电液控制技术（精选10篇）
电液控制技术 篇1
0 引言
液压支架是煤矿机械化开采的主要设备之一, 液压支架通过与围岩相互作用, 控制工作面作业区顶板岩层, 为工作面提供安全作业空间, 它的适应性和可靠性是决定综采成败的关键。因此液压支架的发展成为煤矿机械化开采技术发展的各个阶段的突出标志。液压支架控制技术是液压支架的核心技术之一, 液压支架控制系统的主要控制功能要求实现快速降架、移架、初撑和推移工作面设备, 以适应顶板来压和压力释放, 保证工作面人员和设备安全。随着科学技术的发展, 采用电液控制技术极大地改善了支架对顶板的支护效果, 同时配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术, 可实现工作面全自动化控制。
1 液压支架电液控制系统的原理和优势
(1) 液压支架电液控制系统的原理。液压支架电液控制系统的组成部分是传感器、控制器、驱动器与计算机网络、电磁先导阀和主阀、推移千斤顶、立柱、液压支架等等。液压支架控制器先往一系列的电磁先导阀发出电信号, 然后先导阀驱动主阀动作系统当中装有位移、倾角、压力的三种传感器, 进而对支架的运行状态参数进行反馈, 控制器是处理与加工反馈的数据信息, 进而指示接下来的动作。
(2) 液压支架电液控制系统的优势。液压支架电液控制系统的作用是使支架动作的远程以及自动化控制实现, 从而实现生产的便捷、安全、高效。其优势是:在高效高产的功率较大的工作面影响之下, 自动循环控制使移架的速度提升, 以及使人工的操作减少, 机采的速度大大地提升, 且使工人的劳动强度显著地减轻。系统对顶板进行实时性的支护与擦顶移架, 并且实现了初撑力自保, 从而使顶板的安全性大大地提升。为了使生产作业的自动化管理实现, 针对其它的综采装置和支架而言, 系统有着在线控制与监测的能力, 且能够结合综采工作面实际情况和支架构造, 对类别不同的控制方式进行设计, 从而使矿井管理的智能化实现。
2 液压支架电液控制系统的重要技术
(1) 电液控制阀的有关技术。电液控制阀是液压支架电液控制系统的中心, 其代替了传统意义上液压系统控制操作阀, 通过电控元器件的优质特性可以确保实现系统的功能。例如, 德国MARCO公司生产的阀组, 整体插装构造是其主控阀组所应用的, 其组成部分是主阀体、二位三通阀芯组件、同液安全阀、电磁线圈驱动器、电液先导阀等。然而, 在实践应用的过程中, 电液控制阀的质量面临着相应的缺陷, 这不利于系统稳定性的提升。首先, 一部分系统当中的电磁先导阀被电磁铁所取代, 进而导致系统存在电液匹配的问题。这是由于应用电磁铁开启电磁阀并非跟电磁先导阀那样, 只是应用比较小的电压与电流, 而是要求非常大的电量, 为此, 在电磁铁衔铁行程比较长的现状之下, 电磁力的可靠性一般会受到相应的制约。其次, 因为油液的压力严重地制约着系统的动态性能, 所以移架过程中油源缺少压力或者是油液面临泄露等的情况下, 往往会制约系统响应的速度, 要么会使系统的应用年限缩短。除此之外, 下压顶板过程中阀芯开启压力不可靠、摩擦死区、负载惯性等非线性要素也会对系统的动态性能产生制约作用。为此, 务必在设计以及应用系统的时候克服与排除这一系列的要素。
(2) 研发主控计算机的技术。电液控制系统的核心控制部分是井下主控计算机, 其借助网络联系每一个支架控制器。跟工作面进行比较, 井下主控计算机作为支架控制器的上一级控制机, 其关键作用是:能够对井下工作面采煤机、运输机、支架等各种装置的运行现状进行查看与监控。对工作面支架控制器传输过来的数据进行汇集和存入, 能够将这一系列的信息显示在屏幕上, 且可以对输入控制参数进行设置, 发出命令对工作面支架进行控制, 以及对支架的动作紧急停止。跟支架控制器进行配合, 以实现一系列支架之间的协调配合关联动作、自动化地控制支架、稳定的安全保障、便于操作支架。跟井下主控计算机进行比较, 地面主控计算机这种控制机尤为高级, 能够跟井下主控计算机互相传输数据信息, 在地面能够对工作面支架的实际情况进行监视、实现信息资料的存储、控制支架。主控制器能够对控制参数进行输入与设置, 且将控制命令发出、检测采煤机的位置, 以及实现立足于采煤机运行位置的支架自控, 还能够对工作面区域里面的其它测控任务进行承担。
3 电液控制系统的应用效果
(1) 确保了安全生产。在井下采掘的过程中, 维护顶板非常关键。电液控制系统的作用是控制和监测, 可以控制和监测顶板的实际运行现状, 这让操作者能够跟工作面相远离实施远程操控, 确保了工作者的安全性, 也使自动采掘薄煤层的问题解决。应用电液系统使井下无人运行的目标实现, 这属于我国煤矿自动化生产的新时期。
(2) 提升了生产效益。电液控制系统在井下的应用, 可以使人员辅助性操控的时间大大地减少, 且有着非常快的处理速度, 借助计算机对工作流程科学地组织, 实现最大化的机械装置能力。电液控制系统还能够对支架实施编组, 且能够一起操作多个支架, 这使煤矿生产效率大大地提升。
4 结论
总起来说, 液压支架电液控制系统对煤矿开采具有重要意义, 能够提高对各生产设备的控制效率, 在提高开采效率的同时降低生产成本, 可以促进煤矿开采企业的持续发展。目前我国此系统在煤矿开采中的应用还存在一定阻碍, 这就需要我们不断进行研究, 争取能够进一步促进我国煤矿行业的发展。
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电液控制技术 篇2
电液伺服系统的自适应滑模跟踪控制研究
针对电液伺服系统的跟踪控制问题,在系统模型不确定性参数的界未知的情况下,提出一种自适应滑模控制方案.该方案的主要思想是用滑模方法抑制系统中的外干扰力扰动,对系统不确定性参数进行自适应估计,用估计值来补偿不确定性参数的`变化.对于系统全局稳定性,采用李雅普诺夫稳定性理论给出了严格的证明.仿真结果表明了该方案具有良好的跟踪性能和鲁棒性.
作 者：刘云峰 缪栋 LIU Yun-feng MIAO Dong 作者单位：第二炮兵工程学院303教研室,西安,710025 刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)： 13(6) 分类号：V271.4 关键词：电液伺服系统 自适应控制 滑模变结构控制电液控制技术 篇3
【关键词】电液控制；液压支架；自动采集系统
综采工作面支护质量监测是要保障支架的完好性能及支架与围岩的作用关系，减少支架与围岩事故率，辅助工作面的生产管理，确保综采工作面的高产高效和生产安全。支架采用电液控制，利用计算机配合压力传感器和控制电液阀组，实现定压双向移架或成组程序自动移架，防止对顶板和支架出现冲击负荷，提高移架速度。这能够大幅提高效率，为实现煤矿井下生产自动化提供了技术保证。
1、电液控制系统
电液控制系统技术的核心是，通过电液阀把过去人工控制操作变为由计算机程序控制的电子信号操作。当下综采液压支架电液控制系统已实现了以下控制功能：在工作面实行自动控制；在工作面运输巷进行控制；在地面实现对工作面设备的控制。
2、支架及顶板状态信息的自动采集系统
2.1支架及顶板状态信息自动采集系统的组成
支架压力监测系统主要由支架压力监测单元、井下中心站、地面监测中心和相关的电源组成。支架压力监测单元与井下中心站采用特种铠装电缆连接，而井下中心站与地面主机采用两芯信号线连接。
2.2WS1.7/210/450型系统
（1）系统整体结构
德国WS1.7/210/450型电液控制掩护式液压支架的电液控制系统为PM液压支架对顶板作用力的变化基本上正比于立柱下腔内的液体压力的变化。能通过监测立柱下腔内的液体压力的变化来了解液压支架与顶板的相互作用状况，判断支架是否处在良好工作状态。
WS1.7/210/450型电液控制掩护式液压支架的立柱下腔装有压力传感器，能连续监测立柱下腔压力变化，传送到支架控制箱和巷道服务器内，并输送到地面调度中心计算机中储存，能够打印出任意一台支架的工作状态曲线。
支架电流控制系统是微处理技术与液压控制技术有机结合的产物，是机电一体化产品，支架控制箱SCU是电液控制系统的核心，此装置可以接收与支架相关的测量数据。
SCU的电子硬件部分使用了一个高功率的单片处理机，具有64k存储应用程序，其中EPROM（可擦可编程的只读存储器）存有用以在SCU通电时启动微型计算机的程序。但EPROM不包括操作系统及用户应用程序。以0连接控制、存储管理、显示盘及其他内部逻辑操作所必需的硬件则由ASIC模块组成（专用集成电路块）。
压力传感器用以监测立柱下腔压力，并转换为电信号输入SCU中，PM4系统的压力传感器功率消耗低，这种压力传感器的基本部件是一个焊在“单臂电桥”薄板上的应变测量装置。传感器内的放大器确保在0-45MPa的压力范围内产生相应的0.2-1mA的电流输出。压力传感器的液压插头DN10用来与被测体的液管连接，另一侧的SKK24插座与信号电缆连接，再接到SCU上。
位移传感器用以监测推移千斤顶在整个行程范围内的位置，并转换为电信号输入SCU中，PM4系统的位移传感器为舌簧接触杆式，传感器装在推移千斤顶的空心活塞杆中，它由环形磁铁、舌簧杆和电阻器组成。在推移千斤顶空心活塞杆伸缩时，环形磁铁控制舌簧杆接头与电阻器开关，改变电阻，改变输出电压。其测量精度在4mm以內。此传感器的优点是提供相对量，所以，采煤机的载深可以连续监测支架移动的变化。
如图1所示为SCU内部存储的WS1.7/210/450型程序液压支架主菜单。
（2）工作特点
WS1.7-210/450型电液控制掩护式液压支架具有以下工作特点：
（1）提高了支架推移速度，为提高采煤机制煤速度提供了保证。同时，确保了液压支架额定初撑力。
（2）采用电液控制系统，在移架过程中，实现了定压、带压移架，防止了对工作面顶板和液压支架间产生频繁的冲击载荷，既保护了顶板围岩的稳定，又能减少支架事故发生，延长液压支架的使用寿命。
（3）可以避免用多芯胶管或高压胶管过架时被砸伤、挤破等，使用时更加可靠方便。
（4）可以提高工作面输送机推移质量，实现工作面平直。
它可以与采煤机和输送机的自动控制系统配合联动，实现全自动化综采工作面，支架与采煤机的运行状态和数据能传输到井下主控制台和地面矿井中央控制室，以实现整个煤矿井下生产的自动化管理。
参考文献
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浅谈盾构电液控制技术的发展方向 篇4
1 标准化
标准化不仅便于设计制造、生产管理，还有利于组织专业化协作、技术交流和产品配套。如果采用非标件过多，不仅造成设计制造的困难，同时给用户在维修、备件方面也带来麻烦。选用的元器件种类要尽可能的少，本文以土压平衡盾构电液系统为例进行探讨。
1.1 整合元件，减少种类
盾构电液系统要实现功能众多，系统复杂，整个电液系统所用零部件达上万种，为便于组装和减少库存，电液系统在设计阶段就要按照优化装配的方法来简化设计方案，减少用于装配的元件数目，以保证所有元件的零件易于制造和装配，同时对多个元件功能进行优化组合的模块化设计，并要考虑工艺性。在面向电液元件的装配结构设计中，目标是简化产品结构，减少零部件数量。
首先简化管路设计。经统计盾构电液系统共使用管路软管45种，硬管38种，由此衍生的扣压接头、转换接头、套筒等更是达上千种，从设计、组装、库存任何一个环节工作量都很大。经咨询软管生产厂家，相近规格的一层钢丝软管同两层钢丝软管价格相差不大，可考虑将一层钢丝软管及相配套的接头全部换成相近规格的两层钢丝软管及配套接头，将规格相近的软管接头按照“就大就高”的原则全部整合，粗略估算，更换整合前后对比如图1。
由图1可知，整合后简化种类近40%，大大减少了库存备货量，提高了设计和组装的工作效率。
1.2 固化非标元件设计，使其相对标准化
由于盾构本身就是根据地质情况设计的大型非标设备，不同的地质条件所对应的刀盘推力、扭矩也不同，由于泵、马达、阀组及管路接头都可以尽量选择标准件，盾构电液系统的非标性主要体现在油缸和阀块上。
将非标准阀块设计成系列化的集成阀块，固化其加工工艺，使其相对标准化，如图2所示。
2 集成模块化
由于盾构空间的紧凑性和局限性，盾构电液系统的集成模块化也是设计的核心，提高电液系统的集成化，探讨优化装配方法来简化设计，以模块化的思想来设计电液回路使电液元件相互之间连接紧凑，实现电液系统的高度组合化、集成化和模块化，易于组装布置。某盾构泵站如图3所示。
集成模块化是指根据功能或位置对一些性能、规格、型号不同的产品进行分析、组合、划分，由划分结果设计出一系列功能模块。在对该产品族划分并合理创建出一系列模块的基础上，根据新产品的设计要求，将一组已存在的特定模块合理组合成模块化的新产品方案。
为便于模块化设计运作，可先将盾构电液系统按其作用划分为八大部分及八大模块，分为主驱动模块、推进模板、管片拼装模块、螺机模块、注浆模块、辅助模块、油箱循环模块、超挖刀模块。如图4所示。
由于每大模块都有整套独立的电液系统，
每个大模块又可以根据各自功能划分为多个小模块。如液压能源模块：液压泵(液压马达);液压执行模块：液压油缸、液压马达(包括液压制动器和蓄能器);液压控制模块：液压方向阀(阀组)，流量控制阀，压力控制阀;液压辅助模块：液压管，油箱，散热器，滤油器等。图5所示为液压动力源模块。
模块化的设计在实现系统功能的基础上以紧凑、体积小的组件与组件间的连接方式，减少占用空间大的管式连接，多选用板式阀、叠加阀和插装阀组合装配到集成块上。
模块化设计的优点在于缩短设计和调试周期，产品更新换代快;易于产品的制造、装配、维修和回收;降低成本;保证产品的性能稳定可靠。可以较好地解决产品品种、规格与设计制造周期和生产成本之间的矛盾。
3 节能环保
盾构作为大型隧道施工设备，装机功率大，消耗大量电能源，由于目前盾构电液系统效率能达到70%左右，有约三分之一的电能转化成热能，隧道内通风散热差，施工温度高。因此基于变频调速技术和伺服液压技术的节能伺服系统，如果能够在盾构中应用，不仅节能环保，而且减少了元器件、易布局、占用空间少、操作简单。
目前的电液控制系统能实现物体的位移、速度或力等输出量能够跟随输入目标的变化而快速自动改变，具有输出功率大、精度高、响应快的特点，但噪声大、效率低，功率损失大，而节能伺服系统是将变频调速技术和伺服液压技术相结合，改变电机的转速、转向及输出扭矩而直接控制泵的输出压力和流量等，具有高效节能，集成化程度高，抗污强，噪音小等优点。新电液系统原理图如图6所示，图7所示为新旧电液系统的节能效果对比，由图可知，新型电液系统由于实现了与负载功率的匹配，减小了功率损失。
新型电液系统省掉了压力和流量控制阀。压力和流量的控制由电控装置对各种指令信号进行运算之后输出控制信号给电机，通过调节电机的转速来改变泵的转速，进而控制系统的压力和流量，使其与负载匹配。该系统只提供驱动负载所需要的功率，节能效果显著，最大可节约电能60%。
某高校实验室已经研制出类似的电液系统。这是一种没有伺服阀的电液伺服系统，称之为直驱式容积控制(DDVC)电液伺服系统。其原理图如图8所示，整体样机实物图如图9所示。
该系统通过伺服电机直接驱动定量泵，而不用电液伺服阀来控制执行机构。通过控制交流伺服电机的正反转来实现液压缸的伸和缩，通过控制交流伺服电机的转速来调节定量泵的排量，从而控制液压缸的速度和位移。具有控制回路简单，抗污能力强，响应快，寿命长，运行稳定，节能环保等优点。
如果将该系统的研究成果用于盾构电液系统，盾构电液系统的控制元件将会大幅减少，控制回路更加简单，自动化程度也将会提升到一个新的层次。
4 结论
本文将标准化、集成模块化和节能环保3个方面确定为盾构电液系统发展趋势，以实现节能高效、降低成本的目的。
1)通过整合元件减少种类，固化非标元件设计使其相对标准化等措施，可以使元件种类减少近40%，减少库存，提高工作效率。
2)通过模块化设计，在实现系统功能的基础上使空间更加紧凑，可以提高系统制造成本和可靠性。
3)通过系统节能设计，采用变转速技术控制系统的压力和流量，使其与负载匹配，系统节能显著，最大可达60%。
摘要：盾构电液控制技术是决定盾构性能和制造成本的关键技术之一,本文围绕盾构电液系统低成本、高效率和易维护的目标,结合工程经验,分析和阐述标准化、集成模块化和节能环保技术方向的实施方案及效果。
关键词：盾构,电液系统,标准化,集成化,节能环保
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电液控制技术 篇5
摘要：针对分布式电驱动汽车，以实现车辆主动安全性同时兼顾制动能量回收为目标，提出一种主动前轮转向（AFS）与电液复合制动集成的控制策略.AFS控制器采用滑模变结构控制，滑移率控制器采用滑模极值搜索算法，基于分层结构（上层为期望制动力矩计算模块，中层为考虑执行器带宽的动态控制分配模块，下层为电机与液压复合执行器），并考虑位置与速率约束.转向制动时，考虑车辆纵向动力学对侧向动力学的影响，引入前轮转角对滑移率控制律进行了修正.在MATLAB/Simulink中建立七自由度整车模型，对控制算法进行了验证.结果表明：分离路面直线制动时，所提出的控制策略可以同时保证制动能量回收和制动方向稳定性；转弯制动时，可以更好地跟踪理想横摆角速度，提高了车辆的侧向稳定性.
关键词：车辆工程；电液复合制动；主动前轮转向；能量回收；控制策略；极值搜索算法
中图分类号：U463.4文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2016）02-0028-08
分布式电驱动汽车因其诸多优点而受到工业界和学者们的青睐[1-2].
电动车在复杂路面条件下的制动力矩分配直接影响车辆的稳定性，车轮突然滑转或抱死会引起侧向附着降低，严重时可导致车辆失去转向能力甚至甩尾.传统的产品化的ESP控制利用ABS和ASR控制作为下层来控制车轮的滑移（转）率，但现有的分布式驱动电动汽车制动力矩分配控制未能实现与ABS和ASR控制的结合[3]，因此，如何设计适合分布式驱动电动车的滑移率控制器，提高制动效能，同时保证车辆主动安全性是需要关注的一个问题.
电动车具有电机制动响应快、实时性好、精准可控的优点，但其最大制动力矩受限于电机本身特性和电池荷电状态（SoC），无法满足一些强制动工况的需求，故电动车常采用电机再生制动和液压制动的复合制动方式[4].电液复合制动技术也被认为是提高电动车续航和车辆主动安全性的关键技术.目前对电液扭矩协调的研究主要采用未包含执行器动力学的静态分配方法[5]，然而由于二者执行带宽的差异，会使实际响应力矩的复合效果与期望值之间有偏差.因此，如何在考虑执行器动力学条件下设计动态控制分配是需要关注的又一问题.
鉴于此，本文提出一种分离路面下AFS与电液复合制动集成的控制策略.AFS用来补偿侧向稳定性，采用滑模控制.电液复合制动用来实现滑移率控制，采用滑模极值搜索算法，并考虑转弯制动时纵向动力学对侧向动力学的影响，引入前轮转角对滑移率控制律进行修正，进一步提高车辆侧向稳定性.针对电液复合制动，采用动态控制分配法协调电机与液压制动力矩，通过增加对执行机构速率的惩罚，扩展一般的二次规划控制分配算法，使算法具有频率依赖的特性，实现对执行机构带宽的考虑.最后对控制策略进行仿真验证.
1车辆动力学模型
面向控制器验证用车辆模型采用七自由度整车模型，如图1所示.
2 控制策略
控制策略采用内外环结构.为提高车辆系统对参数不确定性的鲁棒性，外环AFS控制器采用滑模控制，内环滑移率控制器采用滑模极值搜索算法.针对目前复合制动电液制动力矩协调难的特点，利用考虑执行器带宽的动态控制分配法进行电机与液压制动力矩协调，并采用分层控制结构，实现控制问题的解耦化、简易化，如图2所示.如上层滑移率控制器保证不出现抱死拖滑，得到总期望制动力矩即可，无需考虑电机与液压是如何协调的；中层控制分配模块只需在考虑执行器动力学条件下，实现对总期望制动力矩的分配即可；下层电机与液压执行器仅需考虑约束条件下执行控制分配模块给出的分配值即可，无需考虑分配值是如何得到的.
2.4制动力矩分配与执行
滑移率控制器得到的总期望制动力矩需要电机与电子液压复合制动实现，然而由于二者执行动力学差异[1]，传统静态控制分配在包含执行器动力学情况下易使实际响应力矩的复合效果与期望值之间有偏差，本文采用动态控制分配[10]实现电液力矩分配：
作为比较，本文采用链式递增法实现期望制动力矩的静态控制分配[11].图3为静态控制分配与动态控制分配力矩分配频域响应，可以看出动态控制分配高频阶段执行带宽更大的电机制动权重更大.
其中后轮低选控制表示后轮高附着一侧制动力选择与低附着一侧相同；滑模极值搜索与门限值控制均为四通道独立控制，逻辑门限控制取参考滑移率为0.2.直线制动时，协调控制与无协调控制策略一致，标示为“AFS+WSC”.车辆仿真参数见表2.
3.1分离路面直线制动
工况设定：初始车速为25 m/s；路面摩擦因数，左侧0.8，右侧0.4.
图4为几种控制策略的横摆角速度变化曲线，可以看出AFS与WSC集成控制可以使横摆角速度接近理想值0，较好地补偿了由于左右制动力不均产生的干扰横摆力矩；其他3种单独WSC控制都无法跟踪理想值，但后轮低选控制因后轮制动力相同，产生的干扰横摆力矩变小，因此横摆角速度相对较小.图5为车辆制动轨迹曲线，AFS与WSC集成控制的最大侧向偏移为0.8 m，而3种单独WSC控制工况均出现较大的制动跑偏，其中逻辑门限值控制产生的侧向位移最大，为5.2 m；滑模极值搜索控制为5.1 m，但后者纵向距离为62.5 m，小于前者的69.6 m；后轮低选控制的侧向位移为4.08 m，小于滑模极值搜索的5.1 m，但其纵向制动距离为67.6 m，明显大于滑模极值搜索的62.5 m.其中，由于AFS调节，集成控制侧向偏移方向相反.
图6为轮胎滑移率变化曲线，可以看出0.25 s左右WSC搜索到了最优滑移率并保持稳定，说明本文所提出的滑模极值搜索算法可以自动搜索到最优滑移率.右侧低附路面最优滑移率偏小，符合路面附着系数越小最优滑移率也越小的趋势.图7所示为左前轮电液复合制动实际响应力矩跟踪期望值的效果曲线，可以看出动态控制分配能较好地跟踪期望值，而静态控制分配则无法跟踪期望值.图8所示为电机与液压制动力矩变化曲线，可以看出开始0～0.06 s内仅有电机制动，当其制动力矩达到饱和后，液压制动开始工作.仿真开始3 s后，随着车速降低，当电机转速低于电机基速时，再生制动力矩开始逐渐减小到0，与此同时液压制动逐渐增大以满足总期望制动力矩需求.可见制动过程中，除因最大扭矩380 N·m的约束条件限制，电机总是处于最大制动强度，最大化地进行了能量回收.
3.2分离路面转弯制动
工况设定：初始车速为20 m/s；弯道内侧路面摩擦因数为0.4，外侧为0.8；1 s后开始向左转向，1 s内方向盘转角由0°转到84°.
图9显示，AFS与WSC协调控制可以较好地跟踪理想横摆角速度，无协调控制则在大横摆角速度时无法跟踪，3种WSC单独控制工况，均无法跟踪理想横摆角速度.
图10为转弯制动距离，可看出协调控制较无协调控制最大侧向位移增加了0.1 m，3种WSC单独控制时出现了较大的侧向滑移.图11显示，无协调控制时产生的质心侧偏角最大为0.22 rad，而协调控制仅为0.06 rad，单独WSC控制时因未实现理想转弯运动，产生的质心侧偏角均较小.图9～图11表明AFS与WSC协调控制较无协调控制可以显著提高车辆侧向稳定性，制动距离却未出现明显增大，而单独WSC控制均无法保证车辆转弯时的侧向稳定性.
图12为AFS与WSC协调控制产生的归一化轮胎纵向力，左侧轮胎快速稳定在0.4左右，而右侧稳定在0.8左右，说明WSC滑模极值搜索算法可以自适应路面附着系数的变化，快速搜索到轮胎的最大制动力.前轮转向时（1.0～2.0 s），前轴左右轮归一化轮胎纵向力出现了明显的减小，这是由于AFS控制产生了车轮附加转角，造成轮胎纵向力减小的缘故.
4结论
针对分布式电驱动汽车，以实现车辆主动安全性同时兼顾制动能量回收为目标，考虑转向和制动两系统动力学上的相互影响和相互制约，提出一种AFS与电液复合制动的集成控制策略.通过对所提出控制策略进行仿真验证，主要得出以下结论：
1） 分离路面直线制动时，集成控制策略产生的横摆角速度接近0，侧向偏移为0.8 m，可以较好地回收制动能量，保证制动方向稳定性.滑移率控制器可自适应路面附着系数变化，不依赖参考滑移率即可快速搜索到最大制动力和最优滑移率.动态控制分配可使实际响应力矩更好地跟踪期望制动力矩.
2） 分离路面转弯制动时，WSC与AFS协调控制较无协调控制可以更好地跟踪理想横摆角速度，制动距离却未出现明显增大，且质心侧偏角明显相对较小，提高了车辆侧向稳定性.
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电液控制技术 篇6
1 系统组成结构
该系统模拟的是综采工作面液压支架、采煤机和输送机的状态, 电液控制系统是实际在井下使用的真实设备, 该系统以郑煤机ZE0701型电液控制系统为培训设备, 以郑煤机为神华集团生产的ZY16800/32/70D型液压支架配套设备为模拟原型。系统主要包括支架控制器、动作采集器、模拟仿真软件 (图1) 。
(1) ZE0701型支架控制器。控制器是电液控制系统的主操作设备, 是实现综采面自动化的关键设备, 其具有30个操作按键, 20路功能输出口, 6路模拟量采集口, 采用架间通信和总线通信方式[4]。
(2) 动作采集器。动作采集器组成如图2所示。采集器在仿真系统里代替电液主控阀的功能, 将控制器输出的动作收集传递给模拟仿真软件, 同时根据输出动作的持续时间模拟给出支架的立柱压力和推移行程, 使支架控制器采集显示和判断。
(3) 模拟仿真软件。采用Unity3D软件进行仿真, Unity3D是一个3D开发工具和游戏引擎套件, 其中包括了图形、音频、物理、网络等多方面的引擎支持, 并且有一个非常强大的编辑器来整合这一切[5]。该软件是实现模拟仿真综采工作面的关键部分, 其表现的合理性和直观性直接影响着该系统使用效果, 虚拟设备 (液压支架) 与真实电液控系统控制器一一对应。
(4) 通信转化器。该设备主要用来将动作采集器的数据按照规定协议传送至模拟仿真软件。
2 模拟仿真软件设计
软件以Unity3D作为虚拟仿真实现软件, 采用Pro-E对液压支架、采煤机、刮板输送机进行精确建模。Unity3D与液压支架的数据交互通过Unity3D支持的脚本语言C#来引用第三方驱动库获取[6]。采煤机位置数据主要在模拟液压支架自动跟机时由软件模拟产生。仿真软件设计流程如图3所示。
模拟场景中的设备通过Pro-E建立1∶1模型导出FBX文件导入到Unity3D中。为了更加形象直观, 需要给模型进行贴图美化, 在Unity3D中需要优化模型, 设置约束关系, 主要约束关系是液压支架各铰接部件的行程限制;采煤机在刮板输送机上行程限制;刮板输送机各连接部件的约束和液压支架与刮板输送机连接部分的约束[7]。三维场景显示如图4所示。
3 虚拟设备的动作原理
支架控制器与井下实际操作完全一致, 操作支架控制器进行支架动作, 动作采集器采集到支架相应动作后通过第三方通信驱动与Unity3D建立数据连接进行交互, Unity3D每收到一帧动作数据, 相应动作就会执行, 待该动作达到行程约束位置后该动作停止, 空闲状态下动作采集器发送握手命令, 测试模拟软件虚拟设备与实际设备是否正常连接。
模拟仿真软件的工作流程如图5所示。为了方便井上培训, 设置固定的安装架将各设备固定, 通过计算机或投影仪等多媒体仪器进行模拟仿真显示, 以便使参加培训的工人能直观地观察到所操作设备的运行状态, 从而熟悉电液控制系统的操作。
4 结语
基于虚拟仿真技术的电液控系统使用模拟培训平台, 在尽可能模拟真实井下综采工作面设备的运行状态下来培训煤矿员工对电液控制系统的使用, 对于初次使用电液控制系统的用户起到了良好的作用。通过模拟培训平台, 有针对性地对煤矿工人进行电液控制系统培训, 对于减少煤矿工人井下的误操作和快速提高煤矿工人的操作水平、充分发挥电液控制系统在高产高效综采工作面作用有着十分重要的意义。
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电液控制技术 篇7
电液比例阀是电液比例控制系统的核心元件, 是PLC或工控机与被控制设备之间的纽带。随着技术的飞速发展, 电液比例阀在稳定性、控制精度、响应速度方面都有了极大提升, 相对于电液伺服阀, 电液比例阀控制原理简单, 抗污染能力强, 价格低, 电液比例控制技术被越来越广泛应用, 近年来开始在拖拉机及其测试设备上逐渐应用。
一、在拖拉机电控液压悬挂系统中的应用
图1是非电控悬挂系统拖拉机液压系统简图, 采用力控制时, 提升阀 (换向阀或分配器) 由阻力传感弹簧通过阻力传感弹簧与提升阀之间的传动机构控制;采用耕深控制时, 提升阀由偏心凸轮通过凸轮与提升阀之间的传动机构控制。这种控制虽然也能实现耕深及牵引阻力的自我调节, 但控制模式少, 灵敏度低, 液压系统压力冲击大, 且不能实现对悬挂系统和发动机的联合控制, 以达到节油和提高效率的目的。
1.液压泵 2.提升阀 3.液压缸4.凸轮 5.变量连杆 6.犁7.阻力传感弹簧
目前部分国产大马力拖拉机开始配置电控液压悬挂系统, 就是采用的电液比例控制技术。在拖拉机电控液压悬挂系统中采用力传感器代替阻力传感弹簧以及力传感弹簧与提升阀之间的传动机构;采用角度位移传感器或线位移传感器代替偏心凸轮以及凸轮与提升阀之间的传动机构;采用调节旋钮或选择开关代替了操纵手柄。
电控液压悬挂系统的控制器将传感器采集到的农具作业深度和农具的牵引力等信号与拖拉机驾驶员设定的作业深度和/或拖拉机牵引力期望值进行比较, 给电液比例方向阀发出相应的提升或降低农具的信号, 从而将作业深度和牵引力调节到设定的范围内。例如由于地面起伏和土壤比阻变化, 当实际耕深或牵引阻力大于设定期望值时, 控制器根据偏差的大小输出一定的PWM信号, 经放大器放大后形成比例电磁换向阀的控制电流, 使阀芯动作, 给提升油缸无杆腔供油, 提升农具, 减少耕深和牵引阻力, 且耕深或牵引阻力超出设定值的偏差越大, 产生的控制电流越大, 从而使阀芯的开口量越大, 农机具提升动作就越快。同样当实际耕深或牵引阻力小于设定期望值时, 系统会控制比例电磁阀使农具下降, 使耕深或牵引阻力达到设定值。
拖拉机电控液压悬挂系统通过操纵控制面板上的操作按钮对悬挂系统进行控制。图2是某国产拖拉机电控液压悬挂系统的控制面板, 其调节方式有:位调节、力调节及力、位综合调节, 另外还具有运输减震等功能。当选定一种调节方式时, 拖拉机作业机组将按该控制模式执行, 从而可以实现驾驶员不用下车即可以实现对所有的农具作业功能进行实时操作, 减轻了劳动强度。
拖拉机电控悬挂系统由于采用了电液比例控制技术, 使控制指令可由旋钮或开关输入, 操纵省力方便且易于实现遥控, 并且控制精度高, 响应速度快, 并且可以实现发动机与悬挂系统的联合控制, 因此电液控制已经逐渐成为大马力拖拉机液压悬挂装置的主流配置。
二、在拖拉机悬挂试验台上的应用
以前拖拉机悬挂装置提升能力试验中的静沉降试验都是采用砝码法, 近几年随着大马力拖拉机的飞速发展, 砝码法已经不能适应拖拉机功率逐渐增大的趋势, 以200马力拖拉机为例, 一般需要6吨多砝码, 采用砝码法加载操作起来既费时费力, 又不安全。目前山东站拖拉机悬挂试验台采用了液压油缸加载方式, 使用了电液比例控制技术, 其液压系统原理见图3。
1.油箱 2.温度控制器3.水冷却器 4.空滤5.柱塞泵 6.电动机7.单向阀 8.电磁溢流阀9.精过滤器 10.电磁换向阀11.电磁比例减压阀 12.单向阀13.液控单向阀 14.压力传感器15.加载油缸 16.直动式减压阀17.电磁换向阀
比例溢流阀是一种闭环智能控制的溢流阀, 可以根据控制器发出的信号来调整阀门开度, 使系统的控制参数自动保持在设定的范围内。当调整电液比例溢流阀电压时, 就可以相应地调整有杆腔的压力, 获得所需的加载载荷。
经实际测试, 其具有响应快、加载载荷准确的优点, 当加载负荷在 (8~80) kN时, 加载力控制精度 (实际加载力与目标值的误差) <1%, 符合标准要求;响应时间 (从开始加载到达到加载力控制精度的时间) 小于20s, 远快于砝码法。另外载荷调节方便, 只需在计算机输入目标载荷的数值即可。
三、在液压加载 PTO 测功机上的应用
图4是某企业液压加载PTO测功机的液压原理。
其工作原理为:PTO带动液压泵旋转, 泵吸入液压油并产生压力 (机械能转换成液压能) , 通过调节电液比例溢流阀的溢流压力, 实现对液压泵即PTO的加载, 将大部分液压能转化为热能, 一部分通过液压马达带动风扇旋转, 转化为风能, 对液压系统冷却器进行风冷。载荷既可以通过手动调节旋钮来调节溢流阀的电磁线圈电压控制, 也可以通过计算机设定转矩或转速自动闭环控制, 具有响应速度快、控制精度高的优点。
随着农机产品及其测试设备技术含量和智能化水平的不断提高, 电压比例控制技术必将得到更广泛的应用。
刨煤机组支架电液控制关键 篇8
与采煤机组工作面相比, 刨煤机组工作面存在如下特点:块煤率高, 瓦斯释放量小且均匀, 通风断面大, 无需人员跟机拖放动力电缆[1]。目前, 中国煤矿使用的刨煤机组绝大部分从别国引进, 造价高, 因而有不少煤机企业自主研发刨煤机组。刨煤机组研发成功与否很大程度上取决于其控制系统的可靠性[2]。支架电液控制系统作为刨煤机组控制系统的核心, 其性能直接影响整套机组的使用效果。本文对刨煤机组支架电液控制系统的设计关键点进行总结, 为该机组真正实现国产化提供借签。
1 刨煤机组采煤工艺
刨煤机开采工艺为刨头往返运行刨煤、装煤→刮板输送机运煤 → 电液控制系统控制支架自动推移、拉架, 采空区采用全部垮落法控制顶板。
刨煤机进刀采用端头斜切进刀方式, 刨深范围根据工况设定;工作面正常刨煤时, 支架按照设定值滞后刨头一定位置推移定量刨深, 刨头上行时推进下行刨深设定值, 下行时推进上行刨深设定值;端头架一次推进上行刨深加下行刨深设定值。
2 刨煤机组支架电液控制系统结构
根据刨煤机组开采煤层及工艺特点, 支架均配备电液控制系统, 以实现支架的自动推移、移架、喷雾等功能。电液控制系统采用一控一方式[3], 如图1 所示。工作面巷道监控主机作为数据交换中枢实现刨头与支架的信息交换, 每台支架上的控制器根据获取的刨头速度、位置、方向等信息完成对本支架的控制。
3 刨煤机组支架电液控制关键
3.1 自动推移步距控制
根据煤层硬度等情况, 刨煤机刨深一般设置为20~150mm。刨头在往返切煤过程中, 支架自动推移步距过大会导致刨头在运行过程中出现突然卡死情况, 最终导致断链;步距过小会导致刨头跑空刀, 出煤量少。必须精准控制支架自动推移步距 (实际推移步距与目标值之差不超过±6mm) ,
影响支架自动推移步距控制精度的主要因素包括传感器检测精度、控制系统转换精度及反应时间、推移机构结构、刨头运行速度、供液系统稳定性及支架接顶效果等。支架电液控制系统在设计及实现过程中必须考虑这些因素, 采取相应手段来保证推移步距精度。
一般选取测量精度为0.1%的位移传感器。传感器输出信号通过16位模拟量输入接口接入控制系统, 对于测量范围为0~800 mm的位移传感器 (刨煤机支架推移范围一般为0~600mm) , 可保证转换精度在0.15mm以下。控制系统对模拟量取样及计算的周期控制在20ms内也可有效保证控制精度。
为便于维护, 推移油缸一般采用倒装方式, 如图2 (a) 所示。在实际生产过程中, 推移油缸与推移机构之间存在一定夹角A, 如图2 (b) 所示, 且该夹角随推移油缸活塞杆伸出长度的不同而不同。为保证对实际推移步距的精确控制, 控制程序内部需根据机械结构维护一个角度- 推移杆行程对应关系表, 当油缸活塞处于不同行程区间时按照该表信息控制推移步距。设实际推移行程为L, 推移油缸行程为P, 则L=Pcos A。其中A为变值, 与推移油缸行程、底板角度、浮煤量等因素相关, 其值需根据现场实际情况设置。
支架滞后刨头运行方向N架自动推移[4], 推移步距为设定的刨深值, 由于刮板输送机中部槽之间采用硬连接, 某一支架在向前推移过程中必定会带动相邻支架推移机构同时往前移动, 导致相邻支架产生推移误差。控制程序需根据不同区段刨头运行速度的设定值对每一支架设置目标行程控制提前停止值x。设目标行程为X, 则自动推移任务执行到行程为X-x时停止即可。x值与刨头运行速度成反比。
对于电液控制刨煤机组工作面, 宜采用双进双回环形供液方式。为保证工作面乳化液压力恒定, 可采用1台工频泵加1台变频泵的配置方式。
在支架推移过程中, 若某支架接顶不好, 可能会出现自身往后打滑情况, 导致推移机构行程到位而刮板输送机实际前移步距不足, 刨头在下一刀运行到该处时跑空刀。电液控制系统的压力自保持功能可保证各支架接顶效果, 当立柱因密封损坏等原因而导致非正常卸压时, 系统会自动补压。
3.2 快速自动移架方法
当支架推移机构行程达到移架设定行程值时, 支架需自动往前移架。为保证支护质量, 移架原则为速度越快越好。为确保安全, 任何2个相邻支架在任一时刻必须不同时处于非支护状态, 因此, 支架在自动前移前必须检测相邻左、右支架立柱的压力值, 当左、右邻架均处于有效支护状态时才开始移架[5]。刨煤机组支架移架时间t理论上由降架时间t1、拉架时间t2、升架时间t3确定, 即t=t1+t2+t3。移架过程中侧护板、抬底等动作不影响支架移架时间。为尽可能减小t值, 可在控制策略上采取某些措施。
电液控制系统采取擦顶移架控制方式[4], 如图3所示。系统执行支架降架任务 (t1时间段内) 后, 只要检测到立柱压力下降至1 MPa左右即可执行拉架任务 (t2时间段内) 。考虑到顶板可能出现台阶, 在开始执行拉架任务后继续执行一定时间的降架任务, 即t1与t2有部分时段重合, 使支架与顶板之间分离出一定距离 (一般为3~5cm) , 确保支架在拉架前移过程中不出现与顶板台阶的干涉情况。若t2时间内拉架不到位, 支架将进行二次降架及拉架。同理, 在支架拉架任务结束前可同时执行升架任务, 即t2与t3有部分时段重合。在该过程中, 控制程序必须时刻检测立柱压力, 确保其维持在1 MPa以下, 从而保证支架在接顶前系统已执行完拉架任务。
3.3 最优梁端距排列控制
梁端距即支架顶梁最前端与前方煤壁之间的距离。在刨煤机作业过程中, 各支架若按同一推移行程开始自动向前移架, 将导致在某一时间段工作面大量相邻支架同时达到最大梁端距状态, 从而使工作面顶板不能得到有效支护, 容易出现掉顶或片帮现象, 存在安全隐患[6]。
支架电液控制系统通过对自动移架算法进行修正, 可使整个工作面支架呈锯齿状排列, 如图4所示, 有效解决大量相邻支架同时达到最大梁端距的问题。
支架锯齿状排列的实现方法:
(1) 每台支架自动移架推移行程=控制系统设定的目标行程X (600 mm) + 调节量X0 (X0∈ (-100mm, 100mm) ) 。
(2) 将工作面支架以n为单位分成若干个逻辑组。
(3) 上位机通过分析每个逻辑组中各支架推移步距, 按一定算法动态计算出X0, 并实时将该值传递至控制器。
(4) 每台支架按照X+X0值自动移架, 当推移行程达到X+X0后开始自动移架, 通过X0值动态调整各支架自动前移行程值 (提前或推后一刀移架) , 实现工作面支架呈锯齿状排列。
4 实际应用
2010年, 基于该支架电液控制系统的刨煤机组在铁法煤业集团晓明矿N2416 工作面投入使用。该工作面平均采高为1.4m, 长140m;作业过程中上行刨速为1.8m/s, 下行刨速为1.2m/s;根据煤层条件, 上行刨深设为40~60 mm, 下行刨深设为60~90mm。在刨煤机作业过程中, 支架自动推移步距控制精准, 移架时间约为8s, 工作面未出现大面积空顶片帮或掉顶现象。2012年, 该设备在该矿N2419工作面投入使用, 效果良好。
摘要：介绍了刨煤机组支架电液控制系统结构, 重点阐述了支架电液控制关键, 包括推移精度控制、快速移架方法及最优梁端距排列控制, 给出了相应的解决方案。实践表明, 刨煤机组支架电液控制系统能够精准控制支架自动推移步距, 移架时间约为8s, 且工作面未出现掉顶或片帮现象。
关键词：薄煤层开采,刨煤机组,支架,电液控制,自动推移,快速移架,最优梁端距排列
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煤矿开采液压支架电液控制系统 篇9
电液控制系统是一种提高煤矿开采效率的自动化设备, 能够有效改善煤矿开采工作环境。电液控制系统最早被研制开发是在20世纪末英国、德国等工业发达国家。但是, 正式开始尝试运行是在80年代左右, 发展到90年代, 这种电液控制系统技术已经非常成熟。电液控制系统在美国和德国的发展状况最为良好, 各项生产和技术指标都处于世界领先地位。我国开始研究该系统是在1991年, 但是, 这一阶段仅仅为实验阶段, 并没有真正投入生产使用。到了2001年, 我国最大的电液控制系统公司成立了, 其专门从事各种智能化、自动化控制系统的生产和研发, 其中电业控制系统就是其研发和生产的关键内容, 我国电业控制系统开始全面应用于市场当中。
二、电液控制系统优点分析
1. 技术先进, 效率高
电液控制系统与传统控制方式相比具有多种技术上的融合性, 不但包括基本的电流控制系统, 还增加了很多先进的控制技术, 比如电子计算机技术、电子技术、机械技术等, 所以, 电液控制系统的控制要远远优于传统的控制。同时, 这种控制系统的使用还能够提高煤矿开采行业的经济效益, 通过对专业调查数据进行分析了解到, 如果在液压支架中应用电液控制系统, 其工作效率能提高30%左右。
2. 技术提高, 工艺好
电液控制系统具有一定的自动性和智能性, 在实际操作流程上与原来的工艺相比具有一定的先进行, 同时, 也适应了社会经济发展对“过程”的重视, 能够加强对操作流程的监督, 从流程上保证各项开采工作的操作质量。
3. 反应加快, 可靠性强
液压控制系统中存在很多小的控制系统, 这些子控制系统的协调控制实现了整个控制系统完全处于控制当中, 而总线就能够通过对各个子系统的控制和协调提高反应速度, 从而实现全面控制。同时, 电液控制系统还具有较强的可靠性, 传统的控制系统一旦出现故障问题就会直接中断整个操作系统, 会严重影响到煤炭工程的开发, 其他相关的生产工艺也会受到不良影响。而电液控制系统能够缓解这一问题, 具有一定的可靠性。
三、煤矿开采液压支架电液控制系统的组成
1. 电液控制系统的组成
第一部分, 控制器。在电业控制系统组成中, 电液控制器是整个控制系统得以工作运行的关键环节, 主要部件有数据接收和处理装置以及作为操作工具的键盘。主要功能可以分为两个方面, 一方面是执行功能, 就是根据操作中心所发布的指令对电磁阀进行开关, 同时还可以对支架立柱和千斤顶的行为进行控制和优化。另一方面是及时回收液压支架所发出的数据信息, 并对其进行分析和判断, 对支架进行自动化控制, 还能够及时发现支架中所存在的故障和问题, 便于及时找到问题的解决方式。第二部分, 控制台。控制台作用的发挥对于整个系统来说都有着重要作用, 在电液控制系统中存在着一种电液控制器, 这种控制器的存在能够实现自动化控制, 当前, 在电液控制系统中常见的控制系统就是“一控四”。第三部分, 辅助设备。在煤矿开采液压支架中应用电液控制系统能够对液压支架的工作状态进行测定, 同时, 能够把这些测定的数据转换为另一种信号表现方式, 而这一过程的实现就依靠于电液控制系统中重要辅助设备———压力传感器。任何一个传感器都具有独立的信号输出能力, 一旦线路出现故障时, 能够对位置进行精确定位并及时采取有效的处理措施。
2. 电液控制系统软、硬件设计
第一, 软件设计。软件设计主要是应用很多指令内容让设备进行不同的工作内容, 对于电液控制系统中的软件设计而言, 需要精心设计以实现更好的接收和反馈信息。在整个系统中含有三种主要命令信号, 即“受命单元编码地质;单元编组方式;被控单元的动作指令”, 只有对这些不同的命令信号都能够准确识别, 才能够保证系统发挥正常的功效。对于软件中的控制功能来说, 是一个比较复杂的设计内容, 其主要组成部分有监控模块;命令的接收、处理和发送模块等, 任何一个模块都是控制系统得以正常发挥的必要组成部分。
第二, 硬件设计。在煤矿开采工作中电液控制系统的外在设备是必不可少的, 这种外在设备就是我们所说的硬件, 其在设计和连接上都需要根据工作内容而具体确定。但是在当前技术条件下, 采用CAN总线结构对不同的设备连接点进行布置, 其从结构形式上来看具有很大的优越性。
CAN线路结构布置方式需要在每一个液压支架上都配备一个子控机来实施控制工作, 这样就实现了多个子控制系统同时工作的局面。但是, 这些子系统在设计上需要注意以下几项内容:其一, 子系统的控制功能需要与煤炭的开采相符合。在煤炭开采过程中子系统不但要实现自身结构的控制之外, 还要对液压支架进行控制。其二, 总系统和子系统相协调。总控制系统功能的发挥需要以各个子系统功能的发挥为基础, 只有所有子系统都向所控制的设备发出工作命令, 才会实现对煤矿开采设备的自动化操控。
结束语
电液控制系统在煤矿开采过程中应用能够大大提高我国煤矿开采工作效率, 具有应用的必要性。希望通过对其系统的组成进行了解之后, 能够推动其在煤矿开采中的应用范围。
摘要：在煤矿开采过程中, 液压支架是实现机械开采的基础设备, 在整个行业中的应用范围比较广泛。与此同时, 我国科学技术的全面发展和应用也改变了液压支架的控制方式, 实现了自动化控制, 而这一自动化实现的基础就是电液控制系统的应用。
关键词：煤矿,液压支架,电液控制系统
参考文献
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电液伺服系统的清洁度控制 篇10
电液伺服系统故障有70%～80%是由油液污染导致的,要保证系统正常、可靠地运行,必须要保持系统的清洁。油液的污染指的是混杂在油液中的各种有害物质,主要有颗粒状固体杂质、水、空气等。对于电液伺服系统,液压油液的清洁度要求更高,一般要求清洁度指标要优于美国NAS1638污染等级标准中的6级,液压油液中的各种有害物质,如固体颗粒和纤维将会影响伺服系统的工作性能及使用寿命。本文将对污染产生的原因和危害进行分析,并介绍液压元件和系统的清洗方法。
1 污染物的来源与危害
液压油液的污染物有多种来源,但它们的形成可以大致归结为3种情况:残留物的污染、再生污染和外部引入的污染。残留物的污染主要来自于油箱制造过程残留的焊渣、铁屑、灰尘等;软管在制造过程残留的胶皮等;管接头在加工过程中产生的毛刺、铁屑等。再生污染主要来自液压系统在工作过程中所产生的金属颗粒、密封圈磨损颗粒、气泡及油液变质后的胶状物等。外部引入的污染主要来自周围环境中的污染物,如油箱通气孔放气及注油孔注油,拆卸软管和伺服阀暴露在空气中侵入系统所造成的液压油污染。
液压油液中的污染物易造成伺服阀卡死和磨损。卡死是指伺服阀的阀芯被油液里的杂质挡住,致使摩擦力增大,无法驱动阀芯运动或运动缓慢。磨损是指伺服阀阀口的棱边不再保持尖锐,引起伺服阀的内泄漏增大,影响伺服阀的工作特性。
2 电液伺服系统的清洗
管路系统是电液伺服系统的重要组成部分,在加工、装配和拆卸等过程的每一个工艺环节中都不可避免地残留有污染物。将清洁度不符合要求的元件装入系统后,在系统油液冲刷和机械振动等作用下,管路系统内部固有的污染物会从粘附的表面脱落而进入油液中,使系统受到污染,因此电液伺服系统装配前必须采取清洗措施。清洗的对象主要有软管、管接头、油箱等,油泵和阀在出厂前已经充分清洗,对系统产生污染的影响不大。
软管、管接头和油箱清洗方法如下:将软管浸入干净的航空汽油中,并用干净的丝绸布通过软管内壁进行清洗,再用洁净的高压空气吹干净,完成后及时包扎好软管接头,防止二次污染。管接头在装配前首先应去除毛刺、用清洗剂脱脂、酸洗、中和,然后用洁净的高压空气吹干净,再使用超声波清洗、干燥后涂清洁液压油,用塑料薄膜封装接口。油箱加工完成后应对油箱的内表面进行喷砂处理,并将油箱开口处及时封装。在油箱内部安装磁棒,用以吸附油箱内的微小铁屑。清洗时,首先用丝绸布反复手工清洗,不能用棉纱或棉布来擦洗油箱,对于油箱死角处的焊渣及铁屑等,可用胶泥团或面粉团粘取。清洗完毕后,再进行酸洗,以彻底去除表面氧化物。
电液伺服系统完成装配后,必然会在系统中留有污染物。比如装配管接头和软管等螺纹零件上的镀层,毛刺和附着物由于相互摩擦而产生的脱落物;系统装配或油液加注时引入的外部污染物,如油液中溶解的空气、灰尘等。所以电液伺服系统在装配完成后需立即进行全面的清洗,以消除装配过程中侵入系统的污染物。电液伺服系统的清洗可按下述步骤进行:
(1)系统清洗前,不安装敏感元件(伺服阀),并将其连接管路短接,同时需注意在油泵进油口处安装粗滤,在油液进入敏感元件前安装精滤,精滤的滤芯精度与系统要求精度密切相关,要求达到NAS10级系统选用精度20μm的滤芯,要求达到NAS8级系统选用精度10μm的滤芯,要求达到NAS7级系统选用精度3μm～5μm滤芯,要求达到NAS6级系统选用精度1μm～3μm的滤芯。
(2)系统油箱注油后采用间歇冲击式管路过滤清洗,即开停电机交替进行,清洗方法为:启动电机驱动油泵,使油液在管路系统内部循环,使得所有油路都通过油液冲洗,要求电机每工作15min停机15min,油温不得超过60℃,累计冲洗时间不少于8h。
(3)完成上述过程后,进行动态取样。取样点在伺服阀、伺服缸的入口处。取样过程为:待冲洗完成后,停车后立即取样。用自动颗粒计数器检验油液清洁度,应优于美国NAS1638污染等级标准中的6级。
(4)如果多次清洗依然达不到清洁度要求,需放掉油箱以及管路系统内的油液,拆下并更换系统上的滤器及油泵进油口粗滤器,更换过程中应封闭好管路,防止污染物进入系统。
(5)重复上述过程直至油液清洁度满足要求。注意:在清洗过程中,如果滤器报警输出,必须更换新的滤芯。
电液伺服系统冲洗过程中还应该注意:(1)冲洗过程中,油箱、管路要封闭,避免空气中的污染物进入系统;(2)向油箱中注油使用滤油车,滤除油液中大的颗粒污染物;(3)在冲洗过程中应定期排出油液中的空气,因为油液中的空气可以使系统刚性下降,反应迟钝,破坏液压元器件,导致系统压力波动,从而产生振动、冲击;(4)在冲洗过程中要定期排出水蒸汽,油液中的水分由于油温的升高会蒸发出来,在油箱排气口上应有蒸汽逸出;(5)冲洗过程中系统的最佳工作油温为35℃～45℃,油温不得超过60℃,以免加速油液的氧化变质。
3 结束语
电液伺服系统的污染出现在整个装配过程中,装配前必须对软管、管接头和油箱进行严格的清洗,装配完成后应立即进行系统冲洗。经过严格的冲洗后,可减少敏感元件(伺服阀)被污染物卡死的概率,缩短系统的调试时间,减少不必要的拆卸过程。但是,系统的污染控制是一个不断进行的过程,不可能一劳永逸,在系统的运行期间还要定期检测油液状态,以保证油液控制在系统允许的清洁度范围内。
参考文献
[1]夏志新.液压系统污染控制[M].北京:机械工业出版社,1992.
[2]雷天觉.液压工程手册[M].北京:机械工业出版社,1990.