液壓傳動控制及仿真的案例
伺服液壓運動控制-選擇PLC還是運動控制器？（轉自液壓傳動與控制）
5倍時間常數的時間過長，液壓系統設計者就需要考慮提高自然頻率，或者通過增加摩擦提高阻尼。增加摩擦浪費能源。提高自然頻率需要增加液壓缸缸徑，而且也會增大閥通徑，蓄能器容積，泵能力以及增加的元件成本。
采用帶PLC的簡單的比例控制液壓系統似乎容易得多，但是PLC編程人員對很多重要的參數并沒有去控制。這種約束并不是編程人員的能力問題，而是液壓和機械設計方面的原因。不幸的是，PLC編程人員通常是最后一個接觸到液壓系統的人，他被寄希望于“機械和液壓問題，讓電氣和軟件來解決”，然而，這種事實，不會總是發生。系統的特性行為在設計和制造階段已經定性了。
設備的性能可以通過使用精密的液壓伺服控制系統得到提高。初始的成本會很高，但是其性能也提升了。設備也變得易于維護，需要的維護頻率也不高了。
下面是僅僅采用比例控制的簡單運動的三種仿真。它們基于標準的線性化運動仿真模塊，用于伺服液壓缸和負載。
H(s) = (K ? ω2n)/[s ? (s2 + 2 ? ζ ? ωn ? s + ω2n)]
K,- 開環增益，假定為10 (mm/s)/%的控制輸出，
s, - 拉普拉斯算子，是一個頻率，弧度/s，
ζ - 阻尼系數，假定為0.33333，無量綱，
ωn - 自然頻率，弧度/s。示例中自然頻率為10Hz。
這些仿真給你提出了一些問題，譬如：如何提高響應時間？這些問題將會在后續的討論中進行回答。
展開 探索液壓伺服運動控制中的VCCM方程（轉自液壓傳動與控制）
液壓系統設計者應該熟知VCCM方程及其各種表達式，因為它對優化我們的設計非常有用。
我第一次在Jack Johnson的書里看到的VCCM方程等式為：
此處：
Vss：最大穩態速度
Kvpl：閥功率邊（powered land）流量系數（譯者注：或者叫進油口）
Ps：供油壓力
Ape：油缸活塞功率邊的面積（譯者注：或者叫油缸進油腔）
fl：負載力，與負載運動方向相反時為負，與負載運動方向相同時為正
ρv：進油口與回油口流量比值
ρc：進油腔有效面積與回油腔有效面積之比
最大的穩態速度發生在閥100%全開時。理解這一點非常重要，因為其決定了開環增益。開環增益用速度與控制輸出的百分比來表示，或用（mm/s）/ %來表示。如果穩態速度是500mm/s，則開環增益就是（5mm/s）/ %。正負100%的控制輸出也許是±10V，±20mA，或者甚至是4-20mA，此處12mA就是0%的控制輸出。
開環增益對于建模很重要。其用在開環傳遞函數就是：
此處：
OLTF:開環傳遞函數
K：開環增益
ζ：阻尼系數
L：拉普拉斯算子
ωn：自然頻率
如想要對液壓缸進行建模，了解其對控制信號的響應，該方程對我們的工程師來說就非常重要。開環增益也用于計算速度前饋增益，其與開環增益相互影響。
因此，如果我們想以250mm/s的速度來移動，而開環增益就是5（mm/s）/ %的話，我們目標速度（250mm/s）除以開環增益，就可以計算得到50%的控制輸出。直覺上就會告訴我們如果移動500mm/s就將得到100%的控制輸出。
流量系數
閥的流量系數Kvpl如上所述，用于計算穩態速度。如果穩態速度已知，你可以用VCCM方程計算閥的流量系數。
展開 液壓控制為什么愛用正弦曲線運動（轉自液壓傳動與控制）
運動控制器將根據運動的幅度，頻率和活塞面積隨時知道正在使用多少油。流量計算可用作預測流量的前饋。然后，運動控制器可以根據需要調節電動機的速度，但仍可以依靠蓄能器將壓力保持一定程度，從而以相對恒定的速度運行。預測流量時會出現少量誤差，因此仍然需要一個壓力傳感器以確保壓力保持在所需范圍內。
討論用于精密運動控制的電液控制閥（轉自液壓傳動與控制）
結論
設計一個滿足你的應用需求的液壓運動控制系統需要多方面的考慮。選擇一個合適的閥是必須的，也期望通過上述的羅列對你經驗的提升有更好的幫助。
其它的一些重要的因素包括選擇合適的位置、壓力或者力傳感器；閥盡可能的靠近油缸即控制器只控制油缸（無油液或者軟管的膨脹或壓縮）；選擇合適的運動控制器等等。
液壓缸的安裝、調試與維護（轉自液壓傳動與控制）
2：檢查導向套是否磨損，如果導向套磨損將引起活塞桿密封件的損傷或活塞桿表面拉傷，從而引起液壓缸泄漏。因此如果導向套損傷則需要更換導向套。
油缸的保存方法
在長期庫存之后，必須將液壓缸拆開，并且用合適的清洗液清除殘留的保護劑。因為不能肯定密封沒有變形，所以在需要時，更換密封件。
必須每年對液壓缸進行一次徹底的檢查。檢查中必須注意下列事項：
? 防腐保護；檢查是否有損壞和是否有銹蝕生成
? 液壓液體；檢查是否氧化或酸化
? 對非免保養的鉸接軸承進行檢查和潤滑
? 對配合面或機械連接點進行檢查和加保護劑
必須每年一次使液壓缸駛入或駛出若干厘米，以避免密封粘住。
為了避免密封的損壞，建議每六周將液壓缸轉動 90° 。
油缸的檢驗標準
油缸的出廠檢驗標準
試驗壓力
當額定壓力不大于16MPa時，試驗壓力為額定壓力的1.5倍；當額定壓力大于16MPa時，試驗壓力為額定壓力的1.25倍。
對礦物油基的液壓油
溫度：推薦用于長期運行 +25 ... +55 °C
最低 / 最高的允許值 0 ... +80 °C
粘度 推薦用于長期運行 20 ... 100 mm2/s
最高的允許值 12 ... 500 mm2/s
展開 液壓系統增壓回路的應用與設計（轉自液壓傳動與控制）
P口壓力經過增壓器內置的方向滑閥（兩位四通）和帶有增壓比的控制活塞，使A口產生增壓效果。由于內部結構的原因，方向滑閥在平行位與交叉位之間來回自動切換，最終確保實現所需的增壓壓力。
Scanwill增壓器
同樣，該增壓器包含了增壓功能以及泄壓功能，但是兩個功能能集成在一起了。提供各種安裝方式，如管式，板式，法蘭式以及疊加式等。
液壓油進入增壓器P口，T口接回油箱。
系統建壓過程中，液壓油通過CV1和CV2，同時通過液控單向閥POV，兩路直達HP端，確保快速供油到系統。
當P口壓力逐步建立的過程中，增壓器主活塞也開始運動，并連續不斷將油壓入系統。主活塞運動到每端都會發出一個信號S至活塞控制閥PCV，控制閥使主活塞向相反方向運動，這個運動將連續，直到輸出壓力達到最大，這時運動將停止。只有管路有泄漏或油量有消耗時，主活塞才繼續運動。
工作結束后，通過變換增壓器P、T口油壓方向來開啟液控單向閥POV，將HP口的高壓液壓油卸回油箱。
關于增壓器的使用注意事項
增壓器的增壓比都是固定的，為了實現給定的增壓壓力，可以考慮在增壓器之前設計減壓閥。
增壓器都是有一定耐壓范圍的，需要在在增壓器之后考慮溢流閥或者在增壓器之前考慮調壓閥限定壓力。
加油站
“液壓增壓缸”和“液壓增壓器”的最主要區別在哪里呢？
“液壓增壓缸”活塞運動前進和后退的速度因高壓密封件的限制而比較慢，增壓缸前進一個行程輸出的油假如不夠用，那必須后退后再次前進增壓，而這個后退時間比較長，造成了高壓油輸出的間斷性，甚至出現壓力下降現象。
“液壓增壓器”在“頻率”方面完全不一樣，前進后退最大可達到上千次每分鐘，其中后退速度比前進速度還要快，把后退間斷時間縮小至極致。
展開 伺服液壓元件與執行器的3D打印（ 液壓傳動與控制）
作者：Prof A R Plummer，University of Bath
翻譯整理：騰益登
金屬3D打印的優勢：
金屬3D打印相對來說可以更容易的制作更加復雜的液壓元件，可按需添加金屬材料。
幾何結構優化，滿足設計要求，不受常規材料去除加工制造要求。
可實現元件數量的減少，裝配簡化，從而減少成本，提高可靠性。
對于小批量制造，節約制造成本，重復性高，節約材料。
樣品制造周期短，縮短產品研發周期。
粉末激光融化工藝：選擇性激光融化（SLM）工藝介紹。
傳統方法制造的兩級伺服閥閥體，力矩馬達，噴嘴，反饋桿和閥芯。
采用3D打印制造的伺服閥，結構簡單化。先導閥芯帶LVDT，主閥芯帶LVDT，閥體結構簡單。
3D打印伺服閥的剖面圖。
3D打印鈦合金閥體。
X光掃描檢查結果。
伺服閥最終樣品。
關于集成的航空執行器，3D打印取消了一些螺釘，管接頭，管路以及相關的接口等，使得其更輕，更緊湊。
Moog使用在機器人上面的3D打印電液執行器。液壓元件諸如先導閥，閥芯，過濾器，油缸，傳感器以及控制器等實現有效布置和互聯。
鉆孔交叉處的應力集中被消除；通過彎管，減小了壓降；避免交叉鉆孔，減小工藝堵和死區，提高液壓剛度。
展開 液壓泵吸油過濾器的負面作用（轉自液壓傳動與控制）
在大多數應用中，這些過濾器對泵使用壽命的負面影響大大超過了這些過濾器提供的污染控制益處。在需要安裝的應用中或人為阻礙其移除的應用中，必須采取預防措施以防止組件損壞。
如果安裝了吸濾器，則位于油箱外部的過濾器比吸濾器更可取。維修位于油箱內部的過濾器的不便是吸油濾網無法使用的常見原因-直到泵發生故障。如果使用吸濾器，則選擇60目（240微米），而不是更常見的100目（150微米）。即使在最不利的條件下，過濾器的尺寸也應根據泵的流量進行大幅增加，以確保將壓降降至最低。無論使用哪種過濾器，都必須裝有一個旁通閥，以防止濾芯產生的壓降超過泵的安全真空極限。壓力表或傳感器也應安裝在過濾器的下游，以便能夠連續監控泵入口處的絕對壓力。
展開 許仰曾-對未來液壓技術的探討（轉自液壓傳動與控制）
1.7 工業4.0智能化下未來的液壓技術概念
1.7.1 液壓智能互聯數字化下的技術發展理念
圖1-46 工業4.0時代液壓技術
數字化網絡化智能化的基礎作用
作為工業4.0的液壓技術發展觀（圖1-46），應該有四個大概念：
1）在液壓工業4.0時代，AI人工智能軟件、芯片在內的集成與物聯網的的生態環境對于所有各類的液壓技術與產品全覆蓋。也就是像圖1-46所示那樣，在各類液壓核心元件的基礎上，一定有數字化基礎配套，完成設計、仿真與試驗環節；一定有網絡化基礎，產品可以實施通信，遠程診斷，利用云技術與大數據，完成服務環節；也必然有智能化基礎，實現元件與系統的自主控制與自主診斷。
2）液壓本身應用領域必須向外拓展與延伸。
液壓技術及其產品將從現在傳統的自動化領域中拓展出去。研究方向的視野應該更開闊。可以利用液壓低速直線等特性，簡單廉價來收集清潔能源的能量，通過蓄能器的儲能或水輪機等辦法去轉換成電能等，這包括風能、潮汐能、太陽能以及海水淡化后多余能量再利用，從而形成能動型液壓分支。
還應該利用近年來靜液壓技術驅動技術有三項重大發展：靜液壓機械功率分流無極變速箱的批量制造成為工程機械傳動技術制高點、串聯型油液混合動力技術的靜液壓技術進入汽車產業大門、電控配流的靜液壓泵與馬達研制成功使靜液壓進入電液一體化與信息化大門，從而形成傳動型液壓分支。這一分支包括靜液壓驅動、靜液壓機械功率分流驅動、靜液壓與液力傳動結合、靜液壓與電力傳動結合以及油液混合動力靜液壓驅動。微機電系統MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）中的微液壓/微液控（Microfluidics），作為“智能灰塵”的顛覆性技術已經可以納入液壓技術新領域。
展開 那些液壓流行的經驗知識竟然都是錯的！（轉自液壓控制與傳動）
神話4：液壓油在元件內流動，只要安裝時擰緊螺絲，接好軟管就可以了
最近我在診斷一起故障案例時，發現一個液壓馬達只工作了500小時就損壞了，保證值是7000小時，客戶正面臨著索賠。
檢查發現，馬達的軸承失效，原因是潤滑不足。追根溯源在于馬達啟動時殼體沒有加足夠的油。
因此，液壓馬達啟動之前，殼體必須注滿足夠的、干凈的液壓油。柱塞式液壓馬達或者柱塞式液壓泵，如果啟動前未注油，就等同于內燃機無油啟動-提前失效是絕對可能的。
神話5：液壓回油都必須過濾
理論上，千真萬確，但是也有一個重要的例外：柱塞泵和柱塞馬達的殼體泄油。如果殼體泄油與回油過濾器連接，背壓原因會造成過高的殼體壓力，從而造成泵或馬達失效。
過高的殼體壓力使得軸封處負載過高。這樣會造成密封唇邊在軸上磨出凹槽，最終造成軸封漏油。
在某些時候，如果殼體壓力過高，徑向柱塞馬達的柱塞會在排油時被提升起來，離開凸輪。接著，在吸油時，柱塞又會撞擊回凸輪，從而損壞馬達。
正因為上述原因，對于殼體泄油，原則上不建議精密過濾。
展開 各種液壓插裝閥的孔型詳解（轉自液壓傳動與控制）
此類閥復雜功能的實現，必須通過使用不同的蓋板，比如實現方向控制、壓力控制、流量控制等等。此類閥可從做NG16至NG160，流量最大可達20000L/min。
Rexroth蓋板式插裝閥
除此之外，還有另外一種滑入式插裝閥。閥體（閥芯）集成于閥塊安裝，通過螺釘緊固蓋板（蓋板與閥體為一體）與閥塊的連接。此種安裝方式很簡單，閥塊孔型設計也簡單，閥占用空間小。通常應用于比例插裝閥，且對空間要求嚴格的場合。
Fluidteam比例溢流閥EEPDBD 05
SIZE 05系列比例溢流閥：滑入式與旋入式的對比
旋入式閥即我們常說的螺紋插裝閥，這也是目前市場上小流量場合用量很大的插裝閥類。受制于螺紋強度和緊固扭矩的限制，螺紋插裝閥直徑一般做到48mm，流量一般不到500L/min，而螺紋插裝電磁閥由于受電磁線圈和液動力的影響，流量最大一般在60L/min。
作為主流的螺紋插裝閥，市面上存在不同品牌、不同孔型，它們在安裝上通常無法實現互換。目前常用的孔型主要是三種：ISO7789、SAE和SUN。
ISO 7789是國際標準化組織制定的，從1982年開始醞釀，直至1998年，米制螺紋標準才得以出爐。該標準面世之后，并沒有得到市場上的大量推廣，匹配的廠家并不多，其中瑞士Wandfluh采用該標準。
2000年，眾多螺紋閥生產商提出使用英制UN和UNF螺紋的孔型標準，即SAE標準。目前該標準得到了眾多廠商的支持，如Hydraforce、Vickers、Parker、Comatrol、Vis-hydraulics等。
Sunhydraulics沒有采用以上標準，推出了自己的孔型系列，而且在市場上也得到了大量的推廣和應用，很多生產廠商都樂于采用SUN標準插孔。
展開 
液壓設備維護中常犯的七種錯誤（轉自 液壓傳動與控制）
在液壓行業工作的二十年中，我一直很幸運，能夠觀察并學習液壓系統用戶在維護設備時所犯的錯誤和遺漏。基于長期的觀察，這是液壓設備用戶犯的七個最常見的錯誤-因此您可以避免它們！
錯誤1 –換油
僅有兩種情況需要進行液壓油更換：基礎油的降解或添加劑的消耗。由于有太多因素可以決定機油的降解速率和添加劑的消耗量，因此，在不考慮油的實際狀況的情況下，根據使用小時數來更換液壓油就像在黑暗中射擊一樣。
在當前高油價的情況下，一種情況是你對換油置之不理。另一方面，如果您在基礎油已降解或添加劑已耗盡的情況下繼續運行，則會損害液壓系統中每個其他元件的使用壽命。知道何時需要更換機油的唯一方法是通過油品分析。
錯誤2 –更換過濾器
液壓過濾器也有類似情況。如果您根據時間表進行更換，則說明更換的時間太早或太晚。如果您提前更換了它們，那么在過濾器納污能力用盡之前，您會在不必要的過濾器更換上浪費金錢。如果您將它們更換得較晚，則在過濾器經過旁通后，油中顆粒物的增加會悄悄地減少液壓系統中每個元件的使用壽命-從長遠來看，這會花費更多。
解決方案是在過濾器的所有納污能力都用完之后，在旁通閥打開之前，更換過濾器。這需要一種機制來監控流經過濾器元件的流量（壓降）的限制，并在達到此點時提醒您。堵塞指示器是該設備的最原始形式。更好的解決方案是連續監控過濾器上的壓降。
錯誤三：高溫運行
液壓系統的溫度有多高？它主要取決于油的粘度和粘度指數（粘度隨溫度的變化率），以及系統中液壓元件的類型。
隨著油溫的升高，其粘度也會降低。因此，當液壓系統的溫度達到油粘度低于適當潤滑所需的溫度時，液壓系統就會過熱。
例如，葉片泵比柱塞泵需要更高的最小粘度。這就是系統中使用的組件類型也會影響其安全最高工作溫度的原因。
展開 頻率響應對液壓伺服系統的重要性（轉自液壓傳動與控制）
當HMRF占主導地位（<fv）時，分離比完全由液壓機械系統的阻尼比控制：
ps =2Zn
其中
Zn是阻尼比，是振動減弱趨勢的度量。
造成阻尼的因素有兩個：從執行器一側到另一側的內部泄漏（無論是從執行器內部還是從控制閥內部泄漏）和摩擦（是否來自執行器或其負載）。由于制造商努力減少內部泄漏和摩擦，因此大多數液壓機械系統的阻尼度可能會非常低，這不足為奇。實際上，當負載可以以可忽略的摩擦力移動時（如由循環線性球軸承支撐時），阻尼比可能低至0.03或0.05。誠然，系統摩擦和阻尼比是要在系統中評估的最難以捉摸的量。但是，它們與頻率一起絕對控制著系統的性能極限。
計算示例
考慮一個示例來演示此討論。假設已計算出系統的油缸機械共振頻率，發現其為18 Hz。進一步假設其伺服閥的90°相位滯后頻率為65 Hz，并且由于摩擦和內部閥門泄漏，我們估計液壓機械阻尼比約為0.05。我們可以計算出最大可能的閉環系統帶寬：
fmax < ps x( fv 或 fn的小者)
fmax <2 x 0.05 x 18
fmax <1.8 Hz
最大閉環帶寬fmax 只有1.8 Hz，僅為HMRF的十分之一！在啟動時，我們通過增加伺服放大器增益來增加系統帶寬。如果我們增加增益直到帶寬達到1.8 Hz，然后再嘗試進一步增加，則伺服回路將陷入持續的振蕩狀態，從而變得毫無價值。必須降低增益以重新建立穩定性。
系統帶寬之所以重要，是因為它與定位精度（或更準確地說，是定位誤差和跟隨誤差）之間存在直接的反比關系。已經表明：
?xp = (?IT × Gsp)/(2’ fsys)
其中
?xp 是預期的穩態定位誤差（in。）
展開 液壓系統設計工程師是如何選擇過濾器的（轉自 液壓傳動與控制）
應用場合：什么行業的
安裝位置：在液壓系統的哪個位置
元件敏感度：液壓傳動系統或者液壓伺服系統
過濾精度：與安裝位置，系統過濾精度要求，成本控制等有關
介質類型
油液黏度：影響壓差計算
工作溫度：影響黏度
工作壓力：低壓還是高壓
體積流量：既要保證壓差，又要控制成本
是否需要旁通單向閥
發訊裝置
初始壓差：期望初始壓差，與較多因素有關
劃重點來了
初始壓差的選擇和計算是系統工程師必須考慮的問題。過濾器的總壓差包含兩部分：殼體壓差和濾芯壓差。
△P總=△P殼體+△P濾芯
在樣本上查看曲線時，其壓降的測試條件與油液密度和黏度有關，實際應用時必須考慮其轉換系數。如HYDAC測試條件為：密度0.86kg/dm3和運動黏度32mm2/s。
殼體壓降△P殼體
首先要去樣本上查看殼體壓降曲線，得到實際流量時殼體的理論壓降值。如果有切換閥，還需考慮此部分壓降的影響。
實際壓降需要考慮流體密度的不同，計算如下。
通常情況下，殼體壓降的影響很小。
濾芯的壓降△P濾芯
也需要查看曲線，首先得到理論值。下表曲線需要綜合考慮實際使用的濾芯過濾精度以及每個筒濾芯的數量n（每個濾芯流量是總流量的1/n）。
實際壓降需要考慮密度和黏度的影響，計算如下。
根據上述計算得到的殼體壓降和濾芯壓降，就可以得到實際系統過濾器的總壓降。
總原則：
△P總≤0.2*P發訊裝置報警壓力
不同類型的過濾器，發訊裝置報警壓力的設定是不一樣的。下表我們參考HYDAC的設定為例。
展開 圖文介紹如何讀懂液壓系統原理圖（上）（轉自 液壓傳動與控制）
遵循行內比較認可的定義，一個完整的液壓系統由五個部分組成，即動力單元、執行單元、控制單元、輔助單元（附件）和液壓油。之所以叫單元而不是元件，因為元件通常指代的是某一單個功能產品，而單元是很多個元件組成的一個功能集成體。
1. 動力單元
動力單元的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，指電機帶動油泵，向整個液壓系統提供動力。
2. 輔助單元
輔助單元包括油箱、濾油器、冷卻器、加熱器、蓄能器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位計、油溫計等。
3. 液壓油
液壓油是液壓系統中傳遞能量的工作介質，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。
4. 控制單元
控制單元(即各種液壓閥)在液壓系統中控制和調節液體的壓力、流量和方向。根據控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。根據控制命令方式的不同，可分為開關閥和比例/伺服閥。
5. 執行單元
執行單元(液壓缸和液壓馬達)的作用是將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載作直線往復運動或回轉運動。
從工程設計和現場布置的方便性，我們把上述五部分分成A和B來討論。
A: 包括動力單元、輔助單元、液壓油。根據實際情況和功能區分，我們更具體的定義為主油泵單元、油箱單元、循環泵組單元、以及蓄能器單元。
圖示為某一大型液壓系統泵站室內布置圖，包括：油箱單元、主泵組、蓄能器組以及循環泵組單元。
上圖實物對應的液壓原理參考如下（不包含蓄能器部分）。
A.1 主油泵單元
上圖所示為9臺主泵，其中8臺工作，1臺備用。工業連續生產的液壓系統，通常情況下會考慮備用泵。
我們現在對如下的單一泵組單元進行分析。
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