數(shù)字液壓缸原理

數(shù)字液壓實現(xiàn)微米級精密控制的核心是機液閉環(huán)的伺服控制技術，其與電液伺服閥控最大的不同在于，它利用巧妙的機械結(jié)構實現(xiàn)了液壓作動器的精密反饋控制，使液壓傳動控制大為簡化，讓使用者不必再關心什么是PID、什么是頻響、什么是閥口增益等等復雜的器件特性，將關注點集中在目標需求上。數(shù)字液壓不僅大幅降低了技術門檻，對電離電磁、油液污染、沖擊振動、溫度范圍等的耐受也大幅改善，努力做到讓人人會用、用好。

數(shù)字液壓缸是一種集成了機械反饋的直線液壓放大器。在這個緊湊組件里，利用穩(wěn)定可靠且環(huán)境耐受能力更強的機械仿形（滾珠）絲杠，替代了電位移傳感器和反饋調(diào)節(jié)功能。電控步進電機或伺服電機○1帶動閥芯○2在螺母套○3中旋轉(zhuǎn)，使閥芯產(chǎn)生軸向移動，將閥口打開。根據(jù)電機的旋轉(zhuǎn)方向，P口壓力油將進入液壓缸前或后腔，活塞桿○5伸出或縮回。這時，與活塞桿固定在一起的仿形螺母○4被一起帶動，與其嚙合的仿形螺桿○6被轉(zhuǎn)動，導致連接在其左側(cè)的螺母套○3旋轉(zhuǎn)并推動閥芯○2返回移動，直至將開啟的閥口關閉，完成液壓缸直線移動對電機轉(zhuǎn)角的仿形，過程中實現(xiàn)了力矩放大。這是一種帶機械反饋的伺服系統(tǒng)（隨動系統(tǒng)）。根據(jù)設計，仿形螺桿可用不同的導程，導程越大，可獲得在一定精度范圍內(nèi)液壓缸有較快的運動速度。當仿形螺桿采用小導程時，液壓缸其運動速度將會降低，但此時的位置精度將會很高。

數(shù)字液壓缸可被看作是電機的特性隨動和功率放大裝置。

被稱之為數(shù)字液壓缸，其最大區(qū)別于伺服液壓系統(tǒng)之處在于，數(shù)字液壓缸的運動特性完全被數(shù)字化，即：電脈沖的頻率與油缸的運動速度對應，電脈沖的數(shù)量與油缸的行程對應，而這種對應關系是通過數(shù)字油缸內(nèi)部的設計、制造過程確定好的，無需任何外部的諸如：傳感器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)參數(shù)等來保障。數(shù)字液壓缸對于使用者而言，是一個開環(huán)控制器件。有人形象的表述對數(shù)字液壓缸的使用感受就是：“會數(shù)數(shù)就會使用數(shù)字液壓缸”。

目前行業(yè)中稱之為：“數(shù)字液壓”的技術形式有不少，簡單歸納為以下幾種：

1、控制方式數(shù)字化：

主要指利用高速開關閥通過開關占空比不同（PWM，Pulse Width Modulation），實現(xiàn)在單位時間內(nèi)的流量調(diào)節(jié)。但由于運動慣量會嚴重影響特性，只能實現(xiàn)很小流量的調(diào)節(jié)，限制了技術的發(fā)展空間；

2、流道通徑數(shù)字化：

通過1、2、4、8......可多達128個閥成平方倍（PCM，Pulse Code Modulation）通徑關系的開關閥組合，希望實現(xiàn)流量的數(shù)字化調(diào)節(jié)。這種技術在學術研究領域較多，不僅沒有使其擺脫原本液壓固有的難題，反而其龐大的體積和重量、復雜的結(jié)構等，使其沒有了實用價值；

無論以上兩種或是其它類似方式的數(shù)字化，其根本目的都是希望用最簡單可靠的方式實現(xiàn)液壓執(zhí)行器件的方向、速度、位移的精確控制，簡化液壓使用難度。而僅完成了控制的數(shù)字化，或流道通徑的數(shù)字化，由于負載、系統(tǒng)壓力、油液流動性等諸多因素的不確定，依然無法保證最終液壓執(zhí)行器件的速度穩(wěn)定，更無法控制其位移量，依然需要借助其它檢測、控制手段來實現(xiàn)液壓執(zhí)行器件的控制調(diào)節(jié)，本質(zhì)上與復雜的伺服閥控系統(tǒng)無差別。

3、特性數(shù)字化：

無論何種方式的數(shù)字化，其根本目的都是希望用最簡單可靠的方式實現(xiàn)液壓執(zhí)行器件的方向、速度、位移的精確控制，簡化液壓使用難度。這里所定義的數(shù)字液壓是液壓執(zhí)行器件（缸、馬達）運動特性的數(shù)字化，即：電脈沖的頻率對應液壓執(zhí)行器的速度、電脈沖的數(shù)量對應執(zhí)行器的位移。負載、系統(tǒng)壓力、流體特性、甚至是外泄內(nèi)泄等的變化，均不影響液壓執(zhí)行器的需求特性，這樣的技術被定義為數(shù)字液壓技術。

1、數(shù)字技術的優(yōu)越性能

1.1、適合多參數(shù)多系統(tǒng)協(xié)同工作。數(shù)字液壓相比現(xiàn)有的各種液壓或者機械傳動控制系統(tǒng)，其突出的優(yōu)勢在于多系統(tǒng)協(xié)同和任意控制參數(shù)的隨意變化，避免了現(xiàn)有技術需要進行復雜參數(shù)調(diào)整的致命缺陷。

1.2、高分辨率運動控制精度?？蓪崿F(xiàn)大型機械裝備微米級的運動控制，且響應迅速。1.3、無損失遠程控制執(zhí)行?？赏ㄟ^網(wǎng)絡等遠程進行系統(tǒng)的操控而不用擔心指令信息的損失、滯后或者干擾。

1.4、運動特性完全數(shù)字化。速度、行程與電脈沖有直接的對應關系，只要控制好電脈沖，這個自動化系統(tǒng)就簡單實現(xiàn)控制要求

2、優(yōu)秀的生存力

2.1、高電磁兼容性

2.1.1、高抗干擾。由于傳輸采用數(shù)字脈沖功率信號（即作為控制，又作為驅(qū)動），因此在最嚴酷的電磁輻射狀態(tài)下，系統(tǒng)依然可以良好的工作。該性能大大優(yōu)于現(xiàn)有的液壓和電氣控制系統(tǒng)。

2.1.2、低電磁輻射。由于數(shù)字液壓油缸控制指令環(huán)節(jié)沒有復雜的電子器件，因此對外產(chǎn)生的電磁泄露很少。

2.2、抗大加速度沖擊振動。由于數(shù)字液壓器件不采用線性電磁鐵作為控制核心，因此抗沖擊和震動能力大大提高。

2.3、高抗污染。對液壓油的過濾精度沒有嚴格要求，甚至液壓油受到污染，同樣不會造成系統(tǒng)的精度降低，更不會造成嚴重的誤動作甚至是事故。

2.4、寬范圍的工作介質(zhì)。無論采用礦物油還是水基乳化液等，設置在極端環(huán)境下，無論是水或者是壓力氣體都可以讓系統(tǒng)暫時工作（性能稍有降低），這是其他任何控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。

2.5、容易實現(xiàn)防爆。由于數(shù)字液壓控制部件均有防暴型，因此實現(xiàn)防爆十分簡單。

2.6、快速實現(xiàn)自動和手動的轉(zhuǎn)換控制。極端條件使電氣控制系統(tǒng)實效情況下，數(shù)字液壓可以隨時通過簡單和輕便的方式實現(xiàn)人工控制，即便是超大載荷，依然可以單手指操控，避免裝備失控。

3、簡單的設計、使用及維護性。由于數(shù)字液壓一個元器件替代了傳統(tǒng)意義上的整個控制系統(tǒng)功能，因此無論從設計、使用還是長期維護等難度大大降低，幾乎沒有過多要求，特別適合非專業(yè)人士使用。

1、可以實現(xiàn)單缸多段調(diào)速、多點定位、兩缸或兩缸以上進行差補運動，完成曲線軌跡運動。

2、動力大，用步進電機作為信號輸出，使液壓缸活塞桿完全按照步進電機的運動而運動，即不失步，又有幾百、幾千噸的推力。因此利用小功率的控制系統(tǒng)，就可使大型機械數(shù)控化，節(jié)省了方向閥、調(diào)速閥、分流閥等液壓件。降低了成本。簡化了系統(tǒng)，縮小了體積，降低事故率。

3、控制系統(tǒng)簡單。一臺微機或可編程邏輯控制器（PLC）就可以完成單或多缸的多點、多速控制，也可完成多缸的同步、插補運動。操作簡單、實用性好。

4、液壓系統(tǒng)高度簡化，只需油泵、溢流閥（或數(shù)字壓力閥）組成的液壓源就可接管使用，無需任何方向閥、流量閥、調(diào)速閥、單向閥、同步閥等繁雜液壓元件。也省略了這些閥件的安裝集成塊，也無需行程開關、繼電器等電氣元件。降低了使用成本和維修成本。

5、具備總線控制和連續(xù)控制功能?？梢詫崿F(xiàn)在計算機總線控制系統(tǒng)中，使液壓機械與其他加工設備組成柔性加工單元。

“數(shù)字技術的優(yōu)點和缺點”

數(shù)字液壓的最大優(yōu)點：

1.簡單。

2.故障少。

3.價錢便宜。

4.不需液壓和控制專業(yè)知識也能搞出高水平的液壓控制系統(tǒng)。

5.大大減少了系統(tǒng)設計工作。

6.大大減少了現(xiàn)場調(diào)試。

7.基本上沒有了控制難題。

8.縮小了從業(yè)人員技術水平差距（專家和新從業(yè)人員間減小了差距）。

9.產(chǎn)品統(tǒng)一化，簡化設計制造工作量。

10.可以促成許多行業(yè)的技術進步。

數(shù)字液壓的最大缺點：

1.沒有了權威和專家。

2.許多液壓元件工廠可能沒活干（最為可怕）。

3.液壓從業(yè)人員將有減少。

標準系列液壓缸 ：重型冶金液壓缸、工程機械液壓缸、拉桿式液壓缸、單雙作用多級缸、擺動液壓缸、 轉(zhuǎn)角夾緊缸。

標準系列氣缸： 單動型、復動型氣缸、多位置復動型氣缸、雙軸可調(diào)行程型復動型氣缸、 QGA(B) 、SC系列氣缸、JB系列緩沖氣缸、QGY薄型氣缸、氣液增壓缸、擺動氣缸等。

數(shù)字液壓缸 :數(shù)字控制直線液壓缸、數(shù)字控制擺動缸（可以數(shù)字輸入及實現(xiàn)本擺動缸最大擺度以下的任何角度）。

非標系列 ：方坯、線棒材液壓剪；氣液增壓缸、增速缸；彈簧夾緊缸；不銹鋼液壓缸；微型液壓缸；剎車制動器缸；伺服壓上缸、壓下缸；變速缸；高速缸；串連缸；并聯(lián)缸；同步缸；液壓鎬；液壓機； 鋼包滑動水口油缸；液壓滑環(huán)（旋轉(zhuǎn)接頭）； 液壓電梯；升降平臺；大型液壓站；液壓動力包；伺服比例系統(tǒng)及機電、液、微機控制一體化成套裝置。