液壓伺服控制具有很多優點,從而使它獲得了廣泛的應用。但也存在一些缺點,這些缺點限制了它的應用。
1、 液壓伺服控制的優點
①液壓元件的功率-重量比和力矩-慣量比(或力-質量比)大,可以組成結構緊湊、體積小、重量輕、加速性好的伺服系統。對于中、大功率的伺服系統,這一優點尤為突出。
為了說明這一點,現將液壓元件與電氣元件作一比較。
電氣元件的Zui小尺寸取決于Zui大的有效磁通密度和功率損耗所產生的發熱量(與電流密度有關)。Zui大有效磁通密度受磁性材料的磁飽和限制,而發熱量散發又比較困難。因此電氣元件的結構尺寸比較大,功率-重量比和力矩-慣量比小。
液壓元件功率損耗所產生的的熱量可由油液帶到散熱器去散發,它的尺寸主要取決于Zui大工作壓力。由于Zui大工作壓力可以很高(目前可達32MPa),所以液壓元件的體積小、重量輕,而輸出的力或力矩很大,使功率-重量比和力矩-慣量比(或力-質量比)大。一般液壓泵的重量只是同功率電動機重量的10%-20%,尺寸約為后者的12%-13%。液壓馬達的功率-重量比一般為相當容量電動機的10倍,而力矩-慣量比為電動機的10~20倍。
②液壓動力元件快速性好,系統響應快。
由于液壓動力元件的力矩-慣量比(或力-質量比)大,所以加速能力強,能高速起動、制動與反向。例如,加速中等功率的電動機需要一至幾秒,而加速同功率的液壓馬達的時間只需電動機的1/10左右。
由于液壓系統中油液的體積彈性模量很大,由油液壓縮性形成的液壓彈簧剛度很大,而液壓動力元件的慣量比又比較小,所以由油液彈簧剛度和負載慣量耦合成的液壓固有頻率很高,故系統的響應速度快。與液壓系統具有相同壓力和負載的氣動系統,其響應速度只有液壓系統的1/50。
③液壓伺服系統抗負載的剛度大。即輸出位移受負載變化的影響小,定位準確,控制精度高。
由于液壓固有頻率高,允許液壓伺服系統特別是電液伺服系統有較大的開環放大系數,因此可以獲得較高的精度和響應度。另外,由于液壓系統中油液的壓縮性很小,同時泄露也很小,故液壓動力元件的速度剛度大,組成閉環系統時其位置剛度也大。電動機的開環速度剛度約為液壓馬達的1/5,電動機的位置剛度接近于零。因此,電動機只能用來組成閉環位置控制系統,而液壓馬達(或液壓缸)卻可以用來進行開環位置控制,當然閉環液壓位置控制系統的剛度比開環時要高得多。氣動系統由于氣體可壓縮性的影響,其剛度只有液壓系統的1/400。
2、 液壓伺服控制的缺點
① 液壓元件,特別是精密的液壓控制元件(如電液伺服閥)抗污染能力差,對工作油液的清潔度要求高。 污染的油液會使閥磨損而降低其性能,甚至被堵塞而不能正常工作。這是液壓伺服系統發生故障的主要原因。因此液壓伺服系統必須采用精細過濾器。
② 油液的體積彈性模量隨油溫和混入油中的空氣含量而變化。油液的粘度也隨油溫變化而變化,因此油溫變化是對系統的性能有很大影響。
③ 當液壓元件的密封設計、制造和使用維護不當時,容易引起外漏,造成環境污染。 目前液壓系統仍廣泛采用可燃性石油基液壓油,油液外漏可能引發火災,所以有些場合不適用。
④ 液壓元件制造精度要求高,成本高。
⑤ 液壓能源的獲得和遠距離傳輸都不如電氣系統方便。
液壓伺服系統體積小、重量輕、控制精度高、響應速度快。
這些優點對伺服系統來說是極其重要的。
除此之外,還有一些優點:
如液壓元件的潤滑性好、壽命長;
調速范圍寬、低速穩定性好;
借助油管動力傳輸比較方便;
借助蓄能器,能量儲存比較方便;
液壓執行元件有直線位移式和旋轉式兩種,增加它的適應性;
過載保護容易;解決系統溫升問題比較方便等。
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