数字电液（精选6篇）
数字电液 篇1
1 系统概述
机组DCS控制系统采用上海福克斯波罗公司I/A SERIES系统, 其主要功能有数据采集和处理系统 (DAS) 、模拟量控制系统 (MCS) 、顺序控制系统 (SCS) 、汽轮机紧急跳闸系统 (ETS) 、汽轮机数字电液控制系统 (DEH) 、给水泵汽轮机控制系统 (MEH) 等。
2 DEH数字电液调节系统概述
首钢京唐钢铁联合有限责任公司2×3 0 0 M W电站工程#1机组D E H数字电液调节系统采用与DCS系统一致的上海福克斯波罗公司提供的I/A'S系统。
D E H系统主要实现功能:
2.1 远方挂闸
允许挂闸的条件包括:机械打闸手柄退出、系统不在仿真工作方式。通过画面的汽机挂闸按钮, 可以遥控挂闸汽轮机, 建立安全油压。
2.2 控制方式选择
汽机的控制方式主要有:手动控制、自动控制、同期控制、CCS遥控控制等方式。
2.2.1 手动控制方式
机组未并网时, 如果测速故障, 系统将自动切入手动控制方式, 或操作员选择切为手动控制方式。在手动方式下, 操作员将直接控制高压主汽门/高压调门开度。同时手动控制方式设置了两挡阀门开/关速率:慢速为10%阀位/min, 快速为30%阀位/min。当操作员按下相应阀门的开/关按钮不放, 阀门将按照设定的速率开/关。
2.2.2 同期控制方式
当汽机转速在2 950~3 050之间、机组在自动控制方式、已完成TV/GV切换、同时电气同期装置就绪, 系统将可以切入同期控制方式;系统每检测到电气同期装置的“同期增”、“同期减”脉冲, 将自动将转速设定值相应增/减一转;当机组并网后、系统切手动、或实际转速超出同步控制转速范围, 将自动切除同期控制方式。
2.2.3 遥控控制方式
当机组并网后, 系统处于自动控制方式下, 且满足以下条件:CCS系统就绪, 发出允许D E H系统切遥控方式、D E H系统未投入功率控制回路、D E H系统未投入主蒸汽压力控制回路、C C S系统遥控阀位指令正常、CCS系统遥控阀位指令与D E H系统当前综合阀位指令偏差在允许范围内, 操作员即可选择投入CCS遥控方式;
当投入CCS遥控方式后, DEH系统相当于CCS系统的执行器, 在此方式下, DEH的目标值为CCS给定值。此时所有的控制 (功率/主汽压力) 均由协调系统完成。在CCS控制方式中可以设置目标负荷、负荷高限以及负荷升速率等。
2.3 控制设定值
2.3.1 转速控制
升速冲转:设定目标、设定升速率、自动过临界、3 000rpm定速。
在汽轮发电机组并网前, DEH处于自动运行方式, DEH为转速闭环无差调节系统。其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差, 经PID调节器运算后, 通过伺服系统控制油动机开度, 使实际转速跟随给定转速变化。
在给定目标转速后, 给定转速自动以设定的升速率向目标转速逼近。当进入临界转速区时, 自动将升速率改为300rpm快速冲过去。在升速过程中, 通常需对汽轮机进行中速、高速暖机, 以减少热应力
2.3.2 负荷控制
当同期条件满足, 发电机并网, 油开关闭合信号到来后, DEH立即增加给定值, 使发电机带上初负荷避免出现逆功率。
当机组刚并网是, 此时系统为阀位控制方式 (如:刚并网时未投入任何回路、DEH切入CCS系统系统控制方式等) 。在阀位控制方式下, 直接控制相关汽阀的开度来控制机组负荷。
机组并网带负荷后, 可选择投入反馈方式功率回路、一次调频、主气压回路。
当选择功率回路时, 在控制值设定中, 可以设定需要控制到的功率和升速率, 此时系统处于功率闭环控制系统下, 通过控制汽机阀门开度达到所设定的功率。当以下情况发生时, 系统自动切除功率控制回路:系统切手动、机组跳闸、机组解列、阀位限制动作、测功失效、投入协调遥控、主汽压力低限动作、RB动作、主汽压力控制投入。
当选择投入主蒸汽压力控制回路, 可以设定需要的压力目标值和速率。此时系统将控制机前的主蒸汽压力保持在设定的目标值。当以下情况发生时, 系统将切除主蒸汽压力控制回路:系统切手动、机组跳闸、机组解列、阀位限制动作、主蒸汽压力测量故障、投入协调遥控、主汽压力低限动作、RB动作、功率控制回路投入。在主汽压力限制方式投入期间, 若主汽压力低于设置的限制值, 则主汽压力限制动作。动作时, 设定点在刚动作时的基础上。
2.4 阀门管理
在阀门方式选择中, 可以选择:主汽门控制切换到调门控制方式, 单阀/顺序阀切换。当汽轮机挂闸后, 首先是高调门全开, 用主汽门进行冲转, 待转速达到2 900r/min后, 可以将控制方式切换到高调门控制方式。此时, 阀门处于单阀控制方式, 当汽轮机运行半年以后, 汽机转子应力比较均匀后, 可以将阀门控制方式切换到顺序阀控制方式。
2.5 阀门试验
为确保阀门活动灵活, 需定期对长期全开阀门进行活动试验, 以防止阀门卡涩。点击主控画面中主汽门、高调门、中压主汽门下的按钮即可, 所有的阀门均可进行部分行程及全行程活动试验。
对于高压主汽门活动试验, 高主门将首先关闭到60%位置, 此时将询问操作员是否继续进行试验, 如果操作员点击C O N T I N U E确认继续试验, D E H将自动将相应高主门同侧的高调门关闭到0%, 而后再关闭高主门到0%;当高主门关闭2s后, 高主门将自动开启至100%, 而后同侧高调门开启到试验前的位置。对于中主门活动性试验, 将首先关闭同侧中调门到0%, 而后发指令关闭中主门;当中主门关闭后, DEH自动发指令将中主门再次开启;当中主门全开后, 中调门将再次开启到试验前的位置。
为确保阀门关闭严密而不致漏汽, 应通过阀门严密性试验来验证主汽门及调门关闭的严密性。主汽门严密性试验条件:阀门控制方式为主汽门控制、汽机转速>2 950rpm、未并网;调门严密性试验条件:阀门控制方式为调门控制、汽机转速>2 950rpm、未并网;当严密性试验结束后, 机组必须打闸。
2.6 超速保护 (OPC)
机组在运行过程中, 汽轮机一旦出现超速情况, 将对汽机的寿命产生很大的影响, 因此DEH设计了汽轮机超速保护功能, 同时, 可对汽轮机进行超速试验, 以验证其保护功能。
该机组设计汽机超速103%、110%保护。当汽机达到103%转速3 090rpm后, 将动作OPC电磁阀, 使高调门、中调门快速关闭, 以保证汽轮机安全。当OPC动作7.5S后或者转速低于3 050rpm后, OPC动作消失, 缓慢开启高调门和中调门, 使转速稳定在3 0 0 0 r p m。当汽机转速达到1 1 0%转速3 300rpm时, DEH将发出请求跳机指令到E T S。
在OPC保护方式选择面板上, 可以选择“OPC试验”、“103禁止”、“110禁止”“OPC保护”方式。当选择某一功能时, 其它功能自动切除。当机组并网后, OPC保护功能自动投入, 操作员无法切除。“OPC试验”仅用于在机组启动前, 模拟产生OPC信号, 动作相应电磁阀, 试验OPC保护是否能正常工作。“103禁止”投入后将在103%转速时不发出O P C动作信号, 以试验1 1 0%超速功能。“103禁止”及“110禁止”均投入用于试验汽轮机的机械超速保护功能, 投入后将切除D E H系统内的保护功能。
3 DEH系统硬件调试
(1) 审查了设计图纸及所有软件组态。
(2) 对DEH机柜CP卡件进行外观检查, 确认没有损坏痕迹;在对DEH系统的电源、接地的接线及隔离检查完后, 对DEH系统上电。
(3) 检查各模件工作是否正常, 编译下装组态, 确认系统工作正常。对DEH系统的所有卡件施加相应的模拟信号进行了通道校验
(4) 对所有执行器、变送器、测点、探头、开关等外围至D E H控制柜的线路进行了查对。
(5) 确认所有电磁阀安装位置, 电磁阀供电系统正常工作, 所有电磁阀能够正确带电工作。检查LVDT、伺服安装及接线情况。
(6) 检查有关设定值, 如临界转速、临界升速率、阀位控制初值等。
4 DEH系统试验
为检验D E H系统和设备的性能、系统接线、系统内部逻辑等是否符合原设计要求和实际工艺要求, 为DEH系统的实际投运提供必要的数据, 在DEH控制逻辑及流程图画面装载完成后, 确保没有蒸汽的前提下, 利用D E H自带的强制仿真对D E H系统进行了全面的试验, 主要试验内容有:挂闸功能、汽机转速控制、自动同期控制、负荷控制、遥控控制、调节汽阀管理功能、阀门试验功能、OPC保护等功能进行测试。各项测试均符合要求。
完成对DEH系统的仿真实验后, 进行DEH系统电液联动调试。其主要目的是完成EH油动机与机柜伺服控制部分的联调和动态测试, 使其符合设计要求。
(1) LVDT变送器静态调试、量程、零位调试。用1.5V电池到机柜后功放卡、高选卡线圈接线控制就地油动机全开或全关, 调整其零点和满量程电压, 反复多个形成, 直至其反馈电压为0.3~10V。
(2) 油动机最大行程调试。对伺服阀发信号, 使阀门全开、全关, 测量油动机的最大行程。
(3) 配合机务完成阀门关闭时间测试以及模拟甩负荷试验。在静止无压状态下, 挂闸打开所有阀门, 然后打闸, 用录波仪记录各阀门关闭时间;利用短接油开关信号模拟并网, 取消短接信号, 模拟汽机甩负荷试验, 记录OPC信号及调门关闭及复位时间。
(4) 2009年6月29日, 进行机组首次冲转, 完成了基本控制功能试验, 升速、定速。
(5) 2009年7月1日, 完成调门严密性试验, 主气门严密性试验。
(6) 2009年7月14日, 机组首次并网带负荷。
(7) 2009年7月14日, 切除DEH超速保护功能, 完成机组TSI超速试验, 110%转速TSI保护动作正常。切除TSI保护, 将DEH保护动作值设定为3 100RPM, 保护动作正常, 完成实验后恢复保护动作值为3300RPM。
(8) 2009年9月2日23时18分—9月9日23时18分, 机组顺利完成168h满负荷运行。
5 调试结论
在机组真正投入运行之前, 已经对DEH的各项功能进行了测试, 消除了发现的缺陷, 在第一次冲转及以后的各次冲转和运行中, DEH系统顺利完成了汽机升速、过临界、定速、自同期、并网发电、带负荷等任务;投入了转速控制、功率控制、一次调频、D E H遥控等控制回路;完成了O P C试验、阀门活动试验;各项功能都得到了实际运行检验, 效果较好。
参考文献
[1]电力建设施工及验收技术规范[S].第5部分:热工自动化.
[2]江祺.热工测量和控制仪表的安装[M].2版.北京:中国电力出版社, 1998.
[3]上海福克斯波罗公司厂家资料.
数字电液 篇2
School of Mechanical Engineering
机械电子工程专业
学 院：＿机械工程学院＿＿＿ 专 业：＿＿机电工程＿＿＿＿ 班 级：＿＿机电103＿＿＿＿ 学 号：＿1008030259＿＿＿＿ 学生姓名：＿＿王茂坤＿＿＿＿＿ 日 期：＿2012/12/4＿ ＿
工程机械底盘机构液压传动装置论文
0.前言
电液控制技术不仅应用于工业方面，还在生活、军事等方面有着广泛的应用。小到日常生活中的日用品，大至国家的军事、国防、航空航天等电液控制技术都得到了充分的利用。例如应用于国防工业的航空航天、海洋工程、武器、舰船；民用工业的运输业、石油化工、车辆与工程机械以及机器人等领域。各大院校相关专业的实验室，如机械专业，土木工程专业在试验台对加载试验件进行反复试验的过程中，大量运用液压伺服控制系统。电液控制技术的发展不仅推动着我国工业的发展，还让人们的生活水平有了提高，并且增强了我国的军事力量。电液控制技术作为连接机电技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，它的开发与普及，使工程系统的控制技术进入了现代控制工程的新行列，不同程度地确立了机电一体化的技术优势。
1.工程机械底盘液压传动装置介绍
1.1工程机械底盘液压传动装置的用途介绍
工程机械底盘液压传动装置以连续旋转的运动形式在发动机与行走装置之间传递动力。近十多年来，液压传动在工程机械行走系统中的应用取得了长足进展，挖掘机械、路面机械等非牵引机械几乎全为液压传动，即使典型的牵引机械如装载机、平地机、推土机等也在大量采用液压传动，并以迅猛之势快速发展。
1.2工程机械底盘液压传动装置的类别
工程机械底盘液压传动装置可分为两类：（2）液力传动装置 主要用于对使用和主机性能要求较高的铲土运输机械和内燃叉车等产品，其中液力变矩器和动力换挡变速器作为底盘动力传动中的无级变速元件，可以使主机具有良好的自动适应性和操作性能。（3）静液压传动装置 主要用于液压挖掘机以及对主机性能要求较高的推土机，装载机，路面机械，压路机和内燃叉车等产品和静液压变速、转向系统和工作装置上，使主机具有良好的无级变速和操作性能。
1.3工程机械底盘液压传动装置的结构
工程机械底盘液压装置中的液压泵、马达、连接管道及其控制阀组在结构上可以有多种组合方式，按布局形式可以分为“整体式”和“分置式”两类；按液压马达与行走装置之间的连接，有“高速方案”和“低、中速方案”；按泵、马达数量可分为单泵、单马达，单泵、多马达，多泵多马达等。
1.4工程机械底盘液压传动装置的工作过程 由于正、反方向行走及制动等要求，工程机械底盘液压传动装置的泵、马达大多采用闭式回路方式（如图）。
基于效率方面的考虑，工程机械底盘闭式液压传动装置均采用容积调节方式来变速，主要调节参数为变量泵和变量马达的排量比，其基本组成如图所示。
为合理解决发动机、液压传动装置、负荷之间的参数匹配，以利功率利用，同时最大限度的提高元件工作寿命并降低成本；根据不同机械作业要求，选择无变速器式或简单变速器式液压传动装置，提高传动装置性能降低成本并简化控制方式等问题，液压控制引入微型计算机、各类传感元件和电液比例阀，通过传感器检测车辆各种状态参数，反馈给计算机。通过计算机运算输出理想的控制目标指令，使车辆在整个工作范围内达到自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率达到最佳值。例如泵转速控制原理图
以牵引型履带驱动方式为例说明其工作过程。牵引型履带驱动原理如图所示。
两侧履带分别由两个对称的双马达减速驱动装置驱动，通过控制两侧液压泵的不同排量及供油方向，可以实现前进、后退、直行、转弯等功能。由于为双泵供油方式，为操纵方便以及达到液压系统与发动机良好匹配，液压泵选用电动比例排量控制，通过与微控制器相结合，将发动机的转速、供油量参数和液压系统压力、泵排量等参数纳入控制其计算，使发动机和液压泵达到最佳匹配和自动控制。马达1为主传动元件，完成主要工作，宜选用高速变量马达；马达2可选用高速变量马达，亦可选用具有“自由轮”工况的内曲线多作用低速大扭矩马达或具有“真空”工作能力的摆缸式中速马达。当两个马达均为高速变量马达时，可以在最低转速和最高转速之间进行连续无级变速；马达2为低速或中速马达时，通过两马达的不同排量组合和交替工作可形成3—4个档位。马达的变量控制方式可采用微控制器控制方式和高压自动变量方式，前者性能好但比较麻烦，后者则简单可靠，应用普遍。
1.5工程机械底盘液压传动装置的性能与特点
1）.液压传动装置中泵与马达为可分式结构形式。这种形式便于元件布置，给工程机械设计带来极大方便，使结构多样化并提高性能。2）.转矩双向传递。这一性能使闭式液压传动无需变速装置即可实现前进、倒退操作，同时具有反拖制动能力，操纵方便，感觉良好，可减少刹车功率和磨损，可利用只懂得回流能量驱动另一个液压泵的执行元件。3).操纵和控制的多样性。液压车辆这种快速机动性和操纵灵活性大大提高了作业能力。4）.液压传动调速准确、刚度大。速度与负荷之间无必然联系，只要不认为调速，即使外负荷变化车辆的速度也基本不变。
5).多装置系统的匹配性。整机功率可任意分配，可任意变换转速和扭矩并保持高效率。6).传动性能与效率。低速时工作压力与发动机功率相匹配，使车辆加速性能良好，功率利用充分，传动效率高。
2.工程机械底盘液压传动装置与机械电子工程专业的紧密结合
2.1工程机械底盘液压传动装置属于机电一体化技术应用实例
工程机械底盘液压传动装置属于电液控制技术的范畴，而电液控制技术是电气与液压技术的结合，电液控制技术与机电一体化技术是相互交融、相互包含的；工程机械底盘液压传动属于《工程机械液压传动》课程，它是工程机械的核心课程，属机械电子工程专业。工程机械底盘液压传动装置涉及机械技术、计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、计算机与信息技术等技术，属机械电子工程技术。从它所属类别、技术要素和应用的领域三个方面说明了工程机械底盘液压传动装置与机械电子工程是紧密结合的。
2.2工程机械底盘液压传动装置中的电液控制工程系统涉及哪些机电一体化技术
工程机械底盘液压传动装置中，传动机构如齿轮，执行机构如轮子、履带等属于机械技术；微型计算机接受反馈信息与发送控制信息控制液压阀等元件属于计算机与信息技术；泵的排量自动适应于外部负载的变化而变化，以达到最佳的功率与力的输出、计算机根据反馈的信息控制执行元件工作于最佳的工况下等属于自动控制技术；检测液压系统中的压力流量、检测机器的运动速度等均属于传感检测技术；要求原动机（如电机）跟随控制信号变化，用到伺服技术等。
2.3机电一体化技术的技术体系结构
机电一体化技术包括机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术等。
2.4工程机械底盘液压传动装置中所涉及的技术我还没有学到的有：
工程机械底盘液压传动所涉及的技术中，像自动控制技术、传感检测技术、计算机与信息技术、伺服技术等，对于我这个大三上学期的学生来说是没有学到的。
3.机械电子工程专业的基本论述
3.1 机械电子工程专业的基本属性（所属学科、具体专业、专业涉及的学科）
机械电子工程专业属机械工程与自动化专业。机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法，计算机软硬件应用能力，能承担各类机电产品和系统的设计、制造、试验和开发工作。机械电子专业可细分为机械电子系统，微型，超微型机械和生物机械。机械电子是工程科学中的一个跨学科专业，在机械制造、电子工程和计算机科学等学科的基础上建立起来的。
3.2 机械电子工程专业的地位、研究的对象及要解决的问题
机械电子工程专业属国家二级学科重点学科，是20世纪80年代随着微电子技术高速发展而兴起的一门新技术。机械电子工程是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统的总称。它的需求背景是工厂自动化、办公自动化、家庭自动化以及社会服务自动化等。它所研究的对象正是在这些需求下的各种各样的精密机械与微电子紧密结合的机器、机器人等。它除了要解决当今人们对自动化产品的需求，为了能适应快速变化的市场需求和提高产品在市场中的竞争力，机械电子工程还要向着自动化程度越来越高的柔性制造系统、计算机集成制造系统的方向发展。这就是它所要解决的问题。
3.3 与机械电子工程专业密切相关的主要课程有
主要专业课程：机械制图、机电一体化系统设计、电机与控制、工程材料、电工与电子技术、工程力学、机械设计基础、液压与气动技术、机械制造技术基础、单片机原理与接口技术、C语言程序设计、机床电气自动控制技术、数控技术、工业机器人、可编程序控制器原理及应用、传感器原理及应用、光电技术与系统、变流技术与交流调速、电液控制工程、工程软件应用等。
3.4 机械电子工程专业能够从事的工作
机械电子专业毕业生能够面向工商企业、学校、研究院（所）和政府部门，从事机电一体化产品（如数控机床）及机电一体化系统的设计、制造、开发、技术服务、教育培训、管理与维护等专业技术工作，能从事现代制造技术方面的研究与管理工作。
4、电液控制工程技术及应用重要性的基本看法
4.1电液控制工程技术发展的历程
古埃及时期就已经出现液压技术。到了在第一次工业革命时期，液压技术的到了一个快速的发展阶段。在此期间,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。19世纪初液压技术取得了一些重大的进展, 其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。电液伺服动作器也被用于空间运载火箭的导航和控制。电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。其次是工程机械。在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制等领域。电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。
4.2电液控制工程技术内涵与技术体系
电液控制技术包括电液比例技术和电液伺服技术，是现代控制工程的基本技术要素，它融合了液压技术、微电子技术、检测传感技术、计算机控制技术、及自动化控制理论等技术与理论。
4.3电液控制工程系统的类别 按液压控制元件分类，电液控制工程系统分为节流控制系统和容积控制系统。节流控制系统又分为伺服控制系统、比例控制系统和脉冲控制系统；容积控制系统又分为液压泵控制系统、液压马达控制系统和联合控制系统。按被控制参数分类，分为位置（或转角）控制系统、速度（或转速）控制系统、压力（或压差）控制系统、力（或扭矩）控制系统和其他参数控制系统（如温度、加速度等）。
4.4电液控制的应用范围
由于电液控制具有结构简单、尺寸小、作用力大、快速的频率响应能力，并且有较好的灵活性和适应能力等优点，因此作为控制领域的一个重要研究对象，它在工程技术中受到了广发的研究和应用。比如应用于国防工业的航空航天、海洋工程、武器、舰船；民用工业的运输业、石油化工、车辆与工程机械以及机器人等领域‘各大院校相关专业的实验室，如机械专业，土木工程专业在试验台对加载试验件进行反复试验的过程中，大量运用液压伺服控制系统。
4.5电液控制技术的发展趋势
为适应液压伺服系统向高性能、高精度和自动化方向发展需要，电液控制技术发展趋势将体现在 1）虚拟化 利用CAD技术全面支持伺服阀从概念设计、外观设计、性能设计、可靠性设计到零件详细设计的全过程，并把计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助工艺规划、计算机辅助检验、计算机辅助测试和现代管理系统集成在一起，建立计算机制造系统使设计与制造技术有一个突破性的发展。2）智能化 发展内藏式传感器和带有计算机、自我管理技能的智能化伺服阀，进一步开发故障诊断专家系统通用工具软件，实现自动测量和诊断。3）数字化 电子技术与液压技术的结合的一个方向。通过把电子控制装置安装与伺服阀内后改变阀的结构等方法，形成了种类众多的数字产品。4）微型化 随着液压技术的进步及竞争的加剧，微型伺服阀的技术以体积小、重量轻、单位功率大等优点而越来越受到重视。5）绿色化 减少能耗、泄露控制、污染控制。将发展降低内耗和节流损失技术以及无泄漏元件，如实现无管连接，研制新型密封等。
5.体会与感想
电液控制技术课程的学习拓宽了我的事业，让我了解了更多的科技前沿，让我懂得用理性和专业的眼光与思维去学习思考。电液控制技术，向我们展现了机械行业的魅力。例如工程机械中的盾构，在挖隧道这些高强度的工程作业中，普通的机械设备是完全没有足够的能力胜任的。只有液压传动才有这样强大而稳定的力量。盾构就是电液控制技术的成功实例。电液控制工程几乎涉及到所有的工程机械中，它可以说是一个国家工业技术水平的标志。二战期间，电液控制工程技术决定了军事实力的强弱。七十年后的今天，它仍是军事技术中的关键技术。然而，我国的电液技术仍存在很多不足。如高压工作系统存在较严重的泄露，使用寿命相对短等，跟国外先进的液压技术仍存在一定的差距。发展技术不是一辈人的事。作为一名大三学生，努力学好专业知识是我们的职责与荣耀。
通过这门课程的学习，使我对机械电子工程专业有了更进一步的认识和了解，对于我以后的专业课的学习有一定的指导意义。这门课程作为一门选修课程，虽然学习的内容不深入，仅仅停留在了认识层面，但是对我以后的自主学习具有很重要的指导价值。【参考文献】
1.姚怀新著.行走机械液压传动与控制.北京：人民交通出版社，2001.12 2.吴根茂、邱敏秀等著.实用电液比例技术.杭州：浙江大学出版社，2006.8 3.中国力学学会流体控制工程专业委员会行走机械电液控制技术专题研讨会暨第六届全体委员会会议.2010年.秦皇岛.《液压与气动》2010.05 4.百度百科：http://baike.baidu.com/view/215120.htm
数字电液 篇3
关键词：数字电液控制系统,移动学习,微信
汽轮机是燃煤电厂的重要生产设备,其转速必须稳定在允许的极小区间,数字式电气液压控制系统(Digital ElectroHydraulic Control,DEH)是完成此任务的主流系统。本课程知识点很多,学习时需要较多的先修课程和辅助课程,包括汽轮机原理、热工自动调节原理、计算机控制系统等。
DEH同时具有理论深度和实际应用两个方面的要求,在学习过程中具有知识点繁多、知识体系分散、现场结合紧密的特点,这些特点使学生仅依靠传统的课堂学习并不能全面地把握课程的关键性内容。本文针对数字电液控制系统的移动学习展开讨论与研究。
一、移动学习的概述
移动学习是在线学习与数字化学习的自然延伸,是指学习主体可以不受时间地点的约束,利用便携式移动终端(如智能手机、平板电脑等)和移动互联网络获取学习资源、教育信息和教育服务,并与教师和其他学习者进行交流协作来实现知识积累的过程。
由于计算机和计算机网络的局限性,一般情况下只能在固定的场所展开学习。但随着移动互联网和智能手机技术的爆发式发展,越来越多的由计算机完成的功能可以由移动设备来完成。
进行DEH移动学习设计,需要对相关专业的学生进行移动学习的内在需求、行为习惯、学习特点和用户特征进行综合的分析研判,需要对课程本身的知识体系进行“可移动化”研究,需完成本课程的移动学习情境分析、移动学习的模块划分和内容提炼,并专门创设移动学习场景和学习模式。
二、面向移动学习的课程主要内容解构
与其他在线学习方式不同,移动学习往往是利用短时性的碎片时间进行的,基于碎片化时间的学习对学习内容有着与传统课堂教学不同的内容要求,需要针对这些特点对数字电液控制系统课程内容进行重新编排设计。
(一)数字电液控制基本原理
DEH基本原理的重要性不言而喻,因此本部分围绕“原理”做文章,采用思维导图的方式,层层解构,将汽轮发电机组各类传递函数和方框图以独立知识点的方式展开,学生随时可以利用碎片时间查看单一环节的原理,这样可把整块时间和零散时间学习融为一体。
(二)控制系统特性和典型控制逻辑
先修课程的掌握情况决定本部分内容的学习效果,设置预习前复习模块,预习先修热工自动调节课程中的基本概念。针对转速控制和负荷控制环节,利用在线逻辑图的方式将逻辑图以动态方式分布呈现在学生,同时辅以大量的判断题和选择题,利用在线快速答题方式强化逻辑图的理解。
(三)供油系统及液压伺服系统
本环节是与实践结合较为密切,但理论深度要求相对较低的部分,本部分主要为教材提供辅助,在原理图之外提供设备图,以600MW机组典型系统图和真实设备资料辅助教学。
(四)超速保护与危急遮断
逻辑图是本部分的重点,包含逻辑部分和条件结果的记忆部分。由于需要学习的内容多,就需要突出强调归类的作用。
三、基于微信的移动学习平台构建
(一)移动学习基础平台的选择与建设内容
建立移动学习平台不能具有过高的门槛,否则对注意力的集中是不利的。因此必须寻找合适的二次开发平台。微信公众平台是快速建立移动学习平台的一种有效手段。微信作为我国特有的通讯交流软件,其客户端适用多种移动设备,并能实现提醒、通知、语音、图文等多项功能。网络通信技术的发展弥补了个体化学习的不足,微信公众平台使协作学习成为可能。
对DEH课程内容进行分解之后,结合微信平台提供的开发功能,可以建立有效的课程移动化学习平台。
(二)基于HTML5的平台建立
由于微信提供的应用开发接口大多是面向内容的而非面向交互,当需要建立高级交互学习功能时,需要在微信平台中引入HTML5技术。HTML5是可扩展标记语言的最新版本,具有数据存储、网络访问和页面高级渲染等多方面的功能,结合Javascript脚本语言,可以在微信平台中快速增加交互性学习功能。
通过DEH课程中引入移动学习手段,基于普遍使用的微信建立移动学习平台,可以使学生在传统的学习模式之外,将学习充分的与生活相结合,不限时间地点进行机动的自主学习,并可加强教师与学生的互动,在实际教学过程中是一种促进教学效果的有效手段。
参考文献
[1]王爽心.葛晓霞.汽轮机数字电液控制系统[M].北京:中国电力出版社,2008.
[2]王萍.微信移动学习的支持功能与设计原则分析[J].远程教育杂志,2013(6).
数字电液 篇4
汽轮机是大型高速运转的原动机, 通常在高温、高压下工作, 它是火电厂中最主要的设备之一。汽轮机往往具有相当完善的自动控制系统, 这些系统所包含的内容大体可分成以下几个方面:
1.1 自动检测系统
为了监视汽轮机的工作情况, 在汽轮机上设置了各种检测仪表, 以监视其主要运行参数。这些仪表除了具有指示功能外, 还具备自动记录、报警等功能, 在计算机的配合下, 还可以实现趋势预测、事故追记、效率计算等数据处理功能。
1.2 自动保护系统
为了保证机组的安全运行, 在汽轮机上一般设置了各种自动保护设备。当汽轮机的运行参数超出正常范围时, 自动保护设备将根据情况及时动作, 发出警报, 提醒运行人员及时采取措施或自动采取措施。当运行参数超过机组安全运行允许的范围时, 它将及时动作, 使汽轮机自动停机, 避免事故的进一步扩大。
1.3 自动调节系统
汽轮机带动发电机向外供电, 由于电力用户要求提供足够数量的电能, 并保证供电质量, 因此汽轮机必须设置自动调节系统。电的频率是供电质量的主要标志之一, 为了使电频率维持在一定的精确度范围之内, 要求汽轮机具备高性能的转速自动调节系统。
2 机械调节系统与数字式调节系统
汽轮机的自动调节系统已经有了相当长的历史, 可以说, 汽轮机在实现了自动化之后, 也就是配备了调节系统之后才得到工程实际应用的。早期的汽轮机调节系统是由离心飞锤、杠杆、凸轮等机械部件和错油门、油动机等液压部件构成的, 称为机械液压式调节系统, 其示意图如图1所示。
这种系统的控制器是由机械元件组成的, 执行器是由液压元件组成的。通常只具有窄范围的闭环转速调节功能和超速跳动功能, 并且系统的响应速度较低, 由于机械间隙引起的迟缓率较大, 静态特性是固定的, 不能根据要求任意改变。
数字计算机技术的发展及其在过程自动化领域中的应用, 将汽轮机控制技术又向前推进了一大步, 20世纪80年代出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统 (DEH) , 简称数字电调, 其示意图如图2所示。
其组成特点是控制器用数字计算机实现, 执行部件保留原有的不变。早期的数字电调大多是以小型计算机为核心的, 微机出现后, 数字电调也采用了微机。
3 135 MW汽轮机数字式电液调节系统改造方案
目前国内许多火力发电厂对具有液压调节系统的135 MW机组的调节系统进行改造。由于原有的液压调节系统普遍存在着动态特性差、惯性大、响应滞后、调节品质差等缺陷, 不能实现单/多阀控制方式, 阀门的重叠度大。随着电力技术的快速发展, 调峰机组范围的不断扩大, 纯液调控制方式已明显落后, 其缺陷显得更为突出, 所以对原有的液压调节系统进行改造势在必行。
3.1 同步器改造方案
当机组主要解决液压调节器与CCS接口问题, 实现协调控制、调峰运行及改造资金有限时, 可采用同步器方案, 而且, DEH调节器可与CCS做在一起。同步器可改为高性能的矢量变换电动机或电动执行器。图3为上海闵行发电厂采用同步器方案的DEH调节系统框图。
3.2低压纯电调方案
低压纯电调改造方案的关键部套是屯液转换器的选用;上海闵行发电厂9号机组的调节系统原为全液压调节系统, 现改造成为DEH-ⅢA型低压纯电调系统。其电液转换器采用了力矩电动机—蝶网放大结构, 这种电液转换器抗油污性能好, 不容易卡涩, 可靠性较高, 土洲泵出口的油经过油舱的过滤、稳压就可以达到要求。此外, 对原有的系统还进行了以下方面的改造: (1) 增加丁DEH-ⅢA型控制器 (包括工程师站、操作员站) , 取消了旋转阻尼、波纹筒放大器、同步器、油压转换器等部件, 将调节系统改用计算机控制。 (2) 增加了4只电液转换器, 使之与原调节系统中的4只高、中压电动机组成一对一配置。 (3) 增加了4只危急继动器, 使安全油动作后通过其泄掉电液转换器的控制油。 (4) 每只油动机各配1只超速保护控制 (OPC) 电磁阀, 当汽轮机转速超过103%n时, 接受DEH发出的OPC指令信号, 立即关闭调节汽阀, 抑制转速飞升, 自动控制机组稳定在3 000 rad/min下运行。
4 结语
以上火力发电厂135 MW汽轮机数字电液调节系统的改造方案, 希望能使现代汽轮机控制系统的安全性及可靠性得到显著提高。
摘要：传统机械液压调节系统在可控性和控制功能方面已不能满足机组协调控制和电网自动发电控制等要求, 提出火力发电厂135MW汽轮机数字电液调节系统的改造方案, 不仅满足了现代汽轮机控制系统的要求, 而且在系统的安全性、可靠性方面得到了显著提高。
关键词：火力发电厂,汽轮机,数字电液调节
参考文献
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[2]文贤馗.火电厂汽轮机控制系统改造[M].北京:中国电力出版社, 2004
数字电液 篇5
随着莱钢生产规模的不断扩大,工厂电力设施的稳定供应制约着整个莱钢的热线生产,自备电厂的安全稳定运行为热线生产提供可靠的动力保障。DEH数字电液调速系统,能够保证发电机的稳定、可靠运行,使发电机能够得到有力控制,进一步保证机组的安全,降低机组故障检修时间,人机界面良好,易于操作人员操作和管理人员管理。本系统在生产中发挥了极为重要的作用,达到了国内领先水平。
2 项目的关键技术、实施及系统功能
汽轮机组控制系统设计采用透平油共用油源数字式电液调速系统。数字式电液调速系统(DEH)利用现代计算机技术实现对汽轮机组控制,使其自动化水平得以大大提高。
2.1 数字电液调速技术
在发电机汽轮机控制中采用了DEH数字电液调速,全部控制逻辑均由应用软件完成,使控制的准确性和灵活性得以极大的提高,同时还消除了液压部套的加工误差、配备精度等对调节产生的各种不利影响,降低了检修的维护强度和费用。DDV工作原理控制图如图1所示:
对于抽汽机组而言,由于机械调压器在不同程度上存在着工作范围小、控制精度低、调整困难等问题。而采用DEH,使用电子测量、数字运算,使以上问题得以很好的解决;DEH的控制信号,通过MOOG公司DDV634型电液转换器,将电信号转换成液压控制信号去控制液压执行机构。
2.2 多重冗余技术
在DEH控制系统中,为保证系统的稳定性和可靠性,DEH系统依据分层、分散控制原则,除了控制器冗余外,对重要的I/O信号和I/O模件也进行了冗余配置,还采用了各种冗余技术和抗干扰措施,对现场重要的模拟量及开关量参数采用了二选一的冗余控制,对发电机的转速更是采用了三选二的冗余技术,保证了信号的可靠性,大大提高了控制系统的稳定性,提高了系统的安全系数;为保证通讯的可靠性,对网络也进行了冗余配置,保证了信息的畅通;系统还设有冗余的OPC防超速电磁阀组和AST停机电磁阀组,保证了汽轮机组更加安全可靠运行。
2.3 DEH控制系统构成
双抽汽轮机DEH控制系统主要由电子设备和液压设备两大部分及相应的接口部件电液转换器等组成。
电子部分主要包括:控制器——由DPU及RAM等部件组成,用于实现控制策略,是DEH的核心;I/O模件及测量单元——用于各种过程变量的测量和控制信号的输出;工程师站及操作员站——DEH的人机界面,工程师站用于技术人员编制、调试和下载、上载程序,对控制器进行操作,操作员站用于接受运行人员的操作命令并将系统状态和现场各种参数显示出来;通讯接口——与其它自动化系统进行数据交换,实现数据共享;电源——为系统各部分提供相应电源。
液压部分主要包括:电液转换器(E/H—DDV)将DEH输出的电控信号转换成阀位信号; 油动机——液压放大机构,用于驱动各调节阀门。
2.4 DEH控制系统工作原理
DEH系统通过三台电液转换器(DDV)分别控制高、中、低压阀门,从而达到控制机组转速、功率、高压抽汽、中压抽汽、低压抽汽的目的。DEH系统设有转速控制回路、电功率控制回路、抽汽压力控制回路、主汽压力控制回路、超速保护回路等基本控制回路以及同期、调频限制、信号选择、判断等逻辑回路。
2.4.1 转速控制回路
在并网前,转速控制回路完成机组启升速控制,其中设有转速目标值设定、升速、暖机、临界转速区识别与加速通过临界区控制逻辑,超速试验逻辑等,它以机组的实际转速作为反馈,通过PID调节器实现机组转速的闭环控制。
2.4.2 负荷控制回路
负责机组的电功率的调节。它以运行人员设定的目标值及变化率来控制机组的电功率使其为给定值。它以功率给定逻辑作为参考值,以实际功率作为反馈,同时综合一次调频信号,通过PID调节器控制机组的电功率。
2.4.3 抽汽控制回路
该系统设有高压和低压两个控制回路。它们分别以操作员设定压力作为给定,以实际抽汽压力作为反馈,分别通过PID调节器控制高、低压抽汽压力,去输出与去功率调节器的输出一同送到牵连解耦运算逻辑进行解耦运算,实现热、电联调和静态自整。
2.5 DEH控制系统配置
发电机DEH控制系统硬件选用中国电力科学院EDPF-NT系列产品,DEH配置了一个机柜。该系统DPU为双冗余配置、部分I/O模件也是冗余配置,为保证通讯的可靠性,对网络也进行了冗余配置,保证了信息的畅通。根据I/O要求,DEH共选用了6种11块EDPF-NT功能模件。上位机采用IBM系列工控机,设有工程师站和操作员站。操作系统为Windows NT4.0 (Service pack 3),监控及编程软件为EDPF-NT系列软件,实现人机通讯。电气接口采用RS-485协议,监控站与EDPF-NT下位机之间采用以太网进行通讯。另外,系统还配备了打印机,便于打印报表和历史趋势等。
在硬件配置中,配备有EDPF-SD测速与保护模板,提供三路速度测量,二路DO输出,在卡上完成三取二逻辑,实现三取二功能,并提供超速保护功能,在实际应用中,同时使用两块用于热备冗余。
另外,系统还具有专门电液并存型DEH伺服卡EDPF-VCI模板,用于接收上位机发来的阀位输出控制量,由D/A转换成模拟量,送至差分放大器,与线性阀位反馈信号(LVDT)进行差分放大,在经过功率放大后,送至电液转换器(DDV)转换成液压信号,控制阀门的开度。
系统网络配置图如图2所示:
2.6 基本功能
DEH系统不但可以通过操作员站CRT画面对汽轮机全貌、阀位、趋势以及重要参数等进行监控,为运行人员提供参考数据,而且DEH系统具有较完善的硬件、软件自诊断功能,可检测出模板级、通道级的故障点,根据需要,可以选配多种串行通讯接口,用于实现与DCS、计算机等其他系统的数据交换,以实现事故追忆、打印报表、生产管理等功能。
2.6.1 汽机复位
开机前工作准备就绪后,必须在开机画面上确认后才能挂闸及开主汽门。
2.6.2 摩检
机组启动前,尤其是大修后,经常要进行摩检检查,为此,在DEH系统内设置有摩检功能,选择摩检后,DEH将机组升速至500r/min,然后关闭主汽门,停止进汽,机组惰走,由运行人员进行听音,完成摩检检查。
2.6.3 升速
DEH系统具有手动和自动两种升速方式。自动升速是指DEH根据高压内缸金属温度自动从冷态、热态或极热态条件,选择不同的升速曲线,自动完成冲转、低速暖机、中速暖机、快速通过临界转速直到3000RPM定速。手动升速是指运行人员根据经验自行判断机组的温度状态,通过操作员站设定目标转速和升速率。当运行人员设定的目标转速接近临界转速时,DEH系统程序将自动跳过临界区,即运行人员将无法将目标转速设定在临界区内。手动升速时低速和中速暖机点及暖机时间由运行人员决定。升速过程中运行人员可根据实际情况,发出转速保持指令,将转速保持在当前值。
2.6.4 超速试验
DEH系统具有控制机组完成超速试验的功能。机组定速后需要做超速试验,运行人员可通过操作命令“超速试验”来启动该功能,此时DEH控制机组均匀升速至超速保护动作。
2.6.5 同期与并网
当机组完成启动升速后,达到同步转速范围(2950-3050rpm)即可进行同期操作。由运行人员选择“手同期”或“自同期”。在手同期方式下,DEH接受运行人员的转速“增”、“减”命令,调整机组转速,直至并网;在自同期方式下,DEH接受同期装置发出的信号,自动调整机组转速直至并网。
2.6.6 初负荷
机组并网后,DEH立即自动使机组带上3MW以下的负荷,防止发电机组逆功率运行,初负荷可根据用户需要进行调整。
2.6.7 功率闭环控制
该控制回路是DEH的核心控制回路,它可以用来对机组进行各种变工况调节,DEH根据运行人员给定的功率负荷变化率与负荷目标值控制机组的增加和减少,该回路可与其他回路进行无扰切换。
2.6.8 手动控制机组负荷
运行人员通过负荷“增”、“减”操作来改变调节汽门的开度,从而达到调整机组负荷的目的。它赋予运行人员最大限度的权力与灵活性,同时它又是各闭环控制回路的后备,当这些回路出现故障(如测量信号失效)时,DEH切换到手动方式。此外,系统还配备有后备手操,实现安全手动控制。
2.6.9
抽汽控制根据热力特性的要求,当负荷带到某一值时,可以投入调整抽汽,中压抽汽和低压抽汽投入顺序不限。由运行人员给出抽汽“增”、“减”命令,则DEH自动完成抽汽压力的“升”、“降”操作。在此工况下,自动实现热、电负荷静态自整。
2.6.10 完善的自诊断功能
DEH具有较完善的硬件、软件自诊断功能,可以检测出模板级、通道级的故障点。
3 DEH系统的特点
3.1 快速、准确、灵敏
电液调节系统具有快速、准确、灵敏度高的特点,其迟缓率不大于0.06%,而模拟电液调节系统的迟缓率为0.1%,液压调节系统的迟缓率高达0.3%～0.5%;故其调节精度高。在蒸汽参数稳定的情况下,可以保证功率偏差小于1MW,转速偏差小于1r/min。
3.2 综合运算能力强
电液调节系统为多回路,多变量调节系统,综合运算能力强,具有较强的适应外界负荷变化和抗内扰能力,可方便地实现机炉协调控制,有利于电网的稳定运行。
3.3 重要设备冗余配置
该系统CUP为双冗余配置、I/O模板也是冗余配置。系统电源采用冗余配置,每个电源均能独立承担所有模块的供电,不会因为单电源故障而影响系统运行。现场测量装置也采用了冗余配置,转速测量三通道,功率、真空度、抽汽压力为二通道,在控制系统中又对模拟信号进行了冗余技术处理,OPC电磁阀和AST电磁阀冗余,控制油压力开关冗余等,保证了信号的准确可靠,保证了机组的安全稳定运行。
3.4 运行方式灵活
电液调节系统可提供调频、带基本负荷、定汽压、定功率等多种运行方式。而液压调节系统在这方面却受到了很大的限制,这就使机组的工况适应性大大提高。
4 结束语
根据该系统投运一段时间的情况看,该系统设计合理,很好地完成了发电机机组的自动化控制,具有强大的自控功能,具有很好的稳定性、实用性、维护性和可操作性,减少了不安全因素,提高了劳动生产率,改善了工作人员的工作环境,减轻了工作人员的劳动强度,取得了显著的经济效益和社会效益。
摘要：针对莱钢原有发电机组机械调速的不稳定因素,提出改造方案,进行数字电液调速系统改造,实践证明,效果良好。
电液伺服机构故障树分析 篇6
电液伺服机构既能控制很大的惯量和产生很大的力或力矩,又具有很高的精度和快速响应能力,因而得到了广泛应用。如用于飞机与船舶舵机控制、雷达与火炮控制、导弹与火箭姿态飞行控制等。作为飞行器控制系统的执行机构,伺服机构驱动摇摆发动机或摆动喷管来完成对飞行器的控制,其性能的好坏及可靠性高低直接关系到整个控制系统的性能及可靠性,由于伺服机构处在整个系统的后段,系统上游部件的一切故障瞬态都有可能传过来以致影响飞行品质,对伺服机构的可靠性要求很高。但作为控制系统中动特性复杂、工作环境恶劣的设备,它也是飞行器控制系统中故障率最高的部件[1]。其次,对于导弹之类一次性使用的武器,发射之后伺服机构一旦发生故障即无法排除[2]。因此其可靠性的高低,将直接影响到飞行器控制系统甚至整个飞行器的可靠性。电液伺服机构作为机电液产品,其故障呈现多样性,既有电气方面的,又有机械液压方面的,因而影响其可靠性指标的因素较多,而且比较复杂。
为提高电液伺服机构的可靠性水平,本研究采用直观性强、灵活性大、通用性好的故障树分析法对电液伺服机构进行全面的可靠性分析,建立可靠性模型,从而为电液伺服机构的改进和可靠性设计提供依据。
1 电液伺服机构
在某型号装备自动控制系统中,主要采用电动泵电液伺服机构,它具有力矩惯性比和功率质量比大、控制精度高、动态响应快、效率高等优点,该伺服机构的系统原理图如图1所示。
1—电机;2—油泵;3—单向阀;4—高压快卸接头;5—油滤;6—高压安全阀;7—磁性油滤;8—充气阀;9—气压传感器;10—清洗阀;11—油面传感器;12—低压安全阀;13—低压传感器;14—低压快卸接头;15—油滤;16—阀供油压力传感器;17—集成块基体;18—蓄能器;19—油箱;20—放气阀;21—压差传感器;22—旁通阀;23—作动器;24—反馈电位计;25—力矩马达;26—阀体;27—伺服放大器;28—温度传感器;29—分流器;30—控制电流测点;31—电压测点
伺服机构在功能上可划分为动力装置、液压油源回路和伺服控制回路3个组成部分。其中,动力装置包括电池,电机(1)和专用电缆;液压油源回路包括油泵(2),单向阀(3),过滤器(5)、(7)和(15),蓄能器(18),增压油箱(19),清洗旁通阀(10),高压安全阀(6),低压安全阀(12),高压快卸接头(4),低压快卸接头(14),放气孔(20),油面高度传感器(11)等;伺服控制回路包括电子伺服放大器(27),双喷嘴二级力反馈电液伺服阀(25),直线双作用式作动器(23),反馈电位计(21)及专用连接器和相应电缆。
当某型号装备转弯或克服干扰纠正姿态时,电机驱动油泵,油泵工作后,泵的吸油管经低压金属软管、活门组件、头部壳体内的低压管道从油箱中吸油,并经泵的排油嘴排出高压油。高压油通过高压金属软管、滤油器、活门组件、头部壳体的高压管道分两路分别进入蓄压器油腔(作为系统的辅助能源)和伺服阀入口。飞行控制系统向伺服控制回路输入电压指令信号,该信号经伺服放大器变换放大成电流信号输出至伺服阀的力矩马达线圈,使伺服阀的阀芯产生位移,阀芯位移打开伺服阀的输出窗口,从而输出方向一定的高压流体,流体流量的大小由电流与系统负载压差决定。高压流体进入作动器对应的一腔,推动活塞杆以与流量成比例的速度运动。活塞杆带动喷管绕定轴摆动,形成转角,从而产生侧向控制力,改变弹体姿态。
2 故障树的建立
故障树的建立把系统中最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标,然后找出导致下一级事件发生的全部因素,再找出导致下一级事件发生的全部直接因素,直到那些故障机理已知的基本因素为止[3]。本研究根据电液伺服机构生产、调试及试验情况,以及使用中所出现的故障情况[4]来建立故障树。电液伺服机构如果不能正常地进行工作,则认为机构发生故障,并以此作为故障树的顶事件建立故障树。机构分析表明,组成机构的三部分—动力装置、液压油源回路和伺服控制回路,只要其中一个出现事故,便可发生顶事件,因此三者之间由逻辑“或”门连接;其中动力装置出现故障可能由电池故障或电机故障引起,二者之间用逻辑“或”门连接,由于电池出现故障由很多因素决定,在这里作为未探明事件;液压油源回路由油箱组件、油泵和蓄压器组件组成,只要其中之一出现故障便可导致液压油源回路出现故障,所以三者之间也用逻辑“或”门连接;伺服控制回路主要由作动器组件和伺服阀组件组成,它们之间也用逻辑“或”门连接;如此逐级向下发展,直到所有最低一排原因事件都是底事件为止(如图2～图5所示)。由图可知一共有48个底事件(包括基本事件和未探明事件),用Xi(i=1,2,3,…,48)表示。
3 故障树的分析
故障树是由顶事件和构成它的全部底事件按逻辑关系连结而成的。因此,可用结构函数给出其数学表达式,以便对故障树作定性分析和定量计算。为此必须首先确定故障树的最小割集,从而找出伺服机构最薄弱的环节,再由最小割集写出故障树的结构函数。本研究采用上行法自下而上地求顶事件与底事件的逻辑关系,以得到顶事件积和表达式,再用幂等律和吸收律分别去掉重复事件和多余的项,从而得到全部48个最小割集。若令Φ表示系统的状态,Kj表示第j个最小割集。那么,由最小割集可得该故障树的结构函数为:
由上式可知,所有的最小割集都是单一的底事件,说明X1,X2,…,X48任一底事件的发生都将引起伺服机构失效,它们的结构重要度是相同的。若假定各底事件和未探明事件相互独立,则在各独立事件的寿命分布已知的条件下,即可按逻辑关系用数值方法求得伺服机构的寿命分布曲线,进而可求出各种可靠性特征指标。
某型号伺服机构的外场故障中,50%以上是密封问题,29%是电子元件的失效[5]。从故障树可以得出密封部位主要的失效模式有:油泵气蚀、蓄压器气体漏入油中、油箱充气嘴密封不好、油箱活塞密封圈发生滚动、油箱活塞密封圈发生破损、蓄压器胶囊漏气、蓄压器密封圈增压杆密封圈发生滚动、蓄压器密封圈增压杆密封圈发生破损。经过对失效密封装置的分解检查发现,造成密封失效的主要原因有2种:①密封圈尺寸偏小,使有效密封面积减小,密封界面存在微缝隙;②密封圈压缩永久变形量和密封圈老化的影响,使密封圈弹性降低,法兰盘与密封圈的接触压力下降,或密封圈永久变形增大,起不到密封作用。
大量的事实证明,影响电子元器件性能和寿命的主要因素是环境条件,贮存环境中的温、湿度水平是影响电子元件的两个主要因素[6]。在温度、湿度的作用下也能导致其潜在的外壳、封装工艺缺陷失效(包括封装漏气失效、引线焊接失效、外引线腐蚀断裂)[7,8]。
4 可靠性模型的建立
通过对故障树的分析可知,影响伺服机构正常工作的因素很多。虽然通过对故障树的分析,依据其结构函数可建立完整的可靠性框图模型,从而可以定量地评定出伺服机构的可靠性指标,但这在实际中却是既不可能也没有必要的,原因有二:①上述模型反映不出影响伺服机构的主要失效因素;②在实际工作中无法得到足够的信息来估计各底事件的寿命分布。因此,根据伺服机构在实际使用和寿命试验中遇到的失效形式,以及各失效因素对伺服机构正常工作的影响程度和逻辑关系,对结构函数进行简化,得到简化后的故障树如图6所示。
按逻辑关系可知,简化后的电液伺服机构的可靠性框图模型为一串联系统(如图7所示)。串联系统要能正常工作,必须是组成它的所有单元都能正常工作,因此串联系统的可靠度为:
式中
5 结束语
本研究通过对电液伺服机构进行故障树分析,以探究电液伺服机构的故障与哪些因素有关、有怎么样的关系以及影响的程度。通过对电液伺服机构的可靠性建模,对寿命分布类型不同的零部件按逻辑关系进行了可靠性综合,从而实现了整机的可靠性评定,并找出对电液伺服机构影响最大的薄弱环节,通过可靠性设计以提高电液伺服机构的可靠性水平。
参考文献
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