數字液壓缸

數字液壓缸

數字液壓缸(全稱:數字液壓伺服缸)。具有完全數字化的運動特性,即:電脈衝的頻率與油缸的運動速度對應,電脈衝的數量與油缸的行程對應。數字液壓缸是指將步進或伺服電機、液徠壓滑閥、閉環位置反饋設計組合在液壓缸內部,接通液壓油源,所有的功能直接通過數字液壓缸控制器或計算機或可編程邏輯控制器(PLC)發出的數字脈衝信號來完成不同速度下的長度矢量控制的高新技術產品。

簡介


被稱之為數字液壓缸,其最大區別於伺服液壓系統之處在於,數字液壓缸的運動特性完全被數字化,即:電脈衝的頻率與油缸的運動速度對應,電脈衝的數量與油缸的行程對應,而這種對應關係是通過數字油缸內部的設計、製造過程確定好的,無需任何外部的諸如:感測器、調節器、調節參數等來保障。數字液壓缸對於使用者而言,是一個開環控制器件。有人形象的表述對數字液壓缸的使用感受就是:“會數數就會使用數字液壓缸”。

原理


數字液壓實現微米級精密控制的核心是機液閉環的伺服控制技術,其與電液伺服閥控最大的不同在於,它利用巧妙的機械結構實現了液壓作動器的精密反饋控制,使液壓傳動控制大為簡化,讓使用者不必再關心什麼是PID、什麼是頻響、什麼是閥口增益等等複雜的器件特性,將關注點集中在目標需求上。數字液壓不僅大幅降低了技術門檻,對電離電磁、油液污染、衝擊振動、溫度範圍等的耐受也大幅改善,努力做到讓人人會用、用好。
數字液壓缸
數字液壓缸
數字液壓缸是一種集成了機械反饋的直線液壓放大器。在這個緊湊組件里,利用穩定可靠且環境耐受能力更強的機械仿形(滾珠)絲杠,替代了電位移感測器和反饋調節功能。電控步進電機或伺服電機○1帶動閥芯○2在螺母套○3中旋轉,使閥芯產生軸向移動,將閥口打開。根據電機的旋轉方向,P口壓力油將進入液壓缸前或后腔,活塞桿○5伸出或縮回。這時,與活塞桿固定在一起的仿形螺母○4被一起帶動,與其嚙合的仿形螺桿○6被轉動,導致連接在其左側的螺母套○3旋轉並推動閥芯○2返回移動,直至將開啟的閥口關閉,完成液壓缸直線移動對電機轉角的仿形,過程中實現了力矩放大。這是一種帶機械反饋的伺服系統(隨動系統)。根據設計,仿形螺桿可用不同的導程,導程越大,可獲得在一定精度範圍內液壓缸有較快的運動速度。當仿形螺桿採用小導程時,液壓缸其運動速度將會降低,但此時的位置精度將會很高。
數字液壓缸可被看作是電機的特性隨動和功率放大裝置。

分類


目前行業中稱之為:“數字液壓”的技術形式有不少,簡單歸納為以下幾種:
1、控制方式數字化:
主要指利用高速開關閥通過開關占空比不同(PWM,Pulse Width Modulation),實現在單位時間內的流量調節。但由於運動慣量會嚴重影響特性,只能實現很小流量的調節,限制了技術的發展空間;
2、流道通徑數字化:
通過1、2、4、8......可多達128個閥成平方倍(PCM,Pulse Code Modulation)通徑關係的開關閥組合,希望實現流量的數字化調節。這種技術在學術研究領域較多,不僅沒有使其擺脫原本液壓固有的難題,反而其龐大的體積和重量、複雜的結構等,使其沒有了實用價值;
無論以上兩種或是其它類似方式的數字化,其根本目的都是希望用最簡單可靠的方式實現液壓執行器件的方向、速度、位移的精確控制,簡化液壓使用難度。而僅完成了控制的數字化,或流道通徑的數字化,由於負載、系統壓力、油液流動性等諸多因素的不確定,依然無法保證最終液壓執行器件的速度穩定,更無法控制其位移量,依然需要藉助其它檢測、控制手段來實現液壓執行器件的控制調節,本質上與複雜的伺服閥控系統無差別。
3、特性數字化:
無論何種方式的數字化,其根本目的都是希望用最簡單可靠的方式實現液壓執行器件的方向、速度、位移的精確控制,簡化液壓使用難度。這裡所定義的數字液壓是液壓執行器件(缸、馬達)運動特性的數字化,即:電脈衝的頻率對應液壓執行器的速度、電脈衝的數量對應執行器的位移。負載、系統壓力、流體特性、甚至是外泄內泄等的變化,均不影響液壓執行器的需求特性,這樣的技術被定義為數字液壓技術。

技術特點


1、數字技術的優越性能
1.1、適合多參數多系統協同工作。數字液壓相比現有的各種液壓或者機械傳動控制系統,其突出的優勢在於多系統協同和任意控制參數的隨意變化,避免了現有技術需要進行複雜參數調整的致命缺陷。
數字液壓缸
數字液壓缸
1.2、高解析度運動控制精度。可實現大型機械裝備微米級的運動控制,且響應迅速。 1.3、無損失遠程控制執行。可通過網路等遠程進行系統的操控而不用擔心指令信息的損失、滯后或者干擾。
1.4、運動特性完全數字化。速度、行程與電脈衝有直接的對應關係,只要控制好電脈衝,這個自動化系統就簡單實現控制要求
2、優秀的生存力
2.1、高電磁兼容性
2.1.1、高抗干擾。由於傳輸採用數字脈衝功率信號(即作為控制,又作為驅動),因此在最嚴酷的電磁輻射狀態下,系統依然可以良好的工作。該性能大大優於現有的液壓和電氣控制系統。
2.1.2、低電磁輻射。由於數字液壓油缸控制指令環節沒有複雜的電子器件,因此對外產生的電磁泄露很少。
2.2徠、抗大加速度衝擊振動。由於數字液壓器件不採用線性電磁鐵作為控制核心,因此抗衝擊和震動能力大大提高。
2.3、高抗污染。對液壓油的過濾精度沒有嚴格要求,甚至液壓油受到污染,同樣不會造成系統的精度降低,更不會造成嚴重的誤動作甚至是事故。
2.4、寬範圍的工作介質。無論採用礦物油還是水基乳化液等,設置在極端環境下,無論是水或者是壓力氣體都可以讓系統暫時工作(性能稍有降低),這是其他任何控制系統無法實現的。
2.5、容易實現防爆。由於數字液壓控制部件均有防暴型,因此實現防爆十分簡單。
2.6、快速實現自動和手動的轉換控制。極端條件使電氣控制系統實效情況下,數字液壓可以隨時通過簡單和輕便的方式實現人工控制,即便是超大載荷,依然可以單手指操控,避免裝備失控。
3、簡單的設計、使用及維護性。由於數字液壓一個元器件替代了傳統意義上的整個控制系統功能,因此無論從設計、使用還是長期維護等難度大大降低,幾乎沒有過多要求,特別適合非專業人士使用。

使用特點


1、可以實現單缸多段調速、多點定位、兩缸或兩缸以上進行差補運動,完成曲線軌跡運動。
2、動力大,用步進電機作為信號輸出,使液壓缸活塞桿完全按照步進電機的運動而運動,即不失步,又有幾百、幾千噸的推力。因此利用小功率的控制系統,就可使大型機械數控化,節省了方向閥、調速閥、分流閥等液壓件。降低了成本。簡化了系統,縮小了體積,降低事故率。
3、控制系統簡單。一台微機或可編程邏輯控制器(PLC)就可以完成單或多缸的多點、多速控制,也可完成多缸的同步、插補運動。操作簡單、實用性好。
4、液壓系統高度簡化,只需油泵、溢流閥(或數字壓力閥)組成的液壓源就可接管使用,無需任何方向閥、流量閥、調速閥、單向閥、同步閥等繁雜液壓元件。也省略了這些閥件的安裝集成塊,也無需行程開關、繼電器等電氣元件。降低了使用成本和維修成本。
5、具備匯流排控制和連續控制功能。可以實現在計算機匯流排控制系統中,使液壓機械與其他加工設備組成柔性加工單元。
“數字技術的優點和缺點”
數字液壓的最大優點:
1.簡單。
2.故障少。
3.價錢便宜。
4.不需液壓和控制專業知識也能搞出高水平的液壓控制系統
5.大大減少了系統設計工作。
6.大大減少了現場調試。
7.基本上沒有了控制難題。
8.縮小了從業人員技術水平差距(專家和新從業人員間減小了差距)。
9.產品統一化,簡化設計製造工作量。
10.可以促成許多行業的技術進步。
數字液壓的最大缺點:
1.沒有了權威和專家。
2.許多液壓元件工廠可能沒活干(最為可怕)。
3.液壓從業人員將有減少。