浙江海洋学院学报

（

自然科学版

）

第

２７

卷

１．１

工作原理

数字伺服液压缸的结构如图

１

所示。高压油

Ｐｓ

经可调

节流阀（ 或调速阀） 至控制活塞杆底部的工作腔

Ｐ

Ｃ

， 与活塞

杆中心的回油孔相通， 回油孔通流面积很大， 小孔内压强可
近似为零， 油液从活塞杆上开设的两个轴对称小孔通过油
缸内壁上开设三 角 形 螺 旋 通 油 槽 与 低 压 回 油 腔 （

Ｐ

ａ

＝０

） 相

通， 该槽的一边与弓形回油孔构成可变弓形节流口， 即活塞
的转动改变了低压孔和螺旋槽之间的弓形节流面积， 从而
控制工作腔内的压力。工作腔始终与高压流体相通， 高压油
的流量调节方便， 可适应实际需要。当控制信号输入， 步进
电机通过齿轮传动使活塞转动， 此时弓形节流口面积关小，
则油液流向工作腔， 下腔内的压力增大， 打破了原来的平衡
关系， 活塞向上移动， 这样又逐渐使节流口面积增大， 直到
恢复为原来的值， 工作腔内的压力亦减小至原平衡值、与高
压腔和外载荷的向下推力相等， 活塞重新达到一种平衡关
系。反之亦然。这样步进电机输入一定转角， 活塞就产生相
应的位移。

１．２

结构特点

该数字伺服液压缸的结构特点如下：

１

） 不但可由压差调节， 而且可由改变节流口面积来调

节， 调节方便， 能适应实际需要。

２

） 高压腔至工作腔（

Ｃ

腔） 只经过一级节流， 压差损失

比较小， 效率较高（ 图

２

） 。

３

） 所有节流机构均为薄壁小孔， 流量不受油温影响， 速

度稳定性较好。

４

） 螺旋三角槽开在活塞杆孔内， 加工工艺虽有一定难度， 但三角螺旋槽不起节流作用， 只作通流作用，

槽的截面尺寸精度要求不高， 只要保证有足够的截面积和光顺的槽边即可， 因此其加工难度可降低。

２ 数字缸的数学模型

该数字式伺服液压缸的数学模型的建立方法和过程如下

［２，３］

：

２．１

静态数学模型

根据数字伺服液压缸的机构原理图， 可简化为阻力半桥表示如图

２

所示。设回油压力恒为零， 可得出

描述数字伺服液压缸静态特性的基本方程如下：

１．

流量连续方程

ｑ

１

＝ｑ

２

（

１

）

ｑ

１

＝Ｃ

ｄ

Ａ

ｓ

２

!

（

ｐ

ｓ

－ ｐ

ｃ０

）

!

（

２

）

ｑ

２

＝２Ｃ

ｄ

Ａ

０

２

!

ｐ

ｃ０

!

（

３

）

２．

活塞力平衡方程

Ｆ

Ｌ

＋Ｐ

ｓ

Ａ

Ｕ

＝Ｐ

Ｃ０

Ａ

Ｄ

（

４

）

其中

１－

缸筒；

２－

上盖；

３－

活塞杆；

４－

弓形回油口；

５－

三角螺旋槽；

６－

回油口；

７－

柱塞；

８－

底盘

图

１

数字伺服液压缸结构

Ｆｉｇ．１ Ｄｉｇｉｔａｌ ｓｅｒｖｏ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

图

２

数字伺服液压缸阻力半桥

Ｆｉｇ．２ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｅｒｖｏ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ

ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｈａｌｆ ｂｒｉｄｇｅ

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