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        交流伺服缸系統(tǒng)測試方法的研究

        2021-09-01 07:17:14董榮寶
        煤礦機(jī)電 2021年3期
        關(guān)鍵詞:桿腔蓄能器油泵

        董榮寶

        (中國煤炭科工集團(tuán) 上海研究院有限公司,上海 200030)

        0 引言

        電液控制技術(shù)主要有泵控和閥控兩種。目前閥控技術(shù)被廣泛應(yīng)用,其缺點是節(jié)流與溢流損失,能效較低。低能效不但增加了系統(tǒng)的裝機(jī)功率,還會引起系統(tǒng)發(fā)熱,從而帶來一系列問題。為了從根本上解決問題,理想方式是采用泵控技術(shù)[1-3]。在液壓技術(shù)領(lǐng)域中,測試既是評判液壓元件和系統(tǒng)性能的最終依據(jù),也是最重要的研發(fā)手段。本文測試方法適用于交流伺服系統(tǒng)特性的研究,對提高液壓缸基本性能具有促進(jìn)作用[4-9]。

        1 工作原理

        交流伺服缸系統(tǒng)由伺服電機(jī)、油泵、安全閥、壓力和位移傳感器、蓄能器、高頻電磁球閥等組成。配套設(shè)備有驅(qū)動單元、控制單元等[10-11],如圖1所示。

        控制器得到指令控制驅(qū)動器使伺服電機(jī)1旋轉(zhuǎn),帶動油泵2旋轉(zhuǎn),液壓缸活塞腔進(jìn)入高壓油,液壓缸伸出。同時高頻電磁球閥6.2得電,蓄能器5中液壓油通過6.2補(bǔ)償由于液壓缸7造成的流量差所需要的油液。位移傳感器8傳輸液壓缸位置數(shù)據(jù)到控制器進(jìn)行比較,從而修正誤差,改變伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)液壓缸縮回時,電磁閥6.1得電,活塞腔多余的液壓油回到蓄能器5中。

        1-伺服電機(jī);2-油泵;3-安全閥;4-壓力傳感器;5-蓄能器;6-電磁球閥;7-液壓缸;8-位移傳感器。

        2 設(shè)計特點

        閉環(huán)伺服控制,控制精度達(dá)到0.02 mm;精密控制推力,增加壓力傳感器,控制精度可達(dá)2%;很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接,實現(xiàn)高精密運動控制。

        與伺服閥控液壓缸系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果,噪音低,高可靠性,操作維護(hù)簡單。

        結(jié)構(gòu)緊湊,集成化程度高,不需要復(fù)雜安裝工作,抗污染能力強(qiáng)(NAS 11級)可靠性高,維護(hù)費用低。

        3 測試技術(shù)

        加載測試系統(tǒng)原理如圖2。比例溢流閥4.1與4.2分別控制加載液壓缸活塞腔與活塞桿腔的壓力,產(chǎn)生正反加載力,壓力傳感器5檢測液壓缸中2腔的壓力值。油泵1給加載系統(tǒng)供油,單向閥2主要起到被壓作用。加載缸與交流伺服液壓缸采用鉸接連接。

        1-油泵;2-單向閥;3-壓力表;4-比例溢流閥;5-壓力傳感器;6-加載液壓缸;7-被測體。

        3.1 行程檢測

        無負(fù)載工況下,將被試液壓缸無桿腔通油,液壓缸活塞全部伸出,使用尺子測量活塞桿伸出的長度并記錄。

        3.2 泄漏測試

        1)外泄漏測試。調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力額定壓力的1.5倍,油溫30~40 ℃,加載5 min,液壓缸緩慢運動,查看焊接處、端蓋密封處和活塞桿密封處,不得有外滲漏及零件損壞等現(xiàn)象。

        2)內(nèi)泄漏測試。內(nèi)泄漏發(fā)生在無桿腔與有桿腔之間,會帶來能量損失,降低效率,更為嚴(yán)重的是可能會大大縮短活塞的密封壽命。額定壓力下,加載使液壓缸運動到中間位置,分別給無桿腔與有桿腔通液壓油,觀察此時的有桿腔和無桿腔是否有油液流出。

        3.3 最低啟動壓力測試

        試驗原理如圖3所示。無負(fù)載工況下,將被試驗液壓缸的無桿腔連接到泵源(泵源出口增加低壓比例溢流閥),被試液壓缸有桿腔放空或者接回油箱。通過計算機(jī)給比例溢流閥發(fā)出斜坡信號,隨著信號的增大,被試液壓缸由靜止到開始運動。液壓缸位移由交流伺服液壓缸內(nèi)置位移傳感器測得,當(dāng)位移量從“零”變成“非零”瞬時壓力傳感器測量到無桿腔壓力值即為伺服液壓缸最低啟動壓力(最低啟動壓力要求小于0.1 MPa)。

        圖3 最低啟動壓力測試原理

        3.4 正弦曲線跟隨試驗

        油溫30~40 ℃,無負(fù)載,液壓缸運動到中間位置開始試驗。交流伺服電機(jī)輸入電流正弦曲線頻率分別為1 Hz、2 Hz、3 Hz,振幅分別1 mm、2 mm、3 mm。記錄伺服電機(jī)輸入電流與液壓缸位移傳感器輸出電流的正弦曲線。

        交流伺服液壓缸的動態(tài)特性采用正弦激勵信號的頻率響應(yīng)來衡量。若被試液壓缸的位移跟隨曲線比較平滑,振幅衰減較小,相位不超過90°,輸出波形無明顯失真,說明動態(tài)響應(yīng)較好。若輸出波形出現(xiàn)明顯畸變,說明液壓缸跟蹤能力較弱。

        3.5 重復(fù)精度測試

        液壓缸運動到中間位置,此位置設(shè)定為零點,油溫30~40 ℃,無負(fù)載,設(shè)定自動運行模式,時間間隔4 000 ms,回數(shù)10次,開始試驗。分別記錄液壓缸伸出與縮回位移各10次,如圖4所示,得到a值與b值,計算誤差:

        Δx1=amax-amin

        (1)

        Δx2=bmax-bmin

        (2)

        得到20組數(shù)據(jù),分別找出伸出與縮回最大誤差,誤差值不許超過±0.02 mm。

        圖4 重復(fù)精度測試曲線

        3.6 瞬態(tài)響應(yīng)特性測試

        調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力20.6 MPa,油溫30~40 ℃。

        1)在不同壓力干擾下,觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性。

        2)改變控制器參數(shù),例如PID,考察對系統(tǒng)的響應(yīng)特性、穩(wěn)態(tài)精度的影響。

        4 結(jié)論

        交流伺服液壓缸系統(tǒng)對位置、速度控制精度高、易于操作,結(jié)構(gòu)緊湊,抗污染能力強(qiáng),環(huán)保節(jié)能。在環(huán)境惡劣的情況下,能夠替代閥控伺服系統(tǒng)。通過設(shè)計新品和在線實踐應(yīng)用驗證,以上測試方法能夠檢測交流伺服液壓缸系統(tǒng)的基本性能,以此為依據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,取得良好效果,能有效提升伺服液壓缸系統(tǒng)的可靠性。

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