电液伺服阀/液压缸及其系统

在液压传动系统或液压传动及控制系统中，如其含有电液伺服阀或/和电液伺服液压泵这些典型元件，则可将其称为电液伺服（控制）系统。而本书没有采用所列参考文献中使用的“液压控制系统”这一词汇，因为作者认为将“液压传动系统”与“液压控制系统”断然分开值得商榷。

电液伺服系统因综合了电气和液压等两个主要方面的特长，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈控制（闭环控制）等优点，所以在负载（质量）大又要求响应速度快的场合使用为合适。现在，其应用已遍及国民经济包括军事工业在内的各个工程技术领域。

虽然电液伺服阀控制液压缸或马达系统和电液伺服变量泵控制液压缸或马达系统同属于电液伺服（控制）系统，但因电液伺服阀（控制）系统的动态响应可以更快，所以本书主要研究电液伺服阀、电液伺服阀控制液压缸和电液伺服阀控制液压缸系统。

常见的电液伺服阀是一种电调制液压连续控制阀，其作为电液伺服系统中的核心元件，非常精密而又复杂，阀本身质量（品质）对整个系统的静态、动态性能影响很大，且使用、维护要求也非常严格。到目前为止，电液伺服阀在设计、加工、装配、试验、使用和维护等方面仍存在着一些技术难题，其中在“参数不确定性”、“数模非线性”、“零部件互换性”、“质量一致性”和“可靠性”等方面存在的问题尤为突出。

电液伺服控制液压缸现在已经被现行标准所定义，即“用于伺服控制，有动态特性要求的液压缸”。一般包括活塞式液压缸和柱塞式液压缸。然而，本书所述主要是指电液伺服阀控制的液压缸，而非是电液伺服变量泵控制的液压缸。

但根据对现在可见的相关标准、文献的研究及实机验证，本书作者认为现行标准中不仅电液伺服阀控制液压缸的定义存在问题，而且（伺服液压缸）技术条件（要求）和试验方法也有很多地方值得商榷。

本书根据作者给出的电液伺服阀控制液压缸技术要求和试验方法，设计了电液伺服（阀）控制液压缸系列，包括分类、标记、基本参数、型式与尺寸等，力争能为我国电液伺服阀控制液压缸的标准化、系列化和模块化设计做一点工作。

电液伺服阀控制液压缸系统一般采用反馈控制，其设计需要全面、准确地把握设计（技术）要求、正确制定系统控制方案、按相关标准绘制液压原理图和元件及管路布置图，其中必须重点考虑控制精度要求和各元器件性能的匹配以及稳定性、随动性、抗干扰性、可靠性和使用寿命（或概述为稳定性、精确性和快速性），而这些恰恰也是当前电液伺服阀控制液压缸系统设计的难题。

为了解决上述各项难题，完成一种新型高性能电液伺服阀设计与制造，促进电液伺服阀控制液压缸的标准化、系列化和模块化设计，提高电液伺服阀控制液压缸系统的设计、制造、使用和维护水平，本书作者通过所从事的一种新型高性能电液伺服阀、电液伺服阀控制液压缸标准化、系列化和模块化设计、材料及零部件疲劳寿命试验机通用电液伺服阀控制液压缸系统等研制工作，较为全面、系统、深入地研究了电液伺服控制技术所涉及的主要问题，并将液压系统设计与电控系统设计结合在一起，力求体现新技术、新方法、新思路，由此实现液压传动及控制技术的创新与进步。

这是一部力求精准且能解决工程技术问题的电液伺服控制技术方面的专著。因作者学识、水平有限，恳请专家、读者批评指正。

后，衷心感谢哈尔滨工业大学姜继海、燕山大学姜万录两位老师在本书编著出版过程中给予的多方面指导和帮助！

编著者

第1 章　电液伺服控制技术基础 1

1.1 电液伺服控制技术概论 1

1.1.1 电液伺服控制系统的分类与组成 1

1.1.2 电液伺服阀控制液压缸系统的工作原理及特点 5

1.1.3 电液伺服控制技术的发展趋势与关键技术 8

1.1.4 电液伺服阀控制液压缸系统的建模与仿真 11

1.2 电液伺服控制技术理论基础 13

1.2.1 反馈控制 13

1.2.2 数学模型 18

1.2.3 典型环节 30

1.2.4 控制系统的稳定性 34

1.2.5 控制系统的精确性 36

1.2.6 控制系统的快速性 40

1.2.7 控制系统的校正 44

1.3 电液伺服控制技术相关术语与辨正 52

1.3.1 常用术语和定义 52

1.3.2 一些术语和定义的辨正 66

第2 章　电液伺服阀设计与制造 78

2.1 电液伺服阀的组成 78

2.1.1 电液伺服阀放大器 79

2.1.2 电气-机械转换器 79

2.1.3 液压前置级放大器 81

2.1.4 输出级液压放大器(液压主控制阀)  84

2.1.5 电液伺服阀反馈或平衡机构 86

2.2 电液伺服阀的分类 86

2.3 电液伺服阀的一般技术要求 93

2.3.1 电液伺服阀的型式、主要参数、型号编制方法及接口 93

2.3.2 电液伺服阀的机械设计要求 94

2.3.3 电液伺服阀的电气设计要求 98

2.3.4 电液伺服阀的液压设计要求 99

2.3.5 电液伺服阀的性能要求 100

2.3.6 电液伺服阀的环境要求 101

2.3.7 电液伺服阀的耐久性要求 102

2.3.8 电液伺服阀的质量保证规定 102

2.3.9 电液伺服阀的交货准备 106

2.4 电液伺服阀的特殊(详细) 技术要求 106

2.4.1 电液伺服阀接口 106

2.4.2 电液伺服阀的机械设计要求 107

2.4.3 电液伺服阀的电气设计要求 109

2.4.4 电液伺服阀的液压设计要求 109

2.4.5 电液伺服阀的性能要求 110

2.4.6 电液伺服阀的环境要求 111

2.4.7 电液伺服阀的耐久性要求 114

2.5 电液伺服阀放大器技术要求 115

2.5.1 电液伺服放大器选型 115

2.5.2 电液伺服阀放大器技术要求 116

2.6 喷嘴-挡板式液压放大器设计 118

2.7 射流管式液压放大器设计 119

2.8 液压主控制阀设计 120

2.9 常用电液伺服阀 122

2.9.1 力反馈式电液伺服阀 122

2.9.2 电反馈式电液伺服阀 126

2.9.3 直接驱动式电液伺服阀 128

2.9.4 压力控制电液伺服阀 130

2.10 电液伺服阀制造 130

2.10.1 电液伺服阀制造工艺的特点 131

2.10.2 电液伺服阀材料 133

2.10.3 电液伺服阀零部件的机械加工 134

2.10.4 电液伺服阀零部件的热加工、热处理、表面处理及无损探伤 136

2.10.5 电液伺服阀主要阀零件的加工工艺 137

2.10.6 电液伺服阀的装配工艺 143

2.10.7 电液伺服阀的试验方法 146

第3 章　电液伺服阀控制液压缸设计与制造 174

3.1 电液伺服控制液压缸概论 174

3.1.1 电液伺服控制液压缸的定义及特点 174

3.1.2 电液伺服控制液压缸的组成与分类 175

3.2 零遮盖四边滑阀(四通阀) 控制双(出) 杆缸 180

3.2.1 基本假设 181

3.2.2 基本方程 181

3.2.3 方块图和传递函数 182

3.2.4 液压刚度与液压固有频率及传递函数简化 184

3.2.5 主要性能参数分析 190

3.3 电液伺服阀控制液压缸技术要求 193

3.3.1 电液伺服阀控制液压缸通用技术要求 193

3.3.2 集成了电液伺服阀的液压缸技术要求 197

3.4 液压缸缸体(筒) 的技术要求 198

3.5 液压缸活塞的技术要求 203

3.6 液压缸活塞杆的技术要求 205

3.7 液压缸缸盖的技术要求 208

3.8 液压缸缸底的技术要求 211

3.9 液压缸导向套的技术要求 213

3.10 液压缸密封的技术要求 216

3.10.1 密封制品质量的一般技术要求 216

3.10.2 液压缸密封装置的一般技术要求 222

3.10.3 液压缸密封技术要求比较与分析和密封件选择 225

3.11 液压缸活塞杆静压支承结构技术要求 230

3.12 液压缸缓冲装置的技术要求 232

3.12.1 固定式缓冲装置技术要求 233

3.12.2 缓冲阀缓冲装置技术要求 233

3.13 液压缸用传感器(开关) 的技术要求 234

3.13.1 液压缸用传感器的技术要求 234

3.13.2 液压缸用接近开关的技术要求 243

3.13.3 几种液压缸常用传感器产品 244

3.14 液压缸排放气、锁紧与防松及其他装置技术要求 258

3.14.1 排气装置的技术要求 258

3.14.2 防松措施的技术要求 259

3.14.3 其他装置的技术要求 259

3.15 液压缸安装和连接的技术要求 260

3.15.1 安装尺寸和安装型式的标识代号 260

3.15.2 国内外几种安装型式的伺服液压缸的安装尺寸 261

3.15.3 缸装配用双头螺柱及拧紧力矩 268

3.16 液压缸装配技术要求 271

3.16.1 液压缸装配一般技术要求 271

3.16.2 液压缸装配具体技术要求 275

3.17 液压缸运行的技术要求 278

3.18 电液伺服阀控制液压缸标准化、系列化和模块化设计 279

3.18.1 几种缸零件标准化、系列化和模块化设计 279

3.18.2 一组标准化、系列化和模块化电液伺服阀控制液压缸设计 284

3.19 电液伺服阀控制液压缸制造 289

3.19.1 电液伺服液压缸主要缸零件的加工工艺 289

3.19.2 电液伺服液压缸的装配工艺 294

3.19.3 电液伺服液压缸的试验方法 295

第4 章　液压伺服阀控制系统设计与制造 304

4.1 电液伺服阀控制系统设计 304

4.1.1 电液伺服阀控制系统设计一般流程 304

4.1.2 电液伺服阀控制系统静态设计 305

4.1.3 电液伺服阀控制系统动态设计 307

4.1.4 电液伺服阀控制系统液压动力源设计 311

4.2 电液伺服阀控制系统通用规则和安全技术要求 324

4.2.1 总则 324

4.2.2 对液压系统设计和技术规范的基本要求 324

4.2.3 附加要求 326

4.2.4 对于元件和控制的特定要求 327

4.3 几种电液伺服阀控制系统分析与设计 336

4.3.1 带材纠偏控制装置电液伺服阀控制系统 337

4.3.2 四(六) 辊轧机液压压下装置电液伺服阀控制系统 339

4.3.3 疲劳寿命试验机电液伺服阀控制系统 345

4.3.4 液压伺服振动试验设备 347

4.4 电液伺服阀控制系统安装工艺 356

4.5 电液伺服阀控制系统冲洗工艺 357

4.6 电液伺服阀控制系统调试方法 359

第5 章　电液伺服阀控制系统使用与维护 362

5.1 电液伺服阀控制系统工作介质的使用与维护 362

5.1.1 电液伺服阀控制系统工作介质的选择与使用 362

5.1.2 电液伺服阀控制系统及元件要求的清洁度指标 367

5.1.3 电液伺服阀控制系统工作介质的检(监) 测与维护 369

5.2 电液伺服阀的使用与维护 372

5.2.1 电液伺服阀的选择与使用 372

5.2.2 电液伺服阀的常见故障及其排除 373

5.2.3 电液伺服阀的维护 377

5.3 电液伺服阀控制液压缸的使用与维护 378

5.3.1 伺服液压缸的使用 378

5.3.2 伺服液压缸的失效模式与风险评价 381

5.3.3 伺服液压缸的在线检(监) 测与故障诊断 382

5.3.4 伺服液压缸的维修与保养 387

5.4 电液伺服阀控制系统的使用与维护 389

5.4.1 电液伺服阀控制系统的故障分析 389

5.4.2 电液伺服阀控制系统的自动诊断监控 391

5.4.3 电液伺服阀控制系统的维护与保养 392

附录 395

附录A 电液伺服控制技术现行相关标准目录 395

附录B 各标准中规定的量、符号和单位 405

附录C 重大危险一览表(资料性附录)  411

参考文献 413