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500吨渔网铁坠四柱液压机液压缸停止原因分析

作者:威力液压机人气: 发表时间:2019-09-04 10:20 【
像许多围绕液压流体动力的神话和误解一样,500吨渔网铁坠四柱液压机阀门用于打开和关闭流量的想法很普遍。但是,唉,在许多情况下这是错误的。原因很简单:在滑阀中,阀芯与其配合孔之间存在物理间隙,导致内部泄漏。

内部泄漏本身会导致连接的液压缸蠕动,其速率是该阀门试样中的间隙量,液压缸尺寸和负载大小的复杂函数。然而,我对此感到内疚,经常说“阀门居中,流量停止,液压缸停止。”这很容易看出来,它立即起作用。

然而,这种基本原理导致对精密电液运动控制和伺服机构中的确切机构的误解。它还会产生误导性的结论,即错误来自位置伺服机构。更重要的是,我们需要了解如何开发一种设计方法,以便构建满足指定位置精度标准的系统。

为什么活塞停止
例如,500吨渔网铁坠四柱液压机电动液压运动控制系统的性能规格可能是:系统必须以14英寸/秒的最大速度移动10,000磅的负载,提供8周/分钟的生产率,停留在液压缸延伸结束时持续2秒,并移动到不超过0.010英寸误差的位置。系统通常设计用于满足负载和速度要求,循环速率和停留时间。实现不超过指定定位误差的位置的要求可能是一个不熟悉的概念。但是,我们可以预测达到这样一个目标所需的条件,甚至可以设计它。但要做到这一点,我们需要了解阀门,液压缸和负载如何相互作用以使液压缸停止。

这引出了一个问题:如果阀门无法关闭流量,有什么机制可以使伺服缸停止?Isaac Newton为我们提供了答案:液压缸和负载停止,因为阀门使它们全部达到力平衡,因此流量因活塞停止而停止。实际过程使阀门产生力平衡,这导致流动被活塞阻塞,而不是相反。

这引出了另一个问题:阀门中的什么导致负载中的力平衡状态?简短的答案可以在阀门的压力计量特性中找到,或者更简单地表达在阀门制造商的技术数据中,表示阀门的压力增益。

压力计量测试
阀流量计量特性是众所周知的。然而,压力计量可能与那些与精确定位系统没有直接关系的人不同。然而,理解并不是一个难以理解的概念。我们首先来看一个典型的四通方向控制阀的简化剖视图,如图1所示。

500吨渔网铁坠四柱液压机液压缸停止原因分析
图1。简化的四通方向控制阀的剖视图(未示出线轴致动装置)。

注意,未示出用于移动图1中的线轴的装置。虽然换档装置对于应用中的真实阀门的操作非常重要,但对于直接讨论并不重要。进一步注意,液压动力源产生恒定压力,例如传统的压力补偿泵。此外,线轴以一些线轴孔间隙拉出,工作端口用压力表或压力传感器端接。将阀门拉伸为具有或多或少零圈。尽管压力计量通常与零重叠(伺服)阀相关,但也可以测试过重和过低的阀门。

图1是测量和记录阀门压力计量特性的典型设置。它显示了一个死角情况 - 即零流量输出测试。这是有意的,也是必要的,因为它告诉我们当没有工作端口流动时阀门及其负载将会经历什么。

当液压动力打开时,P端口会产生高压。由于内部间隙,从P到A和从P到B都会有泄漏。但是,工作端口无法流出,因此我们可以得出结论,所有P- to- A泄漏必须通过B- to- T间隙,而P- to- B泄漏必须通过A - TO- Ť间隙。

由于内部泄漏,我们还可以得出结论,两个工作端口的压头压力不为零。事实上,如果阀门“完美制造”,当阀芯完全居中时,工作口压力将恰好是供应压力的一半。这是阀门无法关闭的结果。

将500吨渔网铁坠四柱液压机阀门归零的过程包括将阀芯定位到其行程的“液压中心”。为了使阀门归零,电子驱动器(放大器)与线圈断开,并且线轴机械地移动直到两个工作端口具有相同的压力。然后放大器重新连接,阀门已经电子消除。

背压计量
压力计量测试包括记录阀芯在其“中心区域”移动时的死区工作端口压力,通常在技​​术文献中称为零区。无需借助复杂的概念,我们可以推断压力计量测试的预期。

首先,我们发现当阀芯居中时,内部泄漏将导致工作口压力约为供应压力的一半。但是当线轴偏离零线时我们会期待什么呢?直接说明如果阀芯完全换档 - 比如在从P到A的开启方向- A端口压力将上升到供应压力(因为没有工作端口流动),并且B端口将进入坦克压力。相反,如果阀芯将P移至B,则B端口将升至供应压力,并且A端口压力降至罐压力。

强调在任何时候都没有工作端口流动,应该清楚的是,远离液压中心的相对小的移动将导致一个工作端口或另一个工作端口达到供应压力,而相对的工作端口达到罐端口压力。实际上,在零重叠(伺服)阀中,所有压力计量都在不到10%的阀芯行程中进行,并且通常在中心5%。根据经验,压力计量发生在重叠区域加上总卷轴行程的约5%或10%。

500吨渔网铁坠四柱液压机液压缸停止原因分析
图2.压力计量曲线控制将停止液压缸的条件。

仔细观察图2显示了标称零重叠阀门的典型压力计量曲线。垂直轴是死角压力,横轴是控制。两条曲线分别是当控制从负值缓慢移动到正值时记录的死角工作端口压力P A和PB。控制可以是阀芯位置,命令电流或命令电压。如上所述,控制变量的总范围是最大控制输入的中心的5%至10%。在压力计量零区外,工作口压力分别交替上升到供应压力和罐压力。计量曲线的斜率,M A.和M B分别是“每端口压力增益”。

压力计量图的一个重要方面是两个工作端口压力P A和P B在控制不为零的点处相等。这被标记为力平衡点。非零控制意味着阀被显示为错误的 - 不一定是灾难性的,甚至是不希望的状况。此外,在那一点(两个压力相等,恰好在零控制的左边),它们的均衡值P N每个都小于供应压力的一半。

这意味着500吨渔网铁坠四柱液压机阀门内存在两种情况中的任何一种 - 阀门的返回区域可能略微欠重,或者动力区域可能略微重叠。如果没有进一步测试,我们无法确定哪种情况存在。然而,只要该量接近供应压力的一半,就不一定是灾难性的,或者是在制造后拒绝阀门的原因。对于非零或错误的条件,当控制为零时,两个工作端口压力不为零,分别标记为P 0A和P 0B。为了帮助说明力平衡条件,图2表明阀门与单杆液压缸“连接”。这表明P A.阀的一侧连接到液压缸的盖端,而P B侧连接到杆端。

一个典型的例子考虑一个相当普遍的工业应用情况,其中没有负载连接到汽缸。我们现在问,“需要什么控制输入才能使液压缸停止?”为了找到答案,让我们看看ifs是什么。如果控制输入(假设它是阀门输入电流I)设置为零怎么办?两个液压缸压力将是P 0A和P 0B。这导致帽端压力高于杆端压力。从基本的水力学理论我们知道,盖端区域的高压不会构成空载液压缸中的力平衡。液压缸会蠕动 - 我们知道液压缸会以阀门和液压缸区域内部泄漏确定的速率向外蠕动。

现在,如果将控制电流设置为导致压力相等的值,该怎么办?同样,我们知道杆端和盖端的相等压力不会导致力平衡,因为端盖压力太高。因此,液压缸将再次向外蠕动。为了找到导致力平衡的电流,我们需要更多地了解液压缸。

为了我们的目的,让我们假设500吨渔网铁坠四柱液压机液压缸面积比为2比1.现在,在液压缸上没有外部负载的情况下,我们知道盖端的压力必须是杆端压力的一半。也就是说,我们必须在计量曲线上找到一个点,其中P B是P A的两倍。压力计量曲线上只有一个点,两个压力符合该标准。它被标记为控制轴上的I 0点。当液压缸上没有负载时,如果我们将控制电流设置为I 0,则无负载液压缸将停止,因为在内部阀泄漏时建立了平衡状态。

进一步携带的情况下与另一继续,如果有什么,什么,如果在液压缸外部负载增加-比如,在试图收回缸一个方向?如果我们将控制输入电流设置为I 0(停止卸载液压缸的电流),则端盖压力将太低而无法承受外部负载,实际上,液压缸将向内蠕动。那么我们必须采取哪些控制电流来停止外部加载的液压缸?显然,我们需要将电流向右移动到一个导致更高的P A和更低的P B的值。新的输入电流必须比零负载平衡电流更正。我们需要了解更多关于特定值的信息,以确定曲线的确切点 - 这个练习超出了这个基本解释的范围。

500吨渔网铁坠四柱液压机液压缸停止原因分析
图3.闭环位置机构的组合剖视图和示意图。

现在,如果500吨渔网铁坠四柱液压机阀门连接到连接了位置传感器的液压缸,系统还在闭合位置伺服回路中连接到伺服比例放大器怎么办?图3中示出了这种系统的简化。注意,阀门现在配备有一些未指定的电磁致动装置,例如比例电磁阀或扭矩电动机。阀门驱动的具体方法对我们的讨论并不重要。

进一步注意,液压缸配备有位置传感器,在图中标记为H. 换能器输出作为VX负向馈入电子求和点,在此处将其与命令输入电压(标记为C)进行比较(减去)。误差电压,È(命令与反馈信号之间的差),被馈送到放大器,甲。来自放大器的输出电流进入阀线圈以移动阀门,从而使液压缸跟随指令电压。阀门和液压缸之间显示阀门的压力计量特性,以确定停止条件。

为了解释图3中电路的操作,如果指令电压增加到高于反馈电压的现有值,则存在误差电压E. 该电压被放大并馈送到阀线圈中,导致阀从零位移开,将流动引导到液压缸中。这又使液压缸沿增加反馈电压的方向移动。

在某些时候,反馈和指令电压变得相等,误差变为零,500吨渔网铁坠四柱液压机阀门控制电流变为零,阀芯居中,关闭流量,因此液压缸停止。由于已经阐述的原因,这整个最后一句都是错误的。它应该真正读取:液压缸向一个方向移动以增加反馈电压,并且在某一点上,误差电压达到一个值,该值导致液压缸和任何外部负载之间的力平衡。这导致液压缸和负载停止,迫使阀门输出流量为零。在这种情况下,误差电压和阀门电流都不可能为零!

包装起来
我们看到只有当阀芯位置在液压缸和负载之间产生力平衡时,阀才会停止负载。阀门的压力计量特性对于达到这种状态至关重要。零输出流量是此操作的结果,而不是原因。

如果500吨渔网铁坠四柱液压机液压缸上的负载发生变化,则必须改变控制电流以建立新的平衡压力。因此,液压缸也必须移动。这导致位置伺服机制中的可变错误,并且系统设计者必须考虑这些不幸的现实或准备接受应用中的失败。

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