液压伺服无级变速器 - 图文

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

液压伺服无级变速器

【摘要】

本文主要阐述了液压伺服无级变速器，是在原有的液压无级变速器的基础上，增加了液压伺服控制系统，将由于负载发生波动引起的马达输出速度变化反馈给伺服系统中的变量机构，使其自动调整泵输入参数，保持输出稳定，改变原来控制为纯机械式的调节方式，以适应自动化的趋势。

关键词：液压传动 伺服控制系统 无级变速器

Abstract:This paper described a hydraulic servo CVT is in the original

hydraulic CVT on the basis of an increase of hydraulic servo control system, will be due to load fluctuations in the output of the motor speed change

feedback to the servo system variables , it automatically adjusts pump input parameters, and maintain output stability, and change control for the original pure mechanical adjustment methods, in order to adapt to the trend of automation.

Key words: Hydraulic Drive Servo Control System CVT

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目 录

1 液压传动及伺服控制的概述 .............................................................................................................. 3 1.1 液压传动的工作原理、特点及应用前景 ................................................................................... 3 1.2 液压伺服控制的基本原理、应用及发展 ................................................................................... 3

1.2.1 液压伺服控制的基本原理 .................................................................................................. 3 1.2.2 液压伺服控制的组成和分类 .............................................................................................. 4 1.2.3 液压伺服控制的应用发展 .................................................................................................. 4

2 液压伺服无级变速器的总体方案的研究 .......................................................................................... 6 2.1 液压无级变速器的国内外研究情况 ........................................................................................... 6 2.2 液压无级变速器简介 .................................................................................................................. 7

2.2.1 液压无级变速器工作原理及结构分析 .............................................................................. 7 2.2.2. 液压无级变速器性能参数的分析 .................................................................................... 9 2.3 变量泵的基本控制方法 ............................................................................................................ 10 2.3.1 概述 .................................................................................................................................... 10 2.3.2 排量控制 ............................................................................................................................ 10 2.3.3 流量适应控制 .................................................................................................................... 11 2.3.4 压力适应控制 .................................................................................................................... 12 2.3.5 功率适应控制 .................................................................................................................... 13 2.4 液压伺服无级变速器的设计 .................................................................................................... 13 2.4.1 设计要求 ............................................................................................................................ 13 2.4.2 设计方案 ............................................................................................................................ 13 2.4.3 工作原理图的设计 ............................................................................................................ 14

3 液压伺服系统关键技术的研究 ........................................................................................................ 16 3.1 概述 ............................................................................................................................................ 16 3.2 节流阀结构参数的确定 ............................................................................................................ 16

3.2.1 节流阀基本工作原理及基本要求 .................................................................................... 16 3.2.2 节流阀主要参数的设计 .................................................................................................... 16 3.3三位四通滑阀的设计参数的确定 ............................................................................................. 18 3.3.1 滑阀型式的选择 ................................................................................................................ 18 3.3.2 滑阀主要参数的确定 ........................................................................................................ 19 结 束 语 ............................................................................................................................................. 22 谢 辞 .................................................................................................................................................. 23 文 献 .................................................................................................................................................. 24

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1 液压传动及伺服控制的概述

1.1 液压传动的工作原理、特点及应用前景

液压传动是指用液压油作为工作介质，通过动力元件，将机械能转换为油液的压力能，通过管道、控制元件，借助执行元件，将油液的压力能转换成机械能，驱动负载，实现直线或回转运动。与其它传动方式相比，液压传动具有以下独特的优点:功率质量比大，运动惯性小，动作灵敏，制动迅速，运动平稳，调速范围大，易于实现无级调速，便于实现系统的远程操纵和自动控制以及元件寿命长，标准化、通用化高等。液压传动技术独特的优点使其在各种机械装置中应用广泛，而作为最能体现液压传动技术独特特点的液压和液力变速器也得到了广泛使用，如汽车、工程机械、金属切削机床、机器人等。但传统的液压或液力变速传动一般采用分体式结构，液压泵、液压马达、阀及液压管路等液压元件分立，结构庞大，布置复杂，可靠性差。随着液压行业向集成化、小型化、机电一体化、节能、高效、多样化发展，将液压泵、液压马达与控制阀构成一体化的液压无级变速器也应运而生，其机构紧凑，体积小，重量轻，布局灵活，操作使用方便，简化了传动装置的结构，改善了各种装备的质量，因此得到了广泛的认可和应用，在国外已广泛用于汽车、农林业机械、环保机械、矿山机械、工业机器人驱动系统、太空探测机械等领域。

1.2 液压伺服控制的基本原理、应用及发展

1.2.1 液压伺服控制的基本原理

液压伺服控制具有以下优点:易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服系统的工作原理可用图1-1表示:

图1-1 液压伺服系统工作原理图

可见，液压伺服控制系统的工作特点:

l)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。

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2>系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号x, = x，一y，该偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。

3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

1.2.2 液压伺服控制的组成和分类

液压伺服控制系统由液压控制、反馈测量和液压执行元件组成。一个典型的液压伺服系统有以下特征:I)是一个跟随系统，液压缸位置由伺服阀阀芯位置确定;2)是一个放大系统，执行元件输出的力或者功率远远大于输入信号输入的力或者功率;3)是一个闭环系统，带反馈环节;4)是一个有误差系统，误差随输入信号产生，从而导致执行元件运动，系统通过反馈力图消除误差，如果误差消除不再产生，则系统也就停止工作了。

液压伺服控制系统有阀控(节流式控制)系统和变量泵或变量马达控(容积式控制)系统两大类。阀控系统响应速度高，精度高，但效率低，适合于速度高、精度高的中小型系统。变量泵或变量马达控系统的泵源压力由负载确定，效率高，但响应速度低，系统结构复杂，适合于大功率(20 kw以上)和响应速度要求不高的液压系统。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用于飞机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字一模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。气液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用气动元件。气动测量元件灵敏度高、可靠性强、结构简单，可以在高温、振动、易爆等条件下工作。缺点是附属设备多，系统效率较低。

1.2.3 液压伺服控制的应用发展

国内外液压伺服控制技术发展很快。液压伺服控制系统起源于舰船航海业，

二战期间获得了快速发展，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究。1940

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