数控液压伺服阀组成与伺服油缸的性能分析

　　数控液压伺服控制系统是一种独具特色的数字控制系统。它集机械、电子、液压3项高科技技术于一体,应用先进的微电子技术,具有控制精确、应用范围广、可靠性高的优点。经过液压放大作用获得大的动力,与其它类型的控制系统比较,它具有动力大、精度高、成本低等优点。该系统由数控装置、数控伺服阀、数控液压缸或液压马达、液压泵站4大部分组成。图1是数控液压伺服控制系统的框图。

　　1 数控液压伺服阀的结构和工作原理

　　1.1 数控液压伺服阀的结构如图2,数控液压缸的结构如图3

　　1.2 工作原理

　　数控液压伺服阀和液压缸匹配工作原理如图2和图3,步进电机1通过法兰2用螺钉3与阀体4联接,电机轴通过联轴节5与芯轴8联接,阀杆9被定位套7固定在芯轴8上,阀杆可随芯轴在阀套10中轴向移动,阀套被限动盖6固定在阀体4中,压力油口P和回油口O分别与阀体上相应的油道相通,阀体4的左端有两只球轴承13被挡垫11和隔垫12定位,用螺盖15固定在阀体中,反馈螺母16被两只球轴承固定;芯轴8的左端加工有外螺纹,拧入反馈螺母的内螺纹中。当有电脉冲输入,步进电机产生角位移,带动芯轴角位移,由于反馈螺母被两只球轴承固定,不能轴向移动,螺母与活塞杆中的反馈螺杆刚性连接,在活塞杆静止的条件下也不能转动,迫使芯轴产生直线位移,带动阀杆产生轴向位移,打开阀的进回油通道,压力油经阀套开口处进入液压缸,油压推动活塞作直线位移,由于活塞杆固定在机床导轨上不能转动,迫使活塞杆中的反馈螺杆作旋转运动,带动伺服阀的反馈螺母旋转,旋转方向与芯轴方向相同,使芯轴巡回原位,当芯轴退回到/00位时,阀杆关了进回油口,油缸停止运动,活塞杆运动的方向、速度和距离由计算机程序控制。数控伺服液压缸完成了一次脉冲动作。

　　2 数控液压伺服油缸的性能分析

　　2.1 液压刚度的分析

　　在液压系统中,液体常会流经小孔或配合间隙,如相对运动元件表面的配合间隙处,在压差的作用下产生泄漏[1]。由前述数控伺服液压缸的工作原理看出,油缸要处于平衡状态(即活塞杆不产生位移量),需伺服阀将进出油路完全关闭,活塞在右端受力平衡。但实际上阀杆和阀套是滑动配合,且开口边棱不可能做成绝对尖锐,总有微小间隙,压力油经这些间隙渗漏到活塞两端,再渗漏到回油路中去,所以活塞两端油液均有一定压强,又由于活塞两端面积不等,要使油缸平衡,需活塞两端压强不等,其数值与活塞两端面积成反比,这个差值由阀套上两个开口宽度不等来保持,如图4所示,油缸平衡的方程式为p₁=p₂或p₁F₁=p₂F₂。