浅析缝隙理论的新型数字液压缸研究

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1、机械设计与制造第7期60MachineryDesign&Manufacture2013年7月基于缝隙理论的新型数字液压缸研究孟文宝，张洛平，韩宇，张培(河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003)摘要：介绍了一种新型数字液压缸，该数字液压缸采用一种基于缝隙理论的数字阀，通过对数字阀的小流量控制来实现数字缸的微量进给和速度控制。步进电机接收到数字脉冲信号，驱动数字阀芯移动，通过改变数字阀阀芯的缝隙值来控制液压缸输入流量，从而有效提高了数字液压缸微进给控制精度。对数字液压缸系统进行分析，建立了精确的数学模型，推导了控制系统的传递函数和方框图，并利用AMESi

2、m仿真软件对其液压系统进行仿真分析，得到了数字液压缸位移、流量与数字阀缝隙变化的相对关系关键词：数字液压缸；缝隙理论；数学模型；AMESim中图分类号：TH16；THl37．51文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)07—0060—03ResearchOftheDigitalCylinderBasedOftheTheoryofAnnularMicro-GapMENGWen-bao，ZHANGLuo—ping，HANYu，ZHANGPei(SchoolofMechatroniesEngineering，HenanUniversityofScie

3、nceandTechnology，He’nanLuoyang471003．China)Abstract：hintroducedanewkindo2digitalcylinderwhol~~esadigitalvalveba~edonthetheoryoftheslit．Bymeaningofdigitalvalveofflowcontrol，itmal&edthedigitalcylindertraceofedandspeedcorttrol，andthesteppermotorreceivesdigitalpulsesignaltodrivemobiled

4、igitalvalve．BychangingthedigitalgaplengthofthevalveCoretocontroltheflo,v，itefectivelyimprovedtheprecisionofdigitalhydrauliccylindermicrofeedcontro1．Thesystemofthedigitalcylinderwereanalyzed，anditestablishedaprecisemathematicalmodel，deducedthecontrolsystemtransfer．functionandblockdi

5、agram．tL~ingsoftwcweAMESim，thehydraulicsystem∞simulated，andobtainedtherelativerelationshoythedigitalhydrauliccylinderdisplacementandflowandthechaugeofthedigitalvalvegap．KeyWords：DigitalCylinder；TheoryofAnnularMicro-Gap；MathematicsModel；AMESim1引言统为实验平台，其液压系统工作原理，如图1所示。随着计算机技术和液压技术的快

6、速发展，数字液压技术倍受青睐，数字式液压缸作为数字液压系统中的执行元件，已经在各种大型液压机床、高精度速度控制系统和位置控制系统中获得了较为广泛的应用。数字液压缸，简称数字缸，是由步进电机、液压滑阀、伺服液压缸和机械反馈机构等构成的增量式数字控制的机械伺服机构【lI。现存数字液压缸通常利用滚珠丝杠来精确控制数字阀芯的位置，通过改变脉冲频率来改变液压缸的运动速度，改变脉冲数目来改变液压缸的位置，但要实现液压缸的微量进给，往往需要高精度的液压伺服阀，这也大大增加了数字液压缸的制造成本。所介绍的数字液压缸是以缝隙流理论为基础，通过对数字阀的小流量控制来实现数字液压

7、缸的微进给控制，即通过控制数字阀的缝隙长度来控制液压缸位置和速度。该数字液压缸1．油泵2．溢流阀3．液控单向阀4．蓄能器5、6．电磁阀具有结构简单、控制精度高、稳定性好、抗污染能力强、成本低等7擞字阀8．光电编码器9．流量传感器l0数字缸图l数字液压缸系统工作原理图优点，能广泛应用于工业设备如机床、注塑机、轧辊机等。FigAWorkingPrincipleoftheDigitalHydraulic2新型数字液压缸的工作原理CylinderSystemDiagram所研究的数字液压缸是以精密机床轧辊磨床的伺服进给系数字阀结构原理图，如图2所示。来稿日期：201

8、2—09—14基金项目：河南省重点科技攻关项目(11