数字液压缸

机电产品

数字液压缸（全称：数字液压伺服缸）。具有完全数字化的运动特性，即：电脉冲的频率与油缸的运动速度对应，电脉冲的数量与油缸的行程对应。数字液压缸是指将步进或伺服电机、液压滑阀、闭环位置反馈设计组合在液压缸内部，接通液压油源，所有的功能直接通过数字液压缸控制器或计算机或可编程逻辑控制器（PLC）发出的数字脉冲信号来完成不同速度下的长度矢量控制的高新技术产品。

简介

被称之为数字液压缸，其最大区别于伺服液压系统之处在于，数字液压缸的运动特性完全被数字化，即：电脉冲的频率与油缸的运动速度对应，电脉冲的数量与油缸的行程对应，而这种对应关系是通过数字油缸内部的设计、制造过程确定好的，无需任何外部的诸如：传感器、调节器、调节参数等来保障。数字液压缸对于使用者而言，是一个开环控制器件。有人形象的表述对数字液压缸的使用感受就是：“会数数就会使用数字液压缸”。

原理

数字液压实现微米级精密控制的核心是机液闭环的伺服控制技术，其与电液伺服阀控最大的不同在于，它利用巧妙的机械结构实现了液压作动器的精密反馈控制，使液压传动控制大为简化，让使用者不必再关心什么是PID、什么是频响、什么是阀口增益等等复杂的器件特性，将关注点集中在目标需求上。数字液压不仅大幅降低了技术门槛，对电离电磁、油液污染、冲击振动、温度范围等的耐受也大幅改善，努力做到让人人会用、用好。

数字液压缸是一种集成了机械反馈的直线液压放大器。在这个紧凑组件里，利用稳定可靠且环境耐受能力更强的机械仿形（滚珠）丝杠，替代了电位移传感器和反馈调节功能。电控步进电机或伺服电机○1带动阀芯○2在螺母套○3中旋转，使阀芯产生轴向移动，将阀口打开。根据电机的旋转方向，P口压力油将进入液压缸前或后腔，活塞杆○5伸出或缩回。这时，与活塞杆固定在一起的仿形螺母○4被一起带动，与其啮合的仿形螺杆○6被转动，导致连接在其左侧的螺母套○3旋转并推动阀芯○2返回移动，直至将开启的阀口关闭，完成液压缸直线移动对电机转角的仿形，过程中实现了力矩放大。这是一种带机械反馈的伺服系统（随动系统）。根据设计，仿形螺杆可用不同的导程，导程越大，可获得在一定精度范围内液压缸有较快的运动速度。当仿形螺杆采用小导程时，液压缸其运动速度将会降低，但此时的位置精度将会很高。

数字液压缸可被看作是电机的特性随动和功率放大装置。

分类

行业中称之为：“数字液压”的技术形式有不少，简单归纳为以下几种：

1、控制方式数字化：

主要指利用高速开关阀通过开关占空比不同（PWM，Pulse Width Modulation），实现在单位时间内的流量调节。但由于运动惯量会严重影响特性，只能实现很小流量的调节，限制了技术的发展空间；

2、流道通径数字化：

通过1、2、4、8......可多达128个阀成平方倍（PCM，Pulse Code Modulation）通径关系的开关阀组合，希望实现流量的数字化调节。这种技术在学术研究领域较多，不仅没有使其摆脱原本液压固有的难题，反而其庞大的体积和重量、复杂的结构等，使其没有了实用价值；

无论以上两种或是其它类似方式的数字化，其根本目的都是希望用最简单可靠的方式实现液压执行器件的方向、速度、位移的精确控制，简化液压使用难度。而仅完成了控制的数字化，或流道通径的数字化，由于负载、系统压力、油液流动性等诸多因素的不确定，依然无法保证最终液压执行器件的速度稳定，更无法控制其位移量，依然需要借助其它检测、控制手段来实现液压执行器件的控制调节，本质上与复杂的伺服阀控系统无差别。

3、特性数字化：

无论何种方式的数字化，其根本目的都是希望用最简单可靠的方式实现液压执行器件的方向、速度、位移的精确控制，简化液压使用难度。这里所定义的数字液压是液压执行器件（缸、马达）运动特性的数字化，即：电脉冲的频率对应液压执行器的速度、电脉冲的数量对应执行器的位移。负载、系统压力、流体特性、甚至是外泄内泄等的变化，均不影响液压执行器的需求特性，这样的技术被定义为数字液压技术。

技术特点

1、数字技术的优越性能

1.1、适合多参数多系统协同工作。数字液压相比现有的各种液压或者机械传动控制系统，其突出的优势在于多系统协同和任意控制参数的随意变化，避免了现有技术需要进行复杂参数调整的致命缺陷。

1.2、高分辨率运动控制精度。可实现大型机械装备微米级的运动控制，且响应迅速。1.3、无损失远程控制执行。可通过网络等远程进行系统的操控而不用担心指令信息的损失、滞后或者干扰。

1.4、运动特性完全数字化。速度、行程与电脉冲有直接的对应关系，只要控制好电脉冲，这个自动化系统就简单实现控制要求

2、优秀的生存力

2.1、高电磁兼容性

2.1.1、高抗干扰。由于传输采用数字脉冲功率信号（即作为控制，又作为驱动），因此在最严酷的电磁辐射状态下，系统依然可以良好的工作。该性能大大优于现有的液压和电气控制系统。

2.1.2、低电磁辐射。由于数字液压油缸控制指令环节没有复杂的电子器件，因此对外产生的电磁泄露很少。

2.2、抗大加速度冲击振动。由于数字液压器件不采用线性电磁铁作为控制核心，因此抗冲击和震动能力大大提高。

2.3、高抗污染。对液压油的过滤精度没有严格要求，甚至液压油受到污染，同样不会造成系统的精度降低，更不会造成严重的误动作甚至是事故。

2.4、宽范围的工作介质。无论采用矿物油还是水基乳化液等，设置在极端环境下，无论是水或者是压力气体都可以让系统暂时工作（性能稍有降低），这是其他任何控制系统无法实现的。