液压复合控制（共8篇）
液压复合控制 篇1
0引言
快锻液压机具有运行平稳、速度快、精度好、 自动化程度高等诸多优点,目前在自由锻造设备领域被认为是发展的主要方向之一[1]。相对于泵控液压系统来说,电液比例阀控系统具有响应快、 成本低的特点,为快锻液压机所普遍采用,但同时阀控系统存在着能量利用率低、能耗高等一系列问题[2,3,4]。随着“中国制造2025”的实施和推进, 社会对节能降耗日趋重视,绿色节能将成为未来快锻液压机发展的主要方向。因此,针对快锻液压机液压系统,探寻新的节能原理或节能方式具有重要的现实意义。逄振旭等[5]研究了快锻工况PID控制器参数对系统能耗影响;管成[6]提出了机械-液压复合式节能控制系统,利用机械飞轮和蓄能器配合达到液压机常锻工况节能的目的;姚静等[7]提出了采用蓄能器的液压机新型节能快锻回路。上述方法虽然在一定程度上降低了系统的能耗,但仍未从根本上解决快锻液压机能量利用率低的问题。
近年来,变频技术的发展为液压系统的节能提供了一种新方法,即采用变频电机驱动定量泵实现泵的流量调节,从源头上减少系统的能量损失。文献显示,日本三菱公司最早将变频液压技术用于液压电梯,并实现了市场化,获得了良好的节能效果[8];徐兵等[9,10]通过全变频驱动液压电梯控制系统与阀控系统的对比研究发现,前者比后者节能40%。变频技术已成为液压系统节能的一种发展趋势,但低响应性能制约了其在高动态特性要求系统中的应用。
1泵阀复合控制原理
基于变频调节的快锻液压机泵阀复合控制系统原理如图1所示,主要由变频动力源单元和独立节流口阀控缸单元组成。其中,变频动力源单元主要由变频器1、电机2、定量泵3、安全阀4和单向阀5组成,通过调整变频器的输入频率实现定量泵3输出流量的无级调节。独立节流口阀控缸单元由主缸进液阀6、主缸排液阀7、回程缸进液阀8、回程缸排液阀9、主缸10和回程缸11组成。活动横梁12下行时,主缸进液阀6、回程缸排液阀9工作,位移传感器13采集的活动横梁的实际位移与给定位移比较,通过控制器15构成位置闭环控制主缸进液阀和回程缸排液阀的阀芯位移,进而控制活动横梁位置。同时,变频动力源单元通过压力传感器14检测主缸压力、回程缸压力和泵口压力,通过控制器构成压力闭环调节变频器频率来控制电机的转速,进而改变定量泵的输出流量,实现泵口压力跟随负载压力的变化且压差保持恒定。快锻回程时,回程缸进液阀8、主缸排液阀7工作,控制原理与压下过程一样,在此不再赘述。
2,本文实验采用PID控制器对快锻液压机位置闭环和压力闭环进行控制。
2泵阀复合控制节能机理
2.1电液比例阀控系统功率
2.1.1下行时系统功率
快锻液压机压下时,活动横梁下行,主缸进液阀和回程缸排液阀的流量Q1、Q4分别为
式中,xv1、xv4分别为主缸进液阀和回程缸排液阀的阀芯位移;ω为阀口面积梯度;Cd为流量系数;ρ为油液的密度; ps1为下行时泵口压力;pt为油箱压力;p1、p2分别为主缸和回程缸的压力;A1为主缸面积;A2为回程缸面积;y为活动横梁的位移(即液压缸运动的位移)。
定义主缸面积A1与回程缸面积A2的比值 γ=A1/A2,主缸进液阀 与回程缸 排液阀阀 芯位移比为α1=xv1/xv4。假定pt=0,由式(1)、式(2) 可得
下行时,活动横梁的力平衡方程为
式中,m为活动横梁的质量;Bp为阻尼系数;Ff为摩擦阻力;FL为负载力。
由式(3)、式(4)得泵口压力为
电液比例快锻系统的液压泵为定流量输出, 设泵的输出流量为Qs1,则下行时输出功率为
2.1.2上行时系统功率
快锻液压机回程时,活动横梁上行,主缸排液阀和回程缸进液阀的流量Q2、Q3分别为
式中,xv2和xv3主缸排液阀和回程缸进液阀的阀芯位移; ps2为上行时泵口压力。
定义主缸排液阀和回程缸进液阀阀芯位移之比为α2=xv2/xv3。假定pt=0,由式(7)、式(8)可得
上行时,活动横梁的力平衡方程为
由式(9)、式(10)得泵出口压力ps2为
电液比例快锻系统定量泵的输出流量为Qs2, 则上行时输出功率为
2.2泵阀复合控制系统功率
2.2.1下行时系统功率
根据泵阀复合控制原理可知,活动横梁下行时压力闭环控制泵口压力p′s1跟踪主缸压力p′1, 且使主缸进液阀两端压差 Δp恒定,即
下行时,活动横梁的力平衡方程为
式中,p′2为泵阀复合控制的回程缸压力。
由式(13)、式(14)可得
泵阀复合控制系统工作时无溢流,泵的出口流量Q′s1等于主缸流量Q1,即
式中,f为压机的快锻频率;S为快锻行程;t为时间。
由式(15)、式(16)得下行时泵的输出功率为
2.2.2上行时系统功率
泵阀复合控制系统活动横梁上行时,压力闭环控制使泵口压力p′s2跟踪回程缸压力p′2,且使回程缸进液阀两端压差 Δp恒定,即
上行时,活动横梁的力平衡方程为
由式(18)、式(19)可得
泵阀复合控制系统上行时,泵的出口流量Q′s2等于回程缸的流量Q3,则
由式(20)、式(21)得上行时泵的输出功率为
2.3两种系统的功率比较
2.3.1下行时系统功率对比
活动横梁下行时,电液比例阀控系统与泵阀复合控制系统泵消耗功率差 ΔP1为
由于p2=p′2,Q′s1=Q1,将式(6)和式(17)代入式(23),整理可得
假设Qs1= Q1,即系统无溢流,Q1取最大值 πA1f S,得
以0.6MN中试液压机的基本参数(表1)为例,Δp =2 MPa,α1的取值范 围为0.2≤α1≤ 0.7,p2的取值范围为2MPa≤p2≤ 6MPa。以 α1、p2为横坐标轴,绘制下行时两系统功率差ΔP1曲面,如图3所示。可以看出,随着p2的增大系统功率差ΔP1增大,且阀芯位移比α1越大,ΔP1越小。功率差ΔP1所描绘的曲面全部在零平面之上,即 ΔP1> 0,表明下行时,电液比例阀控系统泵的输出功率大于泵阀复合控制系统泵的输出功率。
2.3.2上行时系统功率对比
同理,由式(12)和式(22)整理可得活动横梁上行时,电液比例阀控系统与泵阀复合控制系统泵消耗功率差 ΔP2为
以0.6MN中试液压机的基本参数(表1)为例绘制上行时两系统功率差 ΔP2曲面,如图4表示。可以看出,随着p1的增大系统功率差 ΔP2增大,且阀芯位移比α2越大,ΔP2越大。功率差 ΔP2所描绘的曲面全部在零平面之上,即 ΔP2>0,表明上行时,电液比例阀控系统泵的输出功率大于泵阀复合控制系统泵的输出功率。
综上,在整个工作行程内,电液比例阀控系统的输出功率均大于泵阀复合控制系统的输出功率。对于同一负载,压机推动活动横梁所消耗的有用功是相同的,因此系统的输出功率越小,系统的能量利用率也就越高,系统也就越节能。
3实验研究
3.10.6MN中试快锻液压机实验平台
实验依托于燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室的0.6MN中试快锻液压机实验平台,如图5所示。该平台液压系统原理见图1。
为了增加实验结果的可比性,电液比例阀控系统和泵阀复合控制系统两个实验均在0.6MN中试快锻液压机实验平台上完成。电液比例阀控系统实验时通过变频器调定电机转速恒定为750r/min,其他实验条件与泵阀复合控制实验保持一致。0.6MN中试快锻液压机主要参数如表1所示。
3.2电液比例阀控系统能耗实验分析
实验给定位移为正弦曲线,锻造频率为1Hz, 幅值15mm,系统压力为10MPa,电液比例阀控系统各部分功率曲线如图6所示。可以看出,系统输入功率曲线基本恒定,压机上行时,由于回程缸面积较小,溢流损失功率较大;而下行时系统给主缸供液,溢流损失的功率相对较小。
根据图6曲线计算3s内快锻液压机的能耗, 如表2所示,表中W1为负载消耗的能量,W2为回程缸油路节流损失能量,W3为主缸油路节流损失能量,W4为溢流损失能量,W5为系统输入能量。可以看出,负载消耗的能量仅占系统输入能量的5.5%,而溢流损 失的能量 占比59.3%, 3s内溢流能耗高达13.18kJ,这是由于电液比例阀控系统为了满足液压机快速响应的要求,“定量泵+溢流阀”构成的动力源长期处于高压溢流状态产生的能耗损失。另外,系统节流损失消耗的能量也是相当巨大的,主缸油路和回程缸油路节流损失的能量分别是2.07kJ和5.76kJ,两者总能耗相加占比达到36.2%,这部分能耗是高压油流经比例阀液阻产生的压力损失。
1.系统输入功率曲线 2.溢流损失功率曲线 3.主缸油路节流损失功率曲线 4.回程缸油路节流损失功率曲线
3.3泵阀复合控制系统能耗实验分析
压差 Δp是泵阀复合控制系统压力闭环控制的目标,前面理论分析可知其值对泵阀复合控制系统的特性具有重要的影响。图7所示为压差 Δp不同时泵阀复合控制系统的功率实验曲线, 可以看出,随着 Δp的增大,系统输入功率、回程缸油路节流损失功率和主缸油路的节流损失功率均增大。因此,从能耗角度,Δp越小越好。
上述压差 Δp对应的活动横梁位移实验曲线如图8所示。可以看出,随着 Δp的增大,位移跟随性变好;在 Δp=1MPa时,活动横梁的位移准确性较差,压下和回程均不能达到给定的位置,且相位滞后约0.2s,不能满足快锻压机位置精度要求;当 Δp=3MPa时,系统出现了超调现象,且活动横梁振动明显增强,稳定性变差;当 Δp=2MPa时,系统兼顾稳定性和准确性,快速性也较好。
综合考虑系统的稳定性、快速性、准确性以及系统能耗,本文选取 Δp=2MPa进行实验。泵阀复合控制系统各部分的功率实 验曲线如图9所示。可以看出,系统输入功率曲线不再保持恒定, 而是随着压机的上行/下行循环变化。
根据图9曲线计算3s内快锻液压机的能耗, 如表3所示,可以看出,系统的溢流损失为零,虽然主缸油路和回程缸油路节流损失的能量占比依然很大,但其量值与负载消耗的能量愈加接近,负载消耗的能量达到系统输入能量的31.9%,系统能量利用率是电液比例阀控系统的5倍多。
根据表2、表3的快锻液压机电液比例阀控系统与泵阀复合控制液压系统的能耗对比,可以看出,在负载消耗有效能基本相同的实验条件下, 相对于电液比例阀控系统来说,泵阀复合控制系统在主缸回路和回程缸回路节流损失 的能量更小,加之系统的溢流损失为零,使得泵阀复合控制系统的装机功率大幅度降低,泵阀复合控制系统的输入能量仅为电液比例阀控系统 输入能量的18.4%,装机功率下降的同时,快锻液压机系统初投入成本也将大幅度降低。综上所述,与电液比例阀控系统相比,快锻液压机泵阀复合控制系统具有良好的节能性。
1.给定曲线 2.实际位移曲线
1.系统输入功率曲线 2.溢流损失功率曲线 3.主缸油路节流损失功率曲线 4.回程缸油路节流损失功率曲线
4结论
(1)提出了快锻液压机泵阀复合控制系统原理,主要从能量源头出发来降低系统的溢流损失和节流损失,同时分析了快锻液压机泵阀复合控制系统位置 -压力双闭环控制方法。
(2)理论上定性地分析了快锻液压机泵阀复合控制系统的节能机理。分析结果表明,在快锻液压机整个工作行程内,泵阀复合控制系统相比电液比例控制系统具有更低的系统输入功率。
(3)通过实验定量研究了快锻液压机泵阀复合控制系统的节能效果。研究结果表明,相同工况下,快锻液压机泵阀复合控制系统的能量利用率达到31.9%,与电液比例阀控系统的5.5%相比提高了近5倍,同时泵阀复合控制系统的输入功率仅为电液比例控制系统的18.4%,节能效果明显。
液压油污染与控制分析 篇2
【关键词】液压油；污染；控制；分析
【中图分类号】TH137
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0332-01
镜铁山矿桦树沟矿区所使用的采掘设备主要是进口液压设备，用于采矿作业的是8台LH409E、5台TOR0400E、3台EST-6C电动铲运机，用于深孔作业的是2台SimbaH252、3台SimbaHl354、2台SoLol009RA液压凿岩台车，用于平巷掘进作业的是2台BooMer282液压掘进台车。镜铁山矿的进口液压设备从二十世纪八十年代开始使用，经历了很多困难和挫折，积累了一定的实际经验。液压系统的工作是否正常，关系到整台设备的正常运行。液压油是液压设备的血液，主要功能是高效传递能量，能量经过传递后来实现某些动作，而且具有良好的润滑、冷却、防腐蚀能力。因此液压油是否清洁，不仅影响液压系统工作性能和液压元件使用寿命，而且直接关系设备能否正常运转。清洁的液压油在设备内循环流动是保证设备正常运行和润滑的重要条件。相关资料表明，作业现场70％左右液压系统工作不稳定和发生故障都与液压油污染有关。因此，保证液压油清洁、减少液压油消耗量，控制液压油的污染是十分重要的。
一、液压油污染的原因
1、内部原有污染：来源液压系统管路、液压元件，如油缸、油泵、阀、胶管、油箱等，在系统使用前就没有清洗干净，在系统工作时这些残留物随油液进入系统，所造成的液压油污染。
2、外部侵入污染：主要指周围环境中的污染物，如空气、粉尘、水等在液压系统工作过程中，通过油缸活塞杆、液压胶管接头、油箱、空滤等进入系统，所造成的液压油污染。
3、运行过程中内部生成的污染物：主要指系统在工作过程中执行元件摩擦产生的金属微粒，胶管、密封材料及滤芯内部脱落的纤维，混入的水气及油液变质后的胶状物等所造成的液压油污染。
4、维修、保养、检修过程中造成的污染：设备正常维护过程中在作业现场更换液压油、滤芯、液压胶管、清洗油箱时混入的水分、粉尘、杂质；在检修场所检修油缸、泵、阀时随装配过程混入的水分、空气、纤维等，所造成的液压油污染。
二、液压油污染的危害
通常液压设备所用的液压油，均由于使用与管理不当，使能够继续使用的油液变为废油，不但造成无谓的浪费，增加了维护成本，更会造成环境污染。液压油长期在高温高压中使用，本身会因为氧化作用产生积碳和油泥，并且因机械运转产生具有磨损性的颗粒杂质，再加上周围环境粉尘污染及水分的侵入等原因，使油质逐渐污染而劣化，而污染劣化的液压油在机械中运转，会使液压元件移动不顺畅，影响机械动作的精度、稳定性，发生故障，严重时造成阀芯堵塞使执行元件不能动作，长时间更磨损机械、活塞环、轴承、油路、泵、阀等液压元件，造成泄漏，减少机械使用寿命，从而增加维修费用及生产成本。
液压油液被污染后对液压传动系统所造成的主要危害是：
1、固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器，使液压泵吸油不畅、运转困难，产生噪声；堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件动作失灵；如SimbaH252液压台车在作业过程中卡钳器电磁阀阀芯被污染的油液卡死不能动作，无法实现卡钻功能，对电磁阀进行清洗后卡钳器动作正常。
2、微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液压元件不能正常工作；同时，它也会划伤密封件，使泄漏流量增加；如SimbaHl354液压台车35#推进压力控制阀磨损后泄漏增加，导致推进油缸在推进过程中因压力不足而后退，台车无法继续作业，更换该阀后推进正常。
3、水分和空气的混入会降低液压油液的润滑能力，使其乳化变质，造成油泵气蚀、锈蚀，液压元件加速磨损，系统出现振动、爬行等现象。
三、液压油不是消耗品
以往大家都误以为液压油使用一段时间后因没有粘性而需要更换，事实则不然，它是由于受到污染而用手触感时没有了新油的润滑度所致。因此油只是用脏了而不是用坏了，只要能够把油中污染物除去，油完全可以继续使用，不需要更换。
从根本上解决液压油清洁度的问题，光靠换油解决不了的，因为即使换光油箱内的液压油，仍然有30％左右的旧油存在液压系统中，当新油加入后必然受到系统中残留旧油的污染，从而大大降低了液压油的清洁度。因此只有在液压系统增加过滤器，选择超微过滤装置，进行循环过滤，才能从根本上提高液压油的清洁度。
提高液压胶管质量，采购符合质量要求的胶管，根据胶管安装部位压力、使用时间制定合理的更换周期，避免作业时胶管爆裂油液浪费。
四、液压油污染的控制
由于液压油液被污染的原因比较复杂，液压传动系统在工作过程中液压油液又在不断地产生污染物，因此，要彻底防止污染是很困难的。为了延长液压元件的使用寿命，保证液压传动系统的正常工作，应将液压油液的污染程度控制在一定的范围内。一般通常采取如下措施来控制污染：
1、消除残留物污染：液压系统组装前后，必须对零件进行严格的清洗。
2、减少外来污染：减少液压系统的污染源，改善设备的运转环境，加强粉尘治理，减少工作现场的粉尘。油箱上的空气滤清器必须及时定期清理，油箱加油时必须通过过滤器，维修拆卸元件应在无尘区进行。
3、滤除系统产生的杂质：应根据需要，在系统的有关部位增加适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯，保持液压油的清洁度。
4、控制液压油液的工作温度：液压油的工作温度是20-60℃，60℃以上，每增加10℃，液压油寿命会减少一半。根据设备实际空间位置，采用扩大油箱容量和通风自然冷却来缓解油温升高；另外有条件的还可以采用在油箱外部加冷却水。井下液压台车使用的水冲洗管路与油箱比较接近，接出一个分支对油箱进行冷却，或增加双冷却器对液压油进行强制冷却。
五、加强液压系统的维护保养和管理
1、选择合适的液压油。要根据液压系统的特点和使用环境，选择合适的液压油，具备合适的粘度、合适的固体颗粒污染等级；考虑液压油的抗氧化性、抗乳化性及是否有耐磨添加剂等。
2、加强油品管理。保证油品质量，必须定期对库存油料进行检查。作业现场的油桶放置必须保持清洁。
3、定期清洗滤芯、油箱、管道和元件内部的污垢，定期更换滤芯。
4、通过检查油质来确定是否该换油。因为不同的液压油的使用寿命不同，同一种液压油在不同的设备、不同的环境、不同的维护条件下，使用期限相差很大。可使用便携式污染测量仪来检测。没有条件的作业现场，可采用目测法和比色法进行检测。
液压复合控制 篇3
将永磁同步电动机节能、调速性能好与齿轮油泵不能调速但可靠性好的技术特点相结合,文献[1]提出了一种节能型液压动力系统,即通过永磁同步电机驱动定量泵,从而调节泵的输出流量。这种液压动力源具有结构简单、可靠性高、调速范围宽、节能低噪、容易实现闭环控制等优点,在大功率、大惯性工况下呈现出广阔的应用前景[2]。这种液压动力源在出现负载扰动时,系统瞬时流量波动较明显。目前在控制策略上仍然广泛采用简单PID反馈控制,反馈控制主要起校正偏差的作用,消除系统扰动和不确定性引起的响应误差,但缺点是对元件特性变化不敏感;而前馈控制是针对某一特定的干扰进行补偿,控制作用发生在干扰作用的瞬间而不需等到偏差出现以后,比反馈控制更加及时、有效[3]。文献[4]中通过控制电液比例溢流阀输出流量来控制液压执行元件动作,加上前馈-反馈复合控制环节,提高了控制系统的动态响应品质和静态控制精度,该方法在三一重工SY5253THB37 型混凝土泵车上得到应用,取得了良好的控制效果。文献[5]为了提高电液加载系统控制精度,针对摩擦问题提出了基于LuGre摩擦模型的前馈补偿方法,实验结果表明,前馈补偿器可将摩擦产生的控制误差有效地降至未补偿时的30%左右。
针对变转速液压动力源在负载压力扰动变化时,系统流量会出现较大的瞬时波动这一状况,结合简单PID反馈控制和前馈补偿控制的优点,笔者提出采用负载前馈-反馈复合控制策略来实现典型工况下的液压动力源系统恒流量控制。
1 液压动力源系统结构和原理
本实验台采用永磁同步电动机拖动定量泵的液压动力源结构形式,液压动力源系统原理如图1所示。变转速液压动力源通过电机变频调速的方式来改变液压泵的输出流量,其控制原理为:通过研华工控机上的上位机LabVIEW编程软件,使研华PCI-1711多功能数据采集卡模拟量输出端口输出0~10V的电压信号,将此信号通过研华PCLD-8710接线端子板上的输出端子与伺服控制器上的转速模拟量输入控制端子相连接,将转速控制方式改为外部控制,电机可以根据外部模拟输入信号实现无级调速,从而调节系统输出流量。液压系统压力加载形式采用比例溢流阀模拟加载。测控系统实现对液压系统的流量、压力和温度等的监测以及对电机转速、模拟加载的控制。
1.散热器2.比例溢流阀3.齿轮马达4.电磁换向阀5.压力/流量传感器6.单向阀7.安全阀8.齿轮泵9.永磁同步电机10.霍尔电压/电流传感器11.截止阀12.过滤器
2 负载前馈-反馈复合补偿控制原理及控制器设计
2.1 负载前馈-反馈复合补偿控制原理
负载前馈-反馈复合补偿控制原理如图2 所示,系统采用比例溢流阀模拟加载,通过给定不同的加载电压Up,模拟不同的加载工况。反馈控制是通过流量传感器获取系统流量信号,与目标流量信号qset进行对比并计算偏差,偏差经过PID控制器运算,输出电压信号Ub给伺服控制器,进而控制电机转速,从而达到调节液压源输出流量的目的。负载前馈-反馈复合补偿控制是在反馈控制的基础上,由压力传感器获取系统压力值,经过负载前馈控制器作用转化为流量前馈补偿量qf,再将其转化为前馈补偿电压值Uf。此时,将反馈控制输出电压信号Ub与前馈控制输出电压信号Uf共同输给伺服控制器,实现改变液压源输出流量的目的。
2.2 反馈控制器设计
反馈控制是根据误差进行调节的,将传感器或变送器检测到的控制量与给定值进行比较、计算得到偏差e(t),并通过PID控制器调节:
式中,KP为比例系数;KI为积分系数;KD为微分系数。
最终使偏差e(t)趋近于零,从而使控制过程达到稳态。
实际工程中,PID的三个参数是根据各自环节的作用以及系统的实际响应,不断进行调整而确定的。其中,微分环节的作用是使抑制误差作用的变化“超前”,在工程上一般用于系统存在较大的滞后或延迟,同时微分作用对噪声干扰有放大作用,对系统抗干扰不利。在满足系统响应速度和稳态精度要求的情况下,由于本系统中的延迟并不明显,因此令KD=0。
2.3 负载前馈控制器的设计
前馈控制器是由系统对象的扰动通道特性和控制通道特性决定的,而要实现对干扰的完全补偿,必须十分精确地知道被控对象的干扰通道特性和控制通道的特性,这在工业过程中是十分困难的,也是不现实的。实践证明,大部分工业过程都是具有非周期与过阻尼特性,常常可表示为一阶或二阶惯性加纯延迟环节[6]。假定系统的控制通道的传递函数为
干扰通道的传递函数为
式中,KP1、KP2分别为控制通道和干扰通道比例环节比例系数;T1、T2分别为控制通道和干扰通道惯性环节时间常数;τ1、τ2分别为控制通道和干扰通道延迟时间。
则前馈控制器的传递函数可有如下形式:
其中,Kff=KP2/KP1,τ=τ2-τ1。
本实验中的控制通道和干扰通道的纯迟延的差别并不明显,为了简化前馈补偿装置,可采用如下简化形式:
当T2≠ T1时,称为动态前馈控制,适用于对动态误差控制精度要求很高的场合,同时由于动态前馈控制的输出信号是时间的函数,必须采用专门的控制装置,所以实现起来较为困难。当T2=T1时,称为静态前馈控制,目标是在稳态下实现对扰动的补偿作用,使被控量的静态偏差接近或等于零,而不考虑由于两通道时间常数的不同而引起的动态偏差。工程上常将反馈控制的误差不变性与静态前馈控制的稳态不变性结合起来应用,这样的系统既能消除静态偏差,又能满足工艺上对动态偏差的要求。
变转速液压动力源系统在反馈控制下,流量输出会逐渐达到稳态。本文在此基础上,利用前馈控制对由加载扰动引起的流量波动进行补偿,使系统响应的静态偏差趋于0。结合动态前馈控制和静态前馈控制各自的适用工况以及本实验的特点,本研究选用静态前馈控制器,其传递函数最终可简写为
则系统压力p和流量前馈补偿量qf之间的关系为
由于伺服控制器的输入为电压控制信号,所以必须将qf转换为电压信号Uf。
由定量泵流量和转速的关系可知:
式中,Vp为泵的排量;nf为电机补偿转速值。
再由伺服控制器输入电压信号值与电机理想转速值的关系可知:
K由伺服控制器特性确定,此处K =200r·min-1·V-1。
由式(8)、式(9)可得
令,则
由式(7)、式(11)可得出前馈补偿电压信号值与系统压力值之间关系为
3 液压动力源前馈-反馈复合补偿控制的仿真分析
根据液压动力源的数学模型[7,8]以及前馈控制器、反馈控制器的设计结果,在MATLAB/Simulink环境中搭建液压动力源前馈-反馈复合控制的仿真模型,如图3所示。
图3中的PMSM子系统为永磁同步电机的仿真模型;PUMP子系统为液压齿轮泵的软测量模型,描述了液压齿轮泵的输出转速、油液压力与输出流量之间的耦合关系;PID control子系统为反馈控制器,PID反馈控制器的参数KP=5,KI=500,KD=0;Load Feedforward子系统为负载前馈控制器,前馈控制器参数Kff=20。设定目标流量值从0.02s开始由0 阶跃升至0.4m3/h,系统稳定后在0.05s施加0.2MPa加载压力。系统流量响应如图4所示。
仿真结果中,在目标流量阶跃变化时,由于PID反馈控制器选取了较为合适的参数,系统流量经过调整后达到稳态,没有出现超调,控制精度在±2%以内。在负载压力阶跃处,由于液压系统泄漏量和油液体积压缩量的突然增加,输出流量会突然减少,但由于系统是闭环控制,通过PID调整又重新回到目标流量稳态值。在此基础上加入前馈补偿控制作用,在压力加载的同时,负载压力值经过前馈控制运算后与PID输出量相加,此时电机模拟输入量增大,电机转速增大,液压动力源输出流量增大,使系统流量快速恢复到稳态值。仿真曲线中在负载前馈-反馈复合补偿控制策略下负载压力阶跃流量响应的调整时间由简单PID控制时的0.011s减少到0.006s,流量波动由简单PID控制下的0.36m3/h减小到复合控制下的0.06m3/h,系统的抗负载扰动性能得到明显提升,但出现了较小的超调量,可以通过共同调节PID参数和前馈控制器参数,达到更好的控制效果。
仿真结果表明,在负载压力阶跃变化时,负载前馈-反馈复合补偿控制策略在减小系统流量波动以及缩短调整时间上的可行性和有效性,且控制效果优于简单PID反馈控制。
4 实验分析
本实验研究的液压动力系统采用11kW永磁同步电机和排量为11mL/r齿轮泵作为液压动力源,通过P71200压力传感器和LWZY智能涡轮流量传器将系统压力信号和流量信号传送给多功能数据采集卡的模拟输入端口,通过Lab-VIEW8.6软件平台编写的控制程序计算偏差,同时加入前馈控制量,通过伺服控制器调节电机转速,进而控制液压动力源的输出流量。
采用上述变转速机电液系统实验平台进行实验,PID控制参数为KP=1.0,KI=0.01,KD=0;前馈控制器参数Kff=0.0067V/MPa,设定目标流量为0.5m3/h,系统流量稳定后,用电磁比例溢流阀分别模拟加载:①阶跃载荷(加载电压由0阶跃至3.5V,系统压力由2MPa阶跃至5MPa,温度为23.5℃);②斜坡载荷(加载电压由0斜坡升到3.5V,系统压力由2MPa斜坡升至5MPa,斜率为1MPa/s,温度为23.9℃);③正弦载荷(加载电压峰值大小为3.5V、频率为0.125Hz,温度为23.7℃)。
在加载工况下,当系统压力上升时,泵的泄漏量增加,油液压缩增大,使泵的输出流量减小;同理在系统压力下降时,泵的输出流量增大。由于系统是闭环控制的,所以通过PID调整控制电机的转速来补偿泵的泄漏,使系统流量恢复稳态。加入负载前馈控制后,在系统压力变化的同时,把压力值的变化量经过前馈控制器运算后与PID输出量相加,此时电机模拟输入量增大,电机转速升高,液压动力源输出流量增大,目标流量和系统流量偏差变小,PID输出量和前馈控制输出量之和逐渐稳定,电机转速波动减小,进而使系统流量快速恢复到稳态值。
由于PID反馈控制器和负载前馈控制器都选择了较为合适的参数,所以系统流量控制精度较高。在阶跃加载工况下,采用反馈控制时控制流量调整时间为7s,流量波动为0.02m3/h,如图5所示。复合控制时流量调整时间为2s,相比PID反馈控制调整时间缩短5s,流量波动为0.01m3/h,如图6 所示。在斜坡加载工况下,反馈控制流量调整时间为6s,流量波动为0.014m3/h,如图7所示。复合控制时流量调整时间为2s,相比PID反馈控制调整时间也缩短4s,流量波动为0.006m3/h,如图8所示。正弦加载工况下,从调整时间和流量波动上看,复合控制效果并没有明显优于反馈控制,如图9、图10所示。具体流量响应控制性能指标如表1所示。
实验结果(见表1)表明:在阶跃加载和斜坡加载工况下,负载前馈-反馈复合补偿控制策略能够有效减小流量波动,缩短调整时间,同时保证了较高的控制精度;在正弦加载工况下,由于液压实验台动力源的频率响应较低、正弦加载频率较高,以及压力传感器的滞后等因素,使复合控制效果并没有明显优于反馈控制。
在系统加载压力不变工况下,当目标流量阶跃上升时,系统流量在PID反馈控制下也逐渐上升,最后达到稳态。在系统流量上升的同时,由于比例溢流阀的阀口开度不变,导致系统压力上升,此时若加入负载前馈补偿控制作用,则使电机转速输入模拟量增大,可加快系统流量的响应速度;同理,当目标流量阶跃下降时,加入负载前馈控制作用,也可加快系统流量的响应速度。在加载电压恒2V工况下,简单PID反馈控制流量响应时间为9s,无超调,如图11所示。复合控制时的响应时间为8s,流量响应时间缩短1s,但出现了较小的过补偿,如图12所示。当目标流量下降时,流量响应调整时间由反馈控制下的10s减小到复合控制时的9s。
实验结果表明,在加载压力恒定不变的情况下,负载前馈-反馈复合控制利用系统流量上升时系统压力也上升的特点,加快了流量响应速度,控制效果优于简单PID反馈控制,但由于前馈控制相当于开环补偿控制,如果参数选择不合适,可能会出现欠补偿或过补偿,所以可通过共同调节PID控制器和前馈控制器参数,达到更好的控制效果。
5 结论
(1)在负载扰动变化时,本文所提出的复合补偿控制策略在液压动力源恒流量控制中使调整时间缩短到简单PID控制时的30%,流量波动量减小到简单PID控制时的50%,系统抗负载扰动性明显优于简单PID反馈控制,系统的鲁棒性能得到提升。
(2)在加载压力恒定不变、目标流量阶跃变化时,负载前馈-反馈复合控制也能加快系统流量的响应速度,效果优于简单PID反馈控制。在不改变PID反馈控制比例项值的前提下,成为加快液压源流量输入响应速度的一种新方法。
摘要：研究了前馈控制和反馈控制的原理及优缺点,提出采用负载前馈-反馈复合补偿控制策略实现液压动力源在典型工况下的恒流量控制。以变转速机电液系统实验平台为基础,建立变转速液压动力源的Simulink仿真模型,分别在简单PID反馈控制和复合补偿控制策略下进行仿真和实验,结果证明了该复合补偿控制策略在液压动力源恒流量控制中的可行性和有效性,其抗负载扰动性能明显优于简单PID反馈控制。
关键词：反馈控制,负载前馈,液压动力源,抗负载扰动性
参考文献
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液压缸内泄漏复合检测系统的研究 篇4
1 泄漏产生的原因分析
由于泄漏易导致油温升高, 严重影响液压系统的性能和效率, 可能使工程机械产生爬行、出力不足、保压性能差等问题, 影响机械的平稳性、可靠性和使用寿命。常见的泄漏影响因素主要有以下几点:
(1) 设计因素
液压系统的可靠性很大程度上取决于液压系统密封的设计和密封件的选择。在设计中密封结构、密封件材料和密封件的选用规范, 液压油与密封材料的相容型式、负载情况、极限压力、工作速度、环境温度的变化等都在不同程度上直接或间接造成液压系统泄漏灰尘和杂质, 所以在设计中要选用合适的防尘密封, 避免灰尘等污物进入系统破坏密封、污染油液, 从而产生泄漏。另外液压缸运动表面的几何精度和粗糙度的选择及关键部位的强度等也会在工程机械设备工作过程中引起泄漏。
(2) 制造和装配因素。
在制造和装配过程中, 所有的液压元件及密封件都必须有严格的尺寸公差、形位公差和表面处理等要求。若在制造和装配过程中出现误差, 在使用过程中可能发生不太形式的渗漏。
(3) 油液污染及零部件的损伤。
在液压系统的高压下, 油液中会溶解较多的空气从而形成气泡, 容易在低压侧发生爆裂, 如果元件表面损伤, 液压油会高速冲向元件表面加速表面的磨损, 引起泄漏。另外由于空气中的颗粒和水等污染, 会使元件或密封件损伤也会造成泄漏。
2 液压系统泄漏故障诊断方法
液压系统的泄漏量一般采用液压缸或工作装置位移量指标, 常用的液压系统故障诊断方法有经验诊断法和试验方法。
2.1 经验诊断法
诊断液压缸泄漏的经验方法可通过向操作人员询问哪些异常现象。对于突发性故障, 大多是因为液压系统受到污染或意外载荷造成液压阀或密封件失效引起。而对于渐发性故障, 多数是因为密封件磨损出现的。
另外, 维修人员检查液压系统的工作情况。使液压缸运动到极限位置时, 检测液压系统工作压力, 是否达到规定值。如果达不到规定值, 则通过调节安全阀, 如果压力仍达不到要求时, 则可能因液压缸内泄漏造成。
2.2 试验方法
首先, 在未拆卸液压系统元件时, 按试验操作规程将机械开机就位;然后, 操作换向阀使液压缸的活塞运行至试验位置, 拆开液压缸回油腔管路, 通过观察油口是否有液压油流出, 可判断液压缸的泄漏情况。
3 液压缸内泄漏复合检测系统
在综合分析液压缸内泄漏产生机理及常用故障诊断的基础上, 设计了融合量杯检测、流量计检测及光电传感器检测的三位一体式复合检测过程, 实现对不同泄漏量的油缸检测, 如图1所示。该液压缸内泄漏复合检测系统与现有技术相比, 加入了光电传感器, 提高了测量精度和自动化程度, 此外本系统融合现有技术中常用的量杯式测量装置和流量计式测量装置, 能在不同的泄漏情况下进行检测, 使检测方式更加完善, 检测手段更加便捷, 检测结果更加及时准确。
1.液压缸2.快速接头3.快速接头插座4.液控单向阀5.流量计6.光电传感器7.量杯
当对无杆腔进行泄漏检测时, 通过进油管将有杆腔内加满液压油, 待油加满后, 拔掉进油管, 并将快速接头插座与无杆腔的快速接头快速连接在一起, 接好后通过进油管向有杆腔加压, 同时从控制油管进入压力油, 将液控单向阀打开, 使泄漏过来的液压油自由流过流量计, 光电传感器, 滴入量杯内;当对有杆腔进行泄漏检测时, 应进行上述相反的动作过程, 即在有杆腔内注满液压油, 从无杆腔加压, 进行检测。在上述检测此过程中, 可以使用流量计对泄漏量较大的液压油进行自动测量, 检测数据可以数字化输出;对泄漏量较小的油缸, 则可以通过光电传感器自动检测出一定时间内通过的油滴数, 并可以数字化输出;最终滴到量杯内的液压油, 可以通过人工读数, 测量出一定时间内的泄漏量, 在此过程中实现流量计、光电传感器、量筒三位一体式复合检测方法, 使测试结果快速准确。
3.1 系统硬件设计
本系统主要由流量计、光电传感器、PLC和触摸屏组成。其中, PLC主要完成数据的采集、计算, 触摸屏完成数据的显示、查询和打印等功能。图2为液压缸内泄漏复合检测系统硬件主要部件接线图。其中流量计的输出是脉冲信号, 因此选用了I0.1作为高速脉冲输入端, 此时选用高速计数器的模式3 (HSC3) 进行计数, 从而实现流量的测量。每个高速计数器都有一个32位当前值和一个32位预设值, 当前值和预设值均为带符号的整数值。
通过对整个系统I/O点数的分析, 并考虑系统的经济性和可靠性, 本系统选择西门子CPU224 PLC。该PLC集成了14路输入和10路输出, 能够扩展相应的功能模块, 并能通过RS485和触摸屏通信。触摸屏选择威纶通TK6100i, 其规格如表1所示。
3.2 系统软件设计
液压缸内泄露通过PLC实现泄露量的实时检测, 本文简单介绍数据采集程序。
当开始检测时, 为高速计数器 (HSC3) 分配工作模式0, 用来建立高速计数器与工作模式之间的联系, 梯形图如图3。
建立高速计数器后, 要设置高速计数器的新当前值和新预设值, 必须设置控制字节令其第五位和第六位为1, 允许更新预置值和当前值, 新当前值和新预置值写入特殊内部标志位存储区。然后执行HSC指令, 将新数值传输到高速计数器, 梯形图图4。
4 结论
本文通过对液压缸内泄露进行研究, 设计了融合量杯检测、流量计检测及光电传感器检测的三位一体式复合检测系统。在此基础上, 对所需硬件进行了选型并设计了软件, 通过实际实验表明, 该系统能够简捷、快的实现内泄露的测量, 而且结果可靠。
摘要：液压缸的泄漏会引起系统控制特性恶化, 达不到正常控制精度与运行速度, 直接影响工程机械的正常工作性能和使用寿命。本文在分析液压缸泄露原因及诊断方法的基础上, 设计了一套以PLC为控制器, 融合量杯检测、流量计检测及光电传感器检测的三位一体式复合检测系统, 实现对不同泄漏量的油缸检测。实验表明该系统测量过程简捷、快速, 测量结果可靠性高。
关键词：内泄漏,三位一体式复合检测,液压缸
参考文献
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一种新型复合液压缸的研究与设计 篇5
1 双活塞杆液压缸
活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸, 它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。双作用双活塞杆液压缸见图1。图1 (a) 为缸筒固定式的双杆活塞缸, 它的进口、出口布置在缸筒两端, 活塞通过活塞杆带动工作台移动, 工作台的运动范围为活塞有效行程的3倍, 所以占地面积大, 一般适用于小型设备的液压系统。当工作台行程要求较长时, 可采用图1 (b) 所示的活塞杆固定的形式, 这时, 缸体与工作台相连, 活塞杆固定, 动力由缸体传出。这种安装形式中, 工作台的移动范围只等于液压缸有效行程的2倍, 因此占地面积小。进出油口可以设置在固定不动的空心活塞杆的两端, 但必须使用软管连接。
由于双活塞杆油缸两端的活塞杆直径通常是相等的, 因此它左、右两腔的有效面积也相等, 当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时, 液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。双活塞杆液压缸的推力和速度可按下式计算:
式 (1) 和式 (2) 中:A——液压缸的有效工作面积;
F——液压缸的推力;
v——活塞 (或缸体) 的运动速度;
p1——液压缸进油压力;
p2——液压缸出油压力;
Q——进入液压缸的流量;
D——活塞直径;
d——活塞杆直径。
2 单活塞杆液压缸
双作用单活塞杆液压缸见图2。活塞只有一端带活塞杆, 单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定2种形式, 但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的2倍。
当向液压缸两腔分别供油, 且供油压力和流量相等时, 由于液压缸两腔的有效工作面积不相等, 因此活塞 (或缸体) 在两个方向的推力和速度不相等。
如图2 (a) 所示, 当无杆腔进压力油, 有杆腔回油时, 活塞推力F1和运动速度v1分别为:
如图2 (b) 所示, 当有杆腔进压力油, 无杆腔回油时, 活塞推力F2和运动速度v2分别为:
式 (3) ~式 (6) 中:A1——液压缸无杆腔有效工作面积;
A2——液压缸有杆腔有效工作面积;
F1——油液进入无杆腔产生的推力;
F2——油液进入有杆腔产生的推力;
v1——油液进入无杆腔活塞 (或缸体) 的运动速度;
v2——油液进入有杆腔活塞 (或缸体) 的运动速度。
比较式 (3) 、式 (5) 可知, F1>F2;比较式 (4) 、式 (6) 可知, v1
单活塞杆液压缸两腔同时通入压力油时, 由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大, 活塞向右的推力大于向左的推力, 故其向右移动。液压缸的这种连接称为差动连接。差动缸见图3。
差动连接时, 活塞的推力F3为:
若活塞的速度为v3, 则无杆腔的进油量为A1v3, 有杆腔的出油量为A2v3, 因而公式为:v3A1=Q+v3A2.
故
式中:A3——液压缸活塞杆工作面积;
F3——液压缸差动连接产生的推力;
v3——液压缸差动连接活塞 (或缸体) 的运动速度。
比较式 (3) 、式 (7) 可知, F3
3 复合式液压缸
在研究农业物料如籽棉输送机构的液压系统中, 我们结合生产实际设计了一种液压缸缸体刚性连接, 结构紧凑、控制方便, 能提高整机工作可靠性的用于往复式等速移动的复合式液压缸。复合液压缸结构见图4。该复合液压缸包括:第一油缸体和第二油缸体, 两个油缸体沿轴向反向焊接于油缸连接体上, 第一油缸体内设置有第一油缸活塞, 活塞的一端设置有外伸的第一油缸活塞杆, 第一油缸活塞杆的另一端安装有第一油缸活塞杆接盘;第二油缸体内设置有第二油缸活塞, 活塞的一端设置有外伸的第二油缸活塞杆, 第二油缸活塞杆的另一端安装有第二油缸活塞杆接盘, 第一油缸体的无杆腔与第二油缸体的有杆腔通过外接油管和油缸连接体上油道连通, 第一油缸体的有杆腔与第二油缸体的无杆腔通过另外的外接油管和油缸连接体上油道连通。
复合液压缸工作原理见图5, 为活塞杆固定, 缸体与工作台相连往复移动的方式。当第一油缸有杆腔和第二油缸无杆腔进压力油, 第一油缸无杆腔和第二油缸有杆腔回油时, 液压缸缸体向左移动, 推力F1和运动速度v1分别为:
式 (9) 、式 (10) 中:A1——液压缸无杆腔有效工作面积;
A2——液压缸有杆腔有效工作面积;
F1——油液进入左边油口缸体产生的推力;
v1——油液进入左边油口缸体的运动速度。
当第一油缸无杆腔和第二油缸有杆腔进压力油, 第一油缸有杆腔和第二油缸无杆腔回油时, 液压缸缸体向右移动, 推力F2和运动速度v2分别为
式 (11) , 式 (12) 中:F2——油液进入右边油口缸体产生的推力;
v2——油液进入右边油口缸体的运动速度。
由于复合液压缸两端的活塞杆直径通常是相等的, 因此它复合后的有效面积也相等, 当分别向左油口和右油口输入相同压力和相同流量的油液时, 比较式 (9) 、式 (11) 可知, F1=F2;比较式 (10) 、式 (12) 可知, v1=v2。这说明复合液压缸工作时, 液压缸左、右两个方向产生的推力和速度相等。
通过以上分析可以看出, 复合式液压缸具有以下特点: (1) 采用复合式液压缸结构形式, 两个液压缸采用背靠背形式刚性连接, 省去常用的两个液压缸连接系统中的三通、接头等液压辅件, 简化了系统, 减少了油液的泄漏。 (2) 由于液压油同时作用在其中一个液压缸的有杆腔和另一个液压缸的无杆腔, 增大了压力油作用面积, 因此在压力相同的情况下可以推动更大的负载;在负载相同的情况下, 可以减小系统工作压力, 进而在选择液压系统其他元件时更加经济合理, 有利于节约成本。 (3) 液压油在一个方向供油时作用在第1个液压缸的有杆腔和第2个液压缸的无杆腔, 反方向供油时, 又作用在第1个液压缸的无杆腔和第2个液压缸的有杆腔, 若两个液压缸型号选择一样, 在流量相同的情况下就可以实现前进和倒退2个方向的运动速度相等, 这点对于要求正反向速度相等且可调的液压系统来说非常重要, 有利于简化系统结构。
该复合式液压缸用于喂花机籽棉输送液压系统, 性能良好, 在系统额定压力16×106 Pa的情况下, 能够推动25t以上负载工作, 正反方向移动速度可以根据棉花加工车间的需要量适时调整, 操作简单方便, 适应多种工作要求, 维护保养性能好, 得到了用户的好评。
摘要：为了满足籽棉喂花机液压控制系统大负载、均匀调速、正反向等速运动等工作要求, 研究设计了一种复合式液压缸, 与双作用单、双活塞杆液压缸比较, 复合式液压缸能够产生更大的作用力, 能够实现正反两个方向速度相等且可控, 通过在生产中使用, 该液压缸满足了喂花机连续、均匀、高效喂花的工作要求。
试论液压模锻锤液压控制系统 篇6
模型锻造是金属在外力作用下产生塑性变形并出参数进行控制。这一控制可由软件控制或硬件控制。将高精度磁致伸缩线性位移检测装置和总线数据处理系统以及阀控信号等, 由硬件控制直接组合在一起, 对油缸采取线性位置检测, 并与电控系统、高频响比例阀控制系统、高频响插装阀系统相结合, 对设备进行控制, 以达到标准的工艺要求, 控制高频响液压功率放大与卸压缓冲回路的调节特征, 将有效降低变向冲击, 甚至可以完全避免变向冲击。同时, 该技术也提高了锻件精度和锻造频率。
数控全液压模锻锤是多功能、高精度、打击能量可用数字控制的模锻设备。其技术成熟, 在我国重工业中应用广泛, 这种新型数控液压模锻锤的优点及特点有以下几个方面:
1.1 智能化数控系统, 它可以实现打击能量的自由调整, 不仅可以节省能量, 而且还可以控制油温升高。
同时也提高了锤头、锤杆与模具等主要部件的使用寿命。
1.2 产品技术含量高, 整体系统由数字化系统控制。
对操作人员的技能没有特殊要求, 只要简单的操作技能与应变能力, 就可以保证批量产品质量与效率的稳定。
1.3 采用“X”型结构导轨, 能够避免模具错位现象, 打击出的锻件
飞边小, 而且均匀, 从而可以降低材料的报废率和提高了锻件的精度。
1.4 产品属于环保型产品, 在保证打击能量的情况下, 强大的振
动力被设备减振装置所吸收, 对周围的生活、行人和建筑物等无任何影响。真正体现不扰民、不污染、省能源的环保准则。
2 液压模锻锤原理
液压模锻锤的自动化程度高, 在打击不同类型的工件时, 只要稍微改变系统设置即可完成。模锻锤液压缸上腔为无杆腔, 下腔为有杆腔, 为上下腔双作用的单活塞杆液压缸, 通过控制上腔来完成锤头的运作。
2.1 模锻锤液压系统结构。
液压模锻锤液压系统一般是由控制元件、执行元件、动力元件、辅助装置和工作介质组合而成, 系统的各部分组成一个有机关联的整体。液压系统的动力元件为液压泵, 工作介质为油, 执行元件是单杆双作用液压缸, 设备的上下腔都采用油压驱动, 油压由蓄能器和油泵及差动回路联合进行控制, 液压缸下腔始终连通蓄能器, 控制系统只对液压缸上腔进行控制。控制元件是液压阀, 辅助装置包括压力表、油箱、蓄能器、滤油器、管接头、热交换器、油管等。
2.2 液压模锻锤的工作程序。
液压模锻锤根据锻件生产工艺, 随时调节打击能量和打击次数, 控制系统通过控制电磁阀的通断, 可以完成提锤、悬锤、打击等各种动作, 也可以实现轻打、重打、快打、慢打、单打与连打等操作。液压模锻锤工作过程序主要包括以下几方面:2.2.1启动油泵。按下设备启动按钮, 电机带动油泵启动, 溢流阀进入工作状态, 主油路逐渐升压, 液压油进入蓄能器下腔和油缸下腔, 准备提锤。2.2.2打击。打击阀通电, 油路开启, 来自蓄能器、油泵以及通过差动回路在下腔引来的高压油进入上腔, 实现锤头的快速垂落。2.2.3提锤。打开阀断电, 上腔接通油箱回油, 上腔卸压, 锤头立即快速返回, 锤头升至一定位置后即可进行打击和放锤, 在锤头升至最上位置时, 将触动定位开关, 设备停止提锤。2.2.4悬锤。打击工序完毕, 在装入下一工件时, 打击阀此时不通电, 靠蓄能和下腔油器平衡油压悬锤。同时锤头设有安全定位装置, 以防意外打击对人体造成伤害。
3 控制系统的特点
液压模锻锤装有程序控制系统, 具有独有的记忆功能。在控制柱中, 装有生产过程的操作、监控、调节和屏幕键盘操作终端。锻造人员即可程序化也可人工控制, 在程序控制时, 锻造流程和每次的打击能量以及节拍都可预选, 并通过脚踏板操作。其他的锻造参数可由操作者自行输入。数据管理系统中存储了产品的操作参数。当再次生产时这些产品就不必再行设置, 这就减少了停机时间和数据的准确性。液压模锻锤液压控制系统具有以下几个主要特点。其一:采用了泵直接传动式系统, 有利于系统中油液循环和散热。其二:主要控制阀都采用插装阀, 通油流量大, 充分保证了动作的灵敏性。其三:所有的阀都集成在一个到两个集成块上, 从而提高了系统的传动效率。其四:系统中采用小型蓄能器为主的控制油路, 即简化了系统, 节省投资, 又保证了控制油压的稳定。其五:通过对该液压系统进行动态建模与仿真实验, 证明该控制系统具有良好的动态性能与实用性。
4 液压模锻锤发展趋势
4.1 新工艺的应用。
锻件的精密化对锻造成形设备和工艺提出了较高要求。据研究成果显示, 对于工艺简单的锻件, 可采用冷模锻、温锻成形工艺, 既可提高材料利用率, 又可提高锻件的尺寸精度, 同时还可以省去产品成型后的切边工序。不仅提高了生产率, 而且降低了能耗, 对于工艺复杂的产品, 可采用粉末锻造成形工艺。近年来, 粉末锻造成形工艺已成功地在连杆、齿轮等零件的锻造成形中得到广泛的应用, 其产品不仅具有良好的平衡性能, 而且还具有均匀的材质分布、尺寸精度较高等优势。
4.2 新材料的应用。
随着铝、镁、钛合金在各种零件中的应用范围愈来愈广, 有色金属锻件需求愈来愈多, 有色金属锻造呈明显上升趋势。由于有色金属特别是铝合金的锻造温度低, 始、终锻温度区间较小。成形速度及与之成形设备相对钢质锻件要求很高。因此, 具有快速、灵活的特性适应有色金属锻造的锻锤将得到广泛应用。
4.3 新设备的应用。
我国锻造行业厂点不集中, 工艺水平落后, 锻造成形设备老旧, 精锻件水平生产能力明显不足, 与国外差距非常大。为适应国际市场需求, 一定要大力推行工艺改造, 积极采用新型科技设备。因此, 采用高精度、高效率、高可靠、低能耗的新型设备, 将会是我国锻造行业走出国门迎接世界同行挑战的必由之路。
5 结论
以上是笔者从实践出发对当今液压模锻锤液压控制系统等相关知识, 进行了粗略的分析和研究。程控全液压模锻锤在现代锻造工业中得到广泛应用, 它从根本上改变了传统的落后面貌。简化了动力设备, 消除了传统蒸汽锤严重的环境污染, 节约了大量水资源, 具有显著的社会效益与经济效益。锻锤的优势现已得到充分发挥, 锻锤的缺点也通过现代化液压驱动、电子控制和结构优化得到解决。可以说, 现代化的程控全液压模锻锤将使锻锤在锻造工业中的应用得到复兴。
参考文献
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分析液压绞车液压油的污染与控制 篇7
1 分析液压油污染的主要原因
1.1 外部原因
1.1.1 液压元件及系统加工、装配造成的污染
在液压元件及液压系统的加工、装配过程中残留的切削、毛刺、绣片、漆片、棉絮、灰尘等污染物进入油液。
1.1.2 装油容器和过滤器不洁
因所使用的容器、油箱、过滤器、注油软管、注油器等注油器皿不干净, 即使是新油, 也含有少量杂质, 在过流后造成液压油的污染。
1.2 内部原因
1.2.1 磨损颗粒
在液压系统运行过程中零件磨损的脱落和油液因理化作用而生成氧化物、胶状物。过滤材料脱落的颗粒或纤维, 剥落的油漆碎片等。
1.2.2 液压油变质
当液压油中混入水分或在高温下通过元件的节流孔和节流隙缝时, 产生局部高温, 使液压油变质, 产生乳白色和黑褐色胶状悬浮物。
2 液压油污染造成的危害
2.1 工作性能下降
由于液压油中的污染物部分和全部堵塞了元件的节流孔和节流隙缝卡住阀组元件, 造成元件动作失灵甚至损坏。同时污染物加速液压元件相对运动表面磨损, 擦伤密封件, 影响元件及系统的性能和使用寿命。根据有关资料统计, 在液压系统中油质污染物故障率, 金属颗粒约占75%, 尘埃占15%, 其他杂质约占10%。
2.2 加速液压油的变质
油液污染后, 更加速了液压油的变质变质后的油液如不及时更换, 则对传动的机械故障率、容积效率等性能产生很大的影响。造成换油频繁, 浪费很多液压油。这种污染物大多结存在油箱底部, 当油箱内油面较低时, 容易被泵吸入系统, 使滤油器虑芯或滤网突然堵塞, 导致滤油器前后压力差突然增大, 当拆下过滤器清洗时, 发现滤网有2~3个小孔, 后经分析是由于变质油液中的污染物堵塞了滤油眼, 使泵吸油困难。初期由于吸入阻力增大而起起泵吸室, 产生气蚀、振动和噪声;后期会因为阻力过大而将滤网吸破, 完全丧失过滤作用造成液压系统的恶性循环。
3 液压油污染的控制
3.1 重视新液压油的污染检测
根据测试和研究液压油质发现, 没有使用过的新液压油的污染度往往超过规定要求, 这主要因为在生产、提炼、储存过程中的化学物质及渗入的杂质所致。并且这些固体颗粒在运输和储存过程中, 由于颗粒间的相互碰撞而聚结成团和长大的趋势。所以, 在新油购进及加注前, 应对新油主要理化指标进行检测, 对污染超标的液压油应进行充分的沉淀、过滤和脱水, 通过过滤器过滤后, 可以保证液压油使用的可靠性。
3.2 重视注入的过程
调查发现, 液压油因为加注方法不正确而造成的污染, 约占总污染的55%, 所以加注前, 必须彻底清洗油箱及液压系统管路, 以清除由于材料的不相容、公差配合不当、运动表面摩擦、磨损以及表面疲劳和划伤等原因产生的污染物;同时, 加注时加油口处应放置滤网, 新油从滤网注入, 加注应选在污染小的地点, 以防止尘埃、水、空气等其他污染物侵入。
3.3 重视所使用过滤器
在液压系统中使用过滤器是污染控制的主要措施, 过滤器是液压系统的关键元件, 影响系统的工作性能和使用寿命。如果所使用的过滤器精度过高, 会造成成本过高, 过滤器的精度过低, 则使液压元件的使用寿命缩短而报废。
4 液压油污染的处理
4.1 定期检测液压油质
(1) 发现油质变质, 必须将所变质的液压油全部清理掉, 在油箱内全部更换为检测合格的新液压油。
(2) 发现油质内含有大量超标的杂质必须将所有的液压油全部放到干净的容器内, 然后通过精过滤器将液压油重新过滤一遍, 然后再检测油质, 直至合格。
4.2 加强对精粗滤油器的检查
(1) 定期对粗滤油器的检查, 将粗滤油器滤油芯上悬浮物清理干净, 并清洗粗虑芯, 若粗虑芯有损坏的迹象, 必须立即更换粗滤油芯, 以免大量的杂质进入到精滤油器内。
(2) 定期对精滤油器的检查, 实行每月对精滤油芯进行一次清洗, 三月更换一次精虑芯, 确保通过精滤油器的液压油符合液压绞车的标准。
通过分析液压绞车液压油污染, 采取对液压油污染的控制与处理, 降低液压油油质的超标问题, 由于液压故障引起液压绞车无法运行明显降低, 由原来每月影响36个小时, 降低到每月影响2个小时。维修人员的维修强度也大大降低, 由原来组织维修人员连夜查找液压绞车故障, 变为现在定期对液压绞车的保养、维护。
摘要：针对我矿使用的液压绞车, 存在液压油引起液压绞车无法正常运转, 通过对液压绞车液压油的污染进行系统分析, 并采取一系列控制手段, 降低液压绞车因液压油出现的故障。
关键词：液压绞车,液压油,污染与控制
参考文献
[1]刘延俊.液压系统使用与维修/液压系统设计丛书[M].化学工业出版社, 2006.
[2]邢鸿雁.实用液压技术300题[M].机械工业出版社, 2005.
液压夹头制造质量控制 篇8
关键词：液压夹头,制造,质量控制
液压夹头是和振动桩锤联合使用的一种建筑工程基础施工设备, 在铁路、桥梁、码头、机场、大坝防渗等国家基础建设施工中, 广泛应用钢管 (板) 桩进行施工作业。因此, 液压夹头的制造质量对施工进度和施工质量尤其重要。液压夹头在施工中常见的质量问题有桩管 (板) 夹持不牢, 油缸泻压, 齿板断裂、磨损快等, 为有效控制压夹头的制造质量, 对液压夹头在施工中常见的质量问题, 从原材料、生产过程、检验和试验、管理等方面进行质量把关。
1 原材料进厂质量控制
原材料质量的好坏, 直接影响液压夹头的制造质量。错用原材料, 可能出现焊接裂纹、齿板热处理硬度不够等问题, 造成液压夹头夹座体和油缸的强度不足、桩管 (板) 夹持不牢靠、齿板磨损过快、销轴机械强度不足等缺陷, 从而导致液压夹头使用寿命降低或不能正常使用, 影响施工进度和质量。
1.1 原材料供方质量控制
为了保证液压夹头的制造质量, 在生产过程中, 应严格按照1S09000质量体系文件规定要求, 选择合格供方采购原材料。
1.2 原材料进厂质量控制
对油缸、活塞、销轴、齿板等主要零件用的原材料, 在验证其材质质量证明书后, 要全部进行钢材化学分析复验, 对夹座体、杠杆臂等其它一般零件用的原材料进行钢材化学分析抽样检验, 从而有效控制进厂原材料的质量符合图纸规范要求。
2 制造过程中的质量控制
2. 1 主要零件加工人员素质要求
液压夹头焊接、油缸磨序、齿板等主要零件主要工序加工, 要求技术水平好, 质量意识和责任心强的人员但当, 特别是焊接、油缸磨序和研磨序人员要相对稳定, 以保证液压夹头主要零件的加工质量。
2.2 焊接质量控制
焊接前检查夹座体各零件焊接坡口是否加工, 对接后再次复核各相关尺寸, 是否符合图纸要求。施焊时应按工艺要求选择焊接材料、焊接电流。施焊中要避免焊缝高度不足、焊偏、未熔、气孔、孤坑等焊接缺陷。
夹座体及缸体、缸盖焊接后要进行消除焊接应力热处理, 以防止加工时产生应力变形, 影响质量。
2.3 主要零件加工质量控制
油缸是液压夹头的关键零件, 油缸加工的难度是要保证内孔表面粗糙度要求, 如果内孔尺寸公差、形位公差或粗糙度达不到图纸要求, 就会造成油缸泻压, 使得钢管 (板) 桩夹持不牢, 而影响正常施工。在加工油缸时采用粗、精磨分序加工, 尺寸、形位公差容易保证, 往往内孔表面粗糙度不能满足图纸规定要求。为了降低成本并保证内孔表面粗糙度, 推荐采用人工研磨工序, 既提高了油缸内孔表面粗糙度, 又降低了加工成本, 使加工油缸的尺寸精度和内孔表面粗糙度符合图纸要求。
活塞加工要注重密封油槽尺寸公差, 密封油槽深度不够时, 造成损坏密封垫圈, 密封油槽宽度、深度尺寸超差, 密封会不严实, 容易引起油缸泻压。推荐采用成型刀加工, 保证尺公差符合图纸要求。
活塞杆、销轴零件加工, 应按工艺要求对零件粗加工后进行调质处理, 以保证零件的机械性能。车序、磨序加工注重尺公差和表面粗糙度符合要求。
齿板加工要注重齿形和热处理, 齿形不符合要求时会使桩管 (板) 夹持不牢或夹伤桩管 (板) , 齿板硬度热处理不符合要求时、硬度过高齿板会裂纹, 硬度不足时齿板磨损过快, 影响液压夹头正常使用;管桩齿板加工还要注意圆弧尺要求, 以保证齿板夹持时的接触面积。另外, 加工齿板要按工艺路线进行, 以钳序划线为基准, 各工序严格按线加工, 以保证齿形符合要求。选择专业热处理企业对齿板热处理, 以保证齿板硬度符合要求。
2.4 装配质量控制
液压夹头在装配前, 应对各部件进行清洗和打磨, 要特别注重对液压锁, 油缸、活塞的清洗打磨, 保证液压油清洁。
活塞密封槽槽边梭角倒钝避免损伤密封圈。销轴、齿板装配施力应合理避免大力敲击。
检查销轴、液压管、焊栓紧固情况, 各加油点润滑油脂是否充足。
3 检验与试验质量控制
3.1 零部件检验
液压夹头在生产过程中, 为保证零件加工符合图纸要求, 每一道工序完成后, 由检验人员进行检验, 以验证和图纸的符合性;对结构件重点检查焊接质量有无缺陷, 加工件重点检查, 尺寸形位公差以及表面粗糙度要求。齿板热处理后, 要全部进行硬度检验。对于不合格零件按ISO9000质量体系文件规定进行处置。
3.2 液压油缸试验检验
液压油缸装配完成后, 对液压油缸按规定进行压力试验检验, 达到耐压规定则通过。我们的做法是耐压试验压力升至120MPa, 保压1h, 泻压不超过 30MPa, 否则要分析原因, 直到解决泻压问题, 通过耐压试验检验为止。
3.3 液压夹头整机试验检验
为检查液压夹头空载工作性能, 液压夹头整体装配完工后, 进行空载工作试验, 检验各机构动作, 动齿板行程。进行夹持保压试验, 以检验液压油缸在保压时间内泻压是否达到规定要求, 齿板夹持钢管 (板) , 面积是否符合设计要求。根据我们的经验, 夹持面积应大于齿板面积的65%以上为合格。如果夹持面积不够, 就会因桩管 (板) 夹持不牢而影响正常施工作业, 若出现夹持面积不够的问题, 就要分析齿板加工原因, 更换符合桩管圆弧尺寸的齿板解决。上述检验项目全部符合要求, 液压夹头整机试验检验通过。
4 提高各级人员质量意识是液压夹头制造质量的保证
4.1 生产人员的控制使用
为确保质量应从人的技术水平, 人的心理行为, 人的错误行为等方面来控制人的使用。
4.2 不断提高各级人员的质量意识
液压夹头制造质量的好坏, 是全体生产人员、质量检验人员以及各级管理人员共同努力的结果。从原材料采购、化学分析检验, 生产工序加工到装配、试验检验, 虽然有质量文件规定和约束, 但由于意识和责任心不强, 不能及时预防和处置发生的不合格品, 引起下道工序不合格, 最终影响液压夹头的制造质量的事例经常发生, 同时, 处置不合格品, 特别是处置油缸、活塞、齿板等关键零件会造成了企业生产的成本上升, 影响企业经济效益。因此, 要经常对员工进行质量教育, 不断提高各级人员的质量意识, 强化各级人员责任心, 才能保证每个零件每一道工序的加工质量, 才能保证液压夹头整机制造质量。
5 结语
液压夹头是和振动桩锤联合使用的一种建筑工程基础施工设备, 液压夹头的制造质量对施工进度和施工质量尤其重要。液压夹头在施工中常见的质量问题有桩管 (板) 夹持不牢, 油缸泻压, 齿板断裂、磨损快等, 为有效控制压夹头的制造质量, 应从原材料、生产过程、检验和试验、管理等方面进行质量把关。
参考文献
[1]沈启华, 王启平.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学教材处.