数字与智能液压元件及应用

本书以实例为主，系统、全面地介绍了各种数字与智能液压元件及其应用。本书内容主要包括电液数字控制技术，增量式数字元件、增量式数字液压元件及应用，高速开关式数字元件、新型高速开关式数字液压元件、高速开关式数字液压元件及其应用，智能液压泵、智能化的液压阀、基于双阀芯控制技术的智能液压元件、基于智能材料的液压元件及其应用，智能控制器与液压元件集成系统、现场总线在液压智能控制中的应用，智能传感器液压系统的应用实例、基于智能传感器的火炮姿态调整平台设计实例、基于智能传感器的液压支柱压力检测系统设计实例，智能仪表液压系统典型应用、船舶液压系统功率智能仪表设计应用实例。全书以实例为主，内容全面、丰富，应用性强。

采用传统的比例阀或伺服阀等模拟信号控制元件构成的系统，一般通过D／A 接口实现数字控制，这是目前国内外液压与气动数字控制流行的方法。这种方法由于控制器中存在模拟电路，易产生温漂和零漂，不仅使系统易受温度变化的影响，而且很难实现控制器对阀本身非线性因素（如死区、滞环等）的彻底补偿，为此增加了D／A 接口电路。用于驱动比例阀和伺服阀的比例电磁铁和力矩电动机存在磁滞现象，导致阀的外控制特性表现出2％～8％的滞环，控制特性较差。由于结构特点，比例电磁铁的磁路一般由整体式磁性材料构成，在高频信号作用下，铁损引起的温升较大。
数字阀是液压阀技术发展的最典型代表，其极大提高了控制的灵活性。数字液压元件与计算机连接不需要D／A 转换器，省去了模拟量控制要求各环节间的线性和连续性。与伺服阀、比例阀相比，数字液压元件具有结构简单、工艺性好、价格低廉、抗污染能力强、可在恶劣的环境下工作等优势。另一方面，数字元件的输出量可由脉冲频率或宽度进行高可靠性调节控制，具备抗干扰能力强、开环控制精度较高等特点。
智能液压元件是在原有元件的基础上，将传感器、检测与控制电路、保护电路及故障自诊断电路集成为一体并具有功率输出的器件。这样它可替代人工的干预来完成元件的性能调节、控制与故障处理功能。其涉及的参数包括压力、流量、电压、电流、温度、位置等，甚至包括瞬态性能的监督与保护。智能传感器与智能仪表应用于液压与气动系统，使系统测控精度、信息处理与通信能力、抗干扰能力以及稳定性与可靠性有很大提高。这是液压与气动技术智能化的又一重要途径。液压元件智能化是大势所趋，采用智能元件效益是显著的：可获得更多更好更符合工况的功能，有利于提高控制精度、提高效率和节约能源；调试手段与方式更灵活；提高了安全可靠性，降低了额外故障产生的成本；易于实现远程诊断与维护，使用维修更方便。智能液压元件是流体传动与控制学科的发展前沿，涉及多学科，是一门典型的交叉学科，掌握其技术原理与方法，对大多数从业人员来说，是一个不小的挑战。
本书结合实例系统地介绍了液压数字元件与智能元件及集成应用技术，较为全面地汇集并梳理了国内专家学者近年在本技术领域探索、实践与创新的理论成果。本书的内容主要包括液压数字元件与智能元件的结构与原理、技术特点、相关学科、设计开发与调整试验方法等。所选实例涉及国民经济与国防工业多个应用工业门类，既具有典型性又较为详尽具体，对读者有参考价值。
全书共分5 章，分别是数字液压控制概述、增量式电液数字控制技术及应用、高速开关式电液数字控制技术及应用、智能液压元件及应用、智能液压集成系统。
本书适用于从事液压、电控设备及智能控制系统设计、开发、制造、使用、维修等相关工作的工程技术人员，亦可供高等院校相关专业的师生阅读。

编著者

本书结合实例系统地介绍了液压数字元件与智能元件及集成应用技术,较为全面地汇集并梳理了国内专家学者近年在本技术领域探索、实践与创新的理论成果。本书的内容主要包括液压数字元件与智能元件结构与原理、技术特点、相关学科、设计开发与调整试验方法等。所选实例涉及国民经济与国防工业多个应用工业门类,既具有典型性又较为详尽具体,很有参考价值。
本书适用于从事液压、电控设备及智能控制系统设计、开发、制造、使用、维修等相关工作的工程技术人员,也可供高等院校相关专业的师生阅读。

第1 章　数字液压控制概述1
　1.1　数字液压技术的概念与特点　/ 1
 1.1.1　数字液压技术的概念　/ 1
 1.1.2　电液数字控制技术的特点　/ 2
　1.2　数字液压元件的分类　/ 2
 1.2.1　广义数字液压元件与狭义数字液压元件　/ 2
 1.2.2　电液间接与直接数字控制技术　/ 3
 1.2.3　数字压力阀、数字流量阀和数字方向流量阀　/ 4
　1.3　数字阀国内外研发与应用概况　/ 5
 1.3.1　国外研发与应用概况　/ 5
 1.3.2　国内研发与应用概况　/ 6

第2 章　增量式电液数字控制技术及应用7
　2.1　增量式数字阀及应用　/ 7
 2.1.1　增量式数字阀概述　/ 7
 2.1.2　数字控制旋芯式比例插装阀　/ 12
 2.1.3　基于数字同步阀的液压同步系统　/ 16
 2.1.4　双缸四柱液压机同步控制系统　/ 17
 2.1.5　2D 高频数字阀在电液激振器中的应用　/ 21
 2.1.6　基于2D 高频数字阀的高速数控冲床液压系统　/ 25
 2.1.7　车辆换挡用2D 数字缓冲阀　/ 27
 2.1.8　材料试验机电液数字同步举升系统　/ 31
 2.1.9　数字阀在万能材料试验机中的应用　/ 35
 2.1.10　电液数字控制技术在提升装置中的应用　/ 36
 2.1.11　数字阀在船舶液压舵机控制中的应用　/ 38
　2.2　高压高频响数字溢流阀设计实例　/ 41
 2.2.1　技术方案　/ 41
 2.2.2　关键零部件设计及选型　/ 45
　2.3　步进电动机驱动的数字控制轴向柱塞变量泵　/ 48
 2.3.1　250CKZBB 电液伺服变量泵　/ 48
 2.3.2　单片机控制的数字变量轴向柱塞泵　/ 49
　2.4　步进电动机驱动的数字液压缸及应用　/ 51
 2.4.1　数字控制液压伺服系统及在冲压工艺中的应用　/ 52
 2.4.2　数字液压缸在数控折弯机液压系统中的应用　/ 54
 2.4.3　新型数字液压缸　/ 58
 2.4.4　电液步进缸的测试　/ 60
　2.5　步进电动机驱动的数字液压马达及应用　/ 64
 2.5.1　数字液压马达的特点　/ 64
 2.5.2　数字液压马达在风电变桨距控制中的应用　/ 64

第3 章　高速开关式电液数字控制技术及应用70
　3.1　高速开关式数字阀　/ 70
 3.1.1　高速开关式数字阀概述　/ 70
 3.1.2　基于数字流量阀的负载口独立控制　/ 74
 3.1.3　基于并联开关阀技术的新型数字液压阀　/ 78
 3.1.4　电液比例数字控制　/ 81
 3.1.5　电液伺服数字控制　/ 84
　3.2　高速开关式数字阀的应用　/ 86
 3.2.1　数字阀在电控液压动力转向系统中的应用　/ 86
 3.2.2　新型高速数字开关阀为导阀的多路换向阀　/ 89
 3.2.3　自动变速器主油压调节用数字比例溢流阀　/ 91
 3.2.4　擦窗机台车液压调平系统　/ 96
 3.2.5　数字逻辑插装式水轮机调速器及其应用　/ 100
 3.2.6　数字阀控制系统在板带跑偏中的应用　/ 104
 3.2.7　数控剪板机带钢纠偏系统　/ 107
　3.3　高速开关阀控制的数字变量泵　/ 109
 3.3.1　高速开关阀控制的变量叶片泵　/ 109
 3.3.2　压力流量双反馈的电控变量泵　/ 110
 3.3.3　变频调速与高速开关阀复合控制的数字变量泵　/ 113
　3.4　高速开关阀控制的数字液压缸　/ 115
 3.4.1　数字液压缸的原理与应用　/ 115
 3.4.2　内循环数字液压缸　/ 119
 3.4.3　四腔室数字液压缸　/ 121
　3.5　高速开关阀控制的数字液压马达　/ 124
 3.5.1　液压马达数字调速系统　/ 124
 3.5.2　基于PWM 高速开关阀控制的旋转平台　/ 127
　3.6　高速开关式数字液压阀及其阀控系统发展和展望　/ 128
 3.6.1　高速开关式数字液压阀的发展历程　/ 128
 3.6.2　数字阀控制技术　/ 132
 3.6.3　可编程阀控单元　/ 134
 3.6.4　数字液压阀发展展望　/ 135

第4 章　智能液压元件及应用137
　4.1　智能液压元件概述　/ 137
 4.1.1　液压技术的发展　/ 137
 4.1.2　智能液压元件的特点　/ 138
 4.1.3　智能液压元件应用的效益　/ 140
　4.2　智能液压阀及应用　/ 141
 4.2.1　DSV 型数字智能阀　/ 141
 4.2.2　数字阀PCC 可编程智能调速器在水电站中的应用　/ 142
 4.2.3　新型与智能型伺服阀　/ 147
 4.2.4　EATON 智能液压阀——AxisPro 系列比例阀　/ 151
 4.2.5　基于双阀芯控制技术的智能液压阀及应用　/ 156
　4.3　基于智能材料的液压元件　/ 160
 4.3.1　压电晶体及其在液压阀中的应用　/ 160
 4.3.2　电流变液技术在液压控制中的应用　/ 166
　4.4　智能液压泵及应用　/ 170
 4.4.1　军用机机载智能泵源　/ 170
 4.4.2　机载智能泵源系统负载敏感控制　/ 175
 4.4.3　大型客机液压系统　/ 180

第5 章　智能液压集成系统191
　5.1　现场总线在液压智能控制中的应用　/ 191
 5.1.1　现场总线的概念　/ 191
 5.1.2　基于嵌入式控制器与CAN 总线的挖掘机智能监控系统　/ 192
 5.1.3　基于CAN 总线的液压混合动力车智能管理系统　/ 196
 5.1.4　CAN 总线在平地机液压智能控制系统中的应用　/ 200
 5.1.5　液压驱动四足机器人控制系统　/ 203
 5.1.6　基于双RS485 总线的液压支架运行状态监测系统　/ 207
 5.1.7　数控液压板料折弯机控制系统　/ 213
 5.1.8　汽车大型覆盖件液压机柔性冲压生产线　/ 217
 5.1.9　基于PROFIBUS-DP 现场总线的管材拉拔机控制系统　/ 221
 5.1.10　液压插销升降装置电控系统　/ 224
 5.1.11　现场总线型液压阀岛　/ 228
 5.1.12　基于工业以太网的液压步行机器人　/ 232
　5.2　智能器件与液压元件集成系统及应用　/ 237
 5.2.1　汽车液压支腿集成式智能调平系统　/ 237
 5.2.2　阀门液压智能控制装置　/ 240
 5.2.3　电液智能控制器在风洞控制中的应用　/ 242
 5.2.4　智能型集成电液伺服系统　/ 245
 5.2.5　分布智能的电液集成系统　/ 248
 5.2.6　智能液压动力单元　/ 251
 5.2.7　智能传感器在电液伺服同步控制中的应用　/ 256
 5.2.8　基于IEEE1451.2 标准的智能液压传感器模块　/ 258
 5.2.9　基于PLC 及SWP 智能仪表的步进梁液压监控系统　/ 262
 5.2.10　高温液压源智能温度控制　/ 264
　5.3　基于智能传感器的火炮姿态调整平台设计实例　/ 267
 5.3.1　整体设计　/ 268
 5.3.2　液压控制系统设计　/ 269
 5.3.3　智能倾角传感器设计　/ 269
 5.3.4　倾角控制系统软件设计　/ 276
　5.4　液压系统功率智能仪表设计应用实例　/ 278
 5.4.1　船舶液压系统功率传感器设计　/ 278
 5.4.2　智能仪表电路的硬件设计　/ 279
 5.4.3　智能仪表电路的软件设计　/ 286
 5.4.4　液压功率智能仪表的实验与分析　/ 291

参考文献295