解析数字液压缸-数字液压缸厂家

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今天为大家分享：数字液压缸的几个问题

1.概述

数字液压缸现阶段并没有明确基本概念，大多数人承认的基本概念便是电机控制的阀控液压缸，电动机可以使用步进电机或伺服电机，与此同时液压缸所在的位置信息反馈采用滚珠丝杠这类机械方式，因此最开始被称作步进液压缸。图1为数字液压缸的原理图，主要结构在液压缸中安装使用滚珠丝杠，在缸尾安装使用滑阀，阀芯与丝杠“衔接”，阀芯的另一边与伺服电机“衔接”，这里说的“衔接”并不是简单的衔接，这是一种转动和进给复合的机构衔接，当电动机转动时，阀芯将沿轴向运作打开油路给液压缸供油，促使活塞杆运作，考虑到活塞杆运作带动滚珠丝杠运作，滚珠丝杠又把阀芯推回关闭的状态。假如伺服电机连续不断转动，阀芯连续不断打开，则活塞杆连续不断运作，这个就是现阶段所使用的数字液压缸工作原理。以至于液压缸运动的速度和位移，与伺服电机的转动速度、丝杠导程和阀的流量有关，需要进行各个环节的参数匹配。数字液压缸还有其他的这么几种类别，如活塞杆直接反馈的，滑阀驱动的。

2.数字液压缸的控制现象

最先数字液压缸的对比对象是电液伺服缸，应用的场所是需要使用电液伺服缸的地方。因此探讨数字液压缸的控制精度、频响范围等相关内容基本都是相对电液伺服缸而言。

2.1闭环反馈

数字液压缸是闭环反馈的，该闭环反馈使用的是机械传动方式，而电液伺服缸使用的是传感器的电压或电流信号信息反馈。这类机械式的闭环反馈在数字液压缸中安装了滚柱丝杠，并与数字阀的阀芯衔接，当步进电机或伺服电机驱动阀芯产生轴向位移时，阀芯打开，高压油进入到液压油缸推进活塞运动，与此同时带动丝杠运作将阀芯推回零位，油缸活塞达到指令位置。有关于滚珠丝杠如何将阀芯推回零位，现阶段有很多种机构形式都能够达到，都有优缺点，不在这里详细描述。

2.2控制精度

数字液压缸的控制精度取决于机械信息反馈传动环节，具体说来便是滚珠丝杠的精确度、阀芯与电动机衔接机构的精确度，是机械精度决定了数字液压缸的控制精度（与此相比较电动机可以认为是精确的），现阶段通常情况下使用的是0.008mm/300mm精度的滚珠丝杠，再去考虑到其他机械环节，测试结果是数字液压缸可以达到0.015mm左右的控制精度。

数字液压缸的控制精度取决于机械信息反馈传动环节，这里有一个基本原则，那便是整个控制系统中其它流程的精确度远远超过机械传动部分，如伺服电机编码器的精确度、数模转换器的精确度等和滚珠丝杠相比较完全可以认为是精确的！

2.3 脉冲控制

纯脉冲控制只可以超过液压缸的移动控制方式。也是我们不选用步进电机而使用伺服电机的主要原因（但步进电机价格低则是竞争优势），除此之外控制的命令也并不是脉冲控制。电液伺服液压缸一般都会有移动控制模式和力控制方式，有的是也有加速度控制方式。脉冲对应的是电机的角度，该角度可以直接对应的是阀芯的移动和滚珠丝杠的移动。更加重要的就是脉冲频率全部都是定值的，比如说发100个脉冲相对应移动1mm，持时是1s，移动控制方式这没有问题。当我们控制能力得时候就没有了，比如说100个脉冲（1s）的移动针对压缩1个软弹簧很有可能超过10kg的力，而压缩1个硬弹簧可以达到100kg，如果这个时候想用频率1Hz幅值100kg的正弦波对这两样弹簧载入，硬弹簧100个脉冲1s就达到幅值了，软弹簧要1000个脉冲10s才能达到力的幅值，所以纯脉冲控制不可以做力闭环控制，即使把脉冲的间隔时间调低都不行，这是因为提前根本就不知道试件的刚度！现阶段一些电拉试验机存在着同样的问题，这实际上是移动控制模式下的力判定。静态试验没什么大问题，动态试验就没有了。当然了很多数字液压缸运用场合仅仅是定位用，所以脉冲控制方式就够了，也就不涉及力控制的问题了。

2.4频响范围

数字液压缸的频响问题比较复杂，因为它选用滚珠丝杠与液压缸耦合在一起了，这与伺服阀的频响问题不同。我们选用小惯量高转速伺服电机（8000转/分）进行过测试，数字液压缸的频响大概能超过100Hz，事实上此时电控系统硬件的处理能力至少要超过3000Hz，否则就无法完整再现振动波形。1980年的时候德国申克公司就有1吨出力800Hz的电液伺服缸，现阶段MTS公司也有1000Hz的电液伺服缸。国内选用2D数字阀也可以做到1000Hz。

2.5同步控制

伺服电机的同步控制精度是非常高的，但数字液压缸由于存在机械传动（如背隙、联轴器间隙）等环节，所以同步精度会受到影响。1个直观的同步精度测试试验就是选用数字液压缸夹持鸡蛋，这实际上是考验移动控制精度和同步两个问题，常规的做法是两个数字缸水平放置，两个活塞杆端部一定是平面，通过微调将鸡蛋夹持在两个平面之间，然后给两个数字缸发指令（一般是正弦波，相位差180度），前面说过数字液压缸控制精度0.015mm左右，我们测试的两缸不同步误差在0.03mm以内，当不同步误差超过0.05mm时，鸡蛋就会破裂了。

2.6 存在的问题

不同单位生产数字液压缸可能存在不同的困难，我们面临的困难有两个方面，一是数字液压缸的标准化，另一个是滚珠丝杠等传动机构的加工和安装工艺。标准化可以采用现行的电液伺服液压缸标准，包括压力等级、尺寸、油路、密封等；传动机构的加工精度是基本保证，同时安装工艺是保证数字液压缸性能的关键，由于目前数字液压缸都是应用在一些非标的项目上，所以建立一套完整可靠的工艺保证体系是关键所在。

3. 结束语

与电液伺服液压缸相比，数字液压缸相对比较新，驱动滑阀采用伺服电机驱动力比较大，所以可以很容易实现大流量控制。另外阀对液压油的洁净度要求降低了，这些都是数字液压缸的优点。但是配套厂家少，系统通用性差是制约数字液压缸应用的主要因素，这些都需要进一步的努力才能解决。