或者阀控只能用于开式，他们可以互相穿插配合，不过闭式多用泵控开式多用阀控，这与他们的固有特点和价格来决定的。至于开式系统和闭式系统的内容假如坛友想要了解更多可以看我以前写过的一个帖子。为什么选择闭式系统而不用开式系统
* Q6 r+ Z- m, }: _9 a      上面说泵控是容积控制，通过改变泵输出的容积也就是流量的大小和方向来改变执行机构的速度大小和运动方向。这里又衍生出两个方法来改变泵输出流量：①使用变量泵改变泵的摆角方向和摆角大小来控制流量。②改变驱动装置的转速和方向来控制。衍生出伺服电机驱动，变频电机控制，发动机结合CAN控制，这里不展开来说，等以后单拿出来一个一个说，展开就太多了。控制方式有很多种组合，他们虽然都能够实现同一个功能但是彼此之间的控制精度，可靠性，成本区别巨大，需要设计和根据主机的行业特点来合理选择。
7 m2 L1 I0 O( G5 a  E- A7 Z$ @      假如是初学者临时被抓壮丁来搞一个液压系统一般不会接触到这么多的东西，你只需要了解有这样的东西存在就可以了假如真要做的话就需要专业的供应商来解决了，我一直说最牛的液压工程师其实都在液压原件公司里尤其是液压阀厂家里，例如HAWE,Rexroth等。——不禁感慨制造业还是要看德国。
8 g: u* N  e  m# @* p1 X' X; U      图片上主系统是一个泵控闭式系统，但是他又比一般的系统多出一个闭环控制。这里又引出一个概念，按照电气自动控制方面来分液压系统可以做成闭环控制和开环控制，图片中马达的转速经过采集信号以后反馈给伺服阀进而通过伺服油缸来改变变量泵的摆角最终改变流量来作用到马达上，形成一个封闭的反馈控制，这样的控制精度可以做的比较高并且能够自动补偿误差。把这一堆自动控制砍掉就变成一个普通的开环控制。
3 z! M4 J+ B6 j/ R4 H, D这个闭环控制里面执行部分是一个伺服阀和一个伺服油缸，油缸的动作通过一个阀来控制，这就是接下来要谈的阀控系统。
2、阀控系统
      阀控系统核心就是节流控制，相对于泵控的容积控制在油泵和执行机构之间多了一个控制阀。他的优点就是响应快，速度稳定，系统结构简单，价格低。但是也有缺点那就是功率损失大，发热大，看到“节流控制”里面的“节流”二字你就知道阀控的“节流”损失是这种系统与生俱来的特点，但阀控系统结构简单 成本低 这也是为什么现在阀控系统仍然占据主要市场的原因。
8 {7 Q; f2 T7 ?0 ^2 A      阀控系统的几个类型：
, K& \4 j3 @, N& [: a' y2 Ba、伺服阀系统

: ]. j* v% D, s% u8 A' U      图中是一个喷嘴挡板式电液伺服阀的典型结构原理图。伺服阀本质上是一个放大器，他把接收到的电信号成比例的转换成液压能量来输出，完成功率的放大，它是一种电液转换和功率放大元件。工业液压上应用比较多。
" {) ]- q$ g6 E, h      伺服阀接受电信号后，力矩马达（电磁铁）推动挡板移动改变喷嘴两边液阻产生液压力推动主阀芯移动，阀芯的位移量与力矩马达的输入电流成正比。这个控制电信号可以来自于闭环控制这样就构成一个自动控制系统，电液伺服阀广泛地应用于电液位置,速度,加速度,力伺服系统,以及伺服振动发生器中。当你对一个系统的动作速度和精度动作频率有高要求的时候就要考虑用到伺服系统，伺服系统的难度其实是在带起控制上，我们液压工程师根据样本完成选型就可以了，系统最终的特性都要电气信号来控制，假如你要做一个这样的系统一定一开始就拉上一个搞电气靠谱的工程师，我们是液压工程师是连接电控和机械部分的桥梁，主机对我们提要求，我们对电气提要求。
& U) c1 W9 k" q* Kb、负载敏感阀系统
' w! u: a& u; U      行走液压系统上大量的应用，负载敏感系统是一种感受系统压力-流量需求，且仅提供所需求的流量和压力的液压回路。负载敏感控制系统的功率损耗较低，效率远高于常规液压系统。高效率、功率损失小意味着燃料的节省以及液压系统较低的发热量。负载敏感控制技术本应用于构造一种未来的传动及控制系统，其高效的特点使负载敏感控制成为所有传动及控制系统的理想设计方案。负载敏感阀再工程机械、煤矿机械、石油机械、海工等大量，可以用于定量系统和变量系统，控制多路负载彼此动作互不影响，调速性好结构紧凑。他比普通多路阀更加智能可以感受到负载所需流量和压力变化自动调节，从而达到按需供油以达到节能的目的。
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      图示是HAWE负载敏感多路阀配负载敏感变量泵的系统，这个系统在这种开式阀控系统里面基本上做到头了，负载敏感阀是德国HAWE公司压箱底的东西，做的确实好。见过一个海工上返修的阀，已经用了十年时间经过10年海水的侵蚀表面已经锈蚀不堪，但是清理过后上试验台检测一切正常，阀片间连渗油现象都没有，最终只是换了两个新手柄，再次上舰继续为打海盗事业做贡献。力士乐也有负载敏感阀但是多采用铸造阀体结构太大笨重不好布置，HAWE的阀都是加工件并且模块化设计改造容易。市场上对阀后补偿的负载敏感阀也有一定需求，但是这种阀结构更复杂维修性差，价格也高，除非有特需求例如转向、制动功能面临流量欠饱和的情况下都可以用阀前补偿的。

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现在CAN总线阀在工程机械上应用也越来越多，引领液压系统向更加智能化的道路上发展，CAN总线技术终极形态的液压系统我相信可以做到汽车电气系统那种可靠性以及自动故障检测的功能。附一张图片大家大概看一下，这里不展开了。

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c、普通多路阀、板式阀、插装阀

      这两种阀用在农业机械、市政机械上比较多，一般的液压教材上讲液压系统一般都是用这种阀举例子，大家应该接触比较多。这里要注意几点1.买正规渠道产品，市面上假货太多，防不胜防。2.这种系统也没有大家想的那么简单，因为产品本身问题故障比较多，这就是考验工程师的地方，设计时一定要充分了解产品和厂家。3.板式阀一般阀块不是标准件，找一个专业的供应商能让你轻松不少。

      插装阀我一般谨慎态度，插装阀已经发展很成熟了通过不同的组合能够实现你想要的任何功能，特别适合于特种设备和高度专用的应用场合，空间占用小，设计插装阀组能够体现出工程师的水平差别，有一些厂家倾向于使用插装阀，虽然我也用过一些阀组，有一些也是按需要设计的新的阀组，但是又一次某一个急用的产品因一个阀芯损坏瘫痪以后，我满世界找不到的时候我就发现是多么被动了，多路阀和板式阀维修是容易的，而插装阀芯的维修需要更专业了。我还是建议大家除非特别专用的部分或者流量特别大的地方用插装阀，其他地方还是要慎重。

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      总结一下，这篇文章只能是一个提纲式的概述，有一些地方不能够展开说的很详细，希望刚开始的液压设计者们能够了解一下原因控制系统常用的几种形式，我写到的东西能够和您心里构思的方案印证一下，这样就能够更高效的开展接下来的工作，具体有案例可以大家具体再分析。有一句话魔鬼在细节里，其实经验也是在细节里。

      液压系统有了执行机构和控制系统以后就差另外一个重要组成部分了，那就是——液压泵站。下一篇文章就来讲一讲液压泵站的设计。

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麦田守望者bj

学习了，谢谢

TADDYBOY

搬个小板凳，认真学习

liangquan6

应该要对控制理论有一定的了解！还要对液压传动系统的设计有丰富的经验

a118376

學習了，謝謝

universal

伺服阀原理讲错了，阀芯的位移量与力矩马达的输入电流不成正比，而是与放大器输入近似成线性关系，阀芯由位移传感器与放大器构成闭环来精确控制，也有不带LVDT的仅靠力反馈杆的，铍青铜弹簧管变形稍大就呈非线性，所以伺服阀仅在零点附近线性稍好一些（不考虑正负遮掩）。伺服阀的系统不是电气工程师的事，反正我没见过哪个电气工程师能搞得定，起码传函就写不好。

liutx

讲得特别细，好好学习下

刘亚晓

讲的很好，可以说是大开眼界，但是对于我们这种没有经过专业培训，只是从工作中学习的人看着稍微有点吃力，整体还好，就是控制系统讲的有点复杂了

wz5122

受教了，好知识。

hzdfyy

赞一下楼主，写的很好。但对于初学者内容太深了一些。