電氣控制與液壓控制基本特性比較

陳建華，余德林

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖北武漢430079）

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電氣控制與液壓控制基本特性比較

陳建華，余德林

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖北武漢430079）

摘要：電氣控制與液壓控制是物體運(yùn)動(dòng)的兩種主要控制方式，二者在基本元件特性、控制原理及特點(diǎn)等方面具有較多的相似性。基于兩種控制方式的基本特性，運(yùn)用類比的方法，比較兩者的共性和差別，讓更多的人更好地掌握電氣技術(shù)與液壓技術(shù)，掌握電液技術(shù)綜合運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：液壓控制；電氣控制；基本特性；比較

1　引言

電氣技術(shù)與液壓技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中兩門重要的實(shí)用技術(shù)，兩者在應(yīng)用時(shí)間和應(yīng)用范圍上有較大的區(qū)別，并具有各自的特點(diǎn)，但也存在著較多的相似性，通過(guò)比較兩者的基本特性，可以更好地掌握電氣技術(shù)與液壓技術(shù)。

2　基本參數(shù)的比較

電學(xué)的基本物理量有電阻、電壓、電流等，液壓運(yùn)動(dòng)的基本物理量有液阻、壓力、流量等。這些基本參數(shù)有相似的對(duì)應(yīng)的物理意義。

（1）電阻與液阻

電阻表征的是導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，電阻有線性電阻和局部電阻等。液阻表征是液流在運(yùn)動(dòng)中所受的阻力，液阻也存在沿程阻力和局部阻力。電阻與液阻，都與“管路”的長(zhǎng)度成正比，與“管路”截面積成反比，而且都隨溫度的變化而變化。

（2）電壓與壓力

電壓通常指電位降，在電路中，電流受到電阻的作用，會(huì)造成電能的損失，在電阻兩端產(chǎn)生電位降；在液壓回路中，液體流動(dòng)受到液阻的作用，能量會(huì)損失，產(chǎn)生壓力差。

（3）電流與流量

電流強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面電荷的數(shù)量，等于電壓與電阻的比值；液流的流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)斷面的油液的體積。

3　基本元件性能的比較

在電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)中，有較多的元件具有相似的工作原理及性能特點(diǎn)。

3．1動(dòng)力元件

電氣系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υ矗娫矗┦前l(fā)電機(jī)，為系統(tǒng)提供電能，輔助電源有蓄電池或電容器，在系統(tǒng)中能發(fā)揮儲(chǔ)存電能和補(bǔ)充電能的作用；液壓系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υ词且簤罕茫o液壓系統(tǒng)提供液壓能，輔助動(dòng)力源有蓄能器，能發(fā)揮蓄能和短時(shí)間補(bǔ)充壓力能的作用。

3．2執(zhí)行元件

電氣系統(tǒng)中，作為執(zhí)行元件有電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)等，作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行元件有液壓馬達(dá)和液壓缸，其作用是將壓力能轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)需要的機(jī)械能，同樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。

3．3控制元件

（1）方向控制元件

晶體二極管在電氣系統(tǒng)中具有單向?qū)щ娦缘奶攸c(diǎn)，即電流正向?qū)ǎ聪蚪刂梗粏蜗蜷y在液壓系統(tǒng)中用于控制油液流動(dòng)方向。

（2）保護(hù)元件

繼電器在電氣系統(tǒng)中起到保護(hù)電氣元件的作用，不同類型的繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流以及熱過(guò)載保護(hù)。在液壓系統(tǒng)中，溢流閥起到壓力控制及保護(hù)液壓元件的作用，壓力繼電器利用系統(tǒng)液壓力的大小來(lái)控制電路的通斷。

電氣系統(tǒng)中穩(wěn)壓二極管具有穩(wěn)定電壓，減小系統(tǒng)電壓波動(dòng)的特點(diǎn)，在液壓系統(tǒng)中，發(fā)揮阻尼作用的背壓閥具有穩(wěn)定壓力、減少油壓波動(dòng)、保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的特點(diǎn)。

（3）變電壓或變壓力元件

在電氣系統(tǒng)中，變壓器能夠起到升高電壓和降低電壓的作用，在液壓系統(tǒng)中，局部油路的壓力改變可以通過(guò)減壓閥進(jìn)行降壓或通過(guò)增壓缸實(shí)現(xiàn)增壓，也可以由馬達(dá)型液壓變壓器實(shí)現(xiàn)壓力改變，馬達(dá)型變壓器由變量馬達(dá)單元與變量泵單元組成，通過(guò)改變單元件的排量可以改變進(jìn)出油口壓力，達(dá)到改變壓力的目的。

（4）流量控制元件

在電氣系統(tǒng)中，可變電阻器通過(guò)改變電阻值的大小，改變電路中的電流；在液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥和調(diào)速閥也可以通過(guò)改變節(jié)流口的通流面積和改變油路中的流量，達(dá)到控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度的目的。

3．4輔助元件

電氣系統(tǒng)中的導(dǎo)線相當(dāng)于液壓系統(tǒng)中的管路，導(dǎo)線在電氣系統(tǒng)中起到輸送電壓和電流的作用，管路在液壓系統(tǒng)中起到輸送壓力和流量的作用。

電氣系統(tǒng)中的濾波器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行提取、分隔、抑制干擾，液壓系統(tǒng)中的過(guò)濾器對(duì)液壓油中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾清潔，起到保護(hù)作用。

電氣系統(tǒng)需要接線柱（夾）、電壓表、電流表及絕緣件等，液壓系統(tǒng)的輔助元件也有管接頭、壓力表、流量表、密封圈等。

4　控制方式的比較

4．1通路與短路

和電氣系統(tǒng)的通路一樣，液壓系統(tǒng)也需要循環(huán)通路。

（1）通路

電氣系統(tǒng)在構(gòu)成一個(gè)封閉的通路時(shí)才能正常地工作，液壓系統(tǒng)同樣需要通路才能正常工作。液壓油在油泵的作用下，流經(jīng)相關(guān)的控制閥，進(jìn)入執(zhí)行元件，經(jīng)回油管流回油箱，構(gòu)成封閉的回路。

（2）短路

壓力油不流經(jīng)執(zhí)行元件直接流回油箱的回路稱為短路，液壓回路的短接可以實(shí)現(xiàn)液壓泵節(jié)能減耗。在電氣技術(shù)和液壓技術(shù)中，短路的方法均可用于系統(tǒng)故障診斷。

4．2串聯(lián)、并聯(lián)回路

電氣系統(tǒng)中存在著電阻的串聯(lián)、關(guān)聯(lián)，在液壓系統(tǒng)中，同樣存在著負(fù)載的串聯(lián)、并聯(lián)。

（1）液壓串聯(lián)回路

多個(gè)換向閥的進(jìn)油口、回油口依次連接的回路稱為串聯(lián)回路，如圖1（a）所示，其實(shí)質(zhì)為負(fù)載串聯(lián)。串聯(lián)回路具有以下特性。

①液壓泵的壓力（系統(tǒng)壓力）等于同時(shí)動(dòng)作的各個(gè)執(zhí)行元件壓力之和；

②液壓泵的流量（系統(tǒng)最大流量）是按照各執(zhí)行元件中流量最大的數(shù)值選取的。

圖1　液壓系統(tǒng)串聯(lián)、并聯(lián)回路

（2）液壓并聯(lián)回路

多個(gè)換向閥的進(jìn)油口、回油口分別并聯(lián)連接的回路稱為并聯(lián)回路，如圖1（b）所示。其實(shí)質(zhì)為負(fù)載并聯(lián)。并聯(lián)回路具有以下特性。

①液壓泵的流量等于同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件的流量之和；

②液壓泵的壓力是按各執(zhí)行元件中所需最高壓力選取［5］。

以上串并聯(lián)回路特性未考慮油液的流量壓力損失。

可以看出，液壓回路中負(fù)載的流量壓力串并聯(lián)特性與電路中電流電壓串并聯(lián)特性相似。

4．3橋路的比較

圖2　液壓半橋的三種形式

電氣系統(tǒng)中的電橋有平衡電橋和非平衡電橋，平衡電橋用于測(cè)量具有相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的物理量，非平衡電橋是通過(guò)橋路來(lái)測(cè)量電阻，根據(jù)電橋輸出的不平衡電壓，計(jì)算出引起電阻變化的物理量，如溫度、壓力、形變等。

液壓半橋是由至少一個(gè)可變液阻構(gòu)成的控制橋路，圖2所示為3種不同類型的液壓半橋。通過(guò)輸入先導(dǎo)控制信號(hào)改變節(jié)流閥節(jié)流口面積調(diào)整橋路的壓差，起到位移-壓差轉(zhuǎn)換器與功率放大器的作用，是液壓回路中重要的控制方式。

從橋路的影響因素和效果看，電橋與液壓橋路具有相似特性。

5　識(shí)圖方法的比較

對(duì)于大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備而言，電氣系統(tǒng)圖和液壓系統(tǒng)圖具有相似的識(shí)圖方法，即通常采用順序識(shí)圖法，也遵循通路閉合性的原則，通路的閉合性分析是系統(tǒng)圖分析的主線，只有通過(guò)通路閉合性的分析才能得出正確的結(jié)論。

6　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)電氣控制和液壓控制進(jìn)行比較，僅僅是對(duì)兩者基本原理和特點(diǎn)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，能夠鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。由于電氣技術(shù)和液壓技術(shù)還有更多獨(dú)自的特性，需要結(jié)合相應(yīng)的元件設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行分析，才能更好地掌握相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］左健民．液壓與氣壓傳動(dòng)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

［2］鄭蘭霞．淺析液壓傳動(dòng)與電氣傳動(dòng)的相似性［J］．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010，（5）．

［3］張海平．液壓速度控制技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014．

［4］朱玉川．電氣與液壓技術(shù)的相似性比較［J］．機(jī)床與液壓，2011，39（24）：61-62，79．

［5］袁子榮．新型液壓元件及系統(tǒng)集成技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012．

Comparison of basic characteristics of electric control and hydraulic control

CHEN Jian-hua，YU De-lin

（Mechanical and Electrical Engineering Department，Hubei Communication Vocational Technical College，Wuhan 430079，China）

Key words：hydraulic control；electric control；basic characteristics；comparison

Abstract：The electric control and the hydraulic control are the two main control modes of the motion for the object．There are many similarities between the two modes on the basic element characteristics，the control principles and the characteristics．Based on the respective characteristics of the two control modes，the similarities and differences between the two control modes are compared and analyzed by using the analogy method．It can help us to grasp the electric technology and hydraulic technology better，also can help us to master the comprehensive utilization of the electrohydraulic technology．

中圖分類號(hào)：TH137

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005—7277（2016）02—0010—03

作者簡(jiǎn)介：

陳建華（1966-），男，湖北武漢人。副教授，碩士，主要從事液壓技術(shù)教學(xué)與研究工作。

收稿日期：2016-02-16