摘　要:针对AGC液压缸应用直接启动压差法和两缸对顶方法测定摩擦力存在的不足,提出了应用比例阀控制背压模拟实际工况摩擦力测试方法,提高了测试精度。

1　前言

目前大部分AGC液压缸都沿用直接启动压差法来测定摩擦力,只不过现在是利用CAT系统精确地控制伺服阀的开口。利用伺服阀来控制液压缸从静止开始运动,并通过压力传感器测出液压缸活塞从“零”到“非零”瞬时的压力,得到启动摩擦力曲线。但是这种方法用于高压伺服缸(特别是轧制液压缸)的摩擦力的测试存在许多问题,大型轧机液压AGC伺服缸的轧制力一般均大于1000 ,t但摩擦力仅为最大轧制力的0. 2% ~0. 4%以下[1]。可见摩擦力相对于轧制力很小,对测试精度有很高要求。如果按普通缸启动摩擦力的测试方法进行测试,由于轧机缸的有效面积较大,因此无法测量大型重载伺服缸的摩擦力。其次伺服缸的摩擦力与活塞所处的位置有关,所以必须要了解伺服缸在全行程范围内的摩擦力变化情况,特别是AGC液压缸往往在工作点(在大多数情况下是液压缸的中间位置)附近工作。在此点摩擦力值更具测量意义,而启动压差测量法不能做到这一点。最后液压缸启动时存在惯性力,启动压差法则忽略了这一点导致测试精度不高,无法测试出液压缸的全程摩擦力。于是出现了改进的直接启动压差法———两液压缸水平对顶法,这种方法可以忽略液压缸的启动惯性力,但是测试结果精度低,测试自动化程度低,而且两端的定位和固定不易保证,另外对于大型轧制液压缸,无法模拟实际轧制工况,所以在实际应用中并不多见。

针对直接启动压差法无法模拟实际轧制工况测定AGC摩擦力的问题,提出了采用变(恒)背压模拟工况加载方式,此方法不设置机架和加载液压缸,而是在被试伺服缸有杆腔通过比例溢流阀控制背压大小,模拟负载工况。

2　摩擦力特性测试原理

轧机缸活塞或柱塞所处位置不同,其摩擦力的大小是不同的。为了能使轧机伺服缸的活塞或柱塞停留在任意位置,来获得在全行程范围内任意位置的摩擦力大小,我们采取液压缸左腔(无杆腔)加背压负载模拟轧制工况。有杆腔加载背压由计算机根据液压缸活塞的位移信号操作比例溢流阀控制变背压,计算机控制比例溢流阀室右腔压力p2可分为6个阶段;零压,升压至yMPa、从yMPa上升到xMPa、再下降到yMPa、然后上升到xMPa、最后下降到yMPa。前两阶段可以完成静摩擦力的测试,如果4个循环阶段各取200个点进行数据采集,控制周期为0. 1 s/点共需要1100点。液压缸右腔各阶段压力曲线如图1所示。

被试缸左腔(无杆腔)由伺服阀控制。计算机采集液压缸活塞的位移信号,伺服控制器、伺服阀构成位置闭环。控制缸活塞位移与右腔压力成线性关系,这样可实现恒负载或变负载工况模拟。动摩擦力测试阶段从在第200点液压缸右腔压力升为yMPa时开始,此时对应初始位移为2 mm。此后液压缸位置的前进对应右腔压力的上升,后退对应右腔压力的下降,液压缸位移最大为12 mm,曲线如图2所示。

动摩擦力测试阶段,在摩擦力和比例阀滞环的共同作用下活塞分别前进后退两次。在第2次后退和前进时测试,因为这时液压缸已经运动了一个来回,测试结果更准确。即测试第701点到1100点的液压缸左腔的推力F1(F1=p1×A1,p1为进油压强,可通过压力传感器测得,A1为活塞面积),其曲线如图3所示。

取第701点~900点中任一点i,则在点701~900液压缸前进的过程中;

经过以上分析,只要测出计算机同时采集位移信号,无、有杆腔压力信号,进行计算处理,就可以绘制出位移摩擦力曲线如图4所示。

3　液压测试系统

液压系统图如图5所示,系统设置5台泵:其中4台大泵, 1台小泵。2台大泵通过安全阀、比例溢流阀、电液伺服阀为被试伺服缸无杆腔提供试运行、启动摩擦力、动摩擦力、阶跃响应、频率响应试验油源;另外2台大泵能通过安全阀、比例溢流阀为被测伺服缸有杆腔提供主动背压油源;在需要更大流量进行测试试验时4台大泵可以合流供油完成测试任务。小泵通过安全阀、比例溢流阀为被试伺服缸无杆腔提供耐压、内泄漏试验油源。图6为泵站现场。

4　应用实例

4. 1　启动摩擦力测试

将被试缸的无杆腔接到伺服阀一控制口,伺服阀另一控制口封堵上,被试缸的有杆腔放空或接回油箱,通过计算机给伺服阀发出斜坡信号,随着控制信号的增大伺服阀控制液压缸从静止到开始运动,同时计算机通过数据采集卡接收伺服缸的位移传感器和无杆腔低压压力传感器信号,并绘制成位移压力曲线,即得到启动摩擦力和启动摩擦力曲线。有杆腔启动摩擦力测试与无杆腔测试方法相同。

4. 2　动摩擦力测试

模拟轧制工况下动摩擦力测试:被试缸无杆腔由伺服阀一口控制,通过计算机采集液压缸活塞的位移信号,并通过伺服控制器、伺服阀构成位置闭环;有杆腔加载背压由计算机根据液压缸活塞的位移信号操作比例溢流阀控制变背压(与位移成线性),可实现恒载或变负载工况模拟,计算机同时采集位移信号,无、有杆腔压力信号,进行计算处理,绘制出位移摩擦力曲线。

5　试验结果和结论

我们以某一伺服缸为试验对象,测得的曲线如图7所示。

由试验测得的特性曲线可以看出,本系统工作完全正常,能够满足不同AGC缸的试验要求,具有以下特点:

(1)测试采用比例阀控制背压模拟实际工况。改变了传统的测试方法,提高了摩擦力测试精度,特别是动摩擦力的测试精度;

(2)该测试系统不仅能完成轧机AGC伺服缸的性能测试,还能对普通伺服缸性能进行测试,测试结果准确可靠。

参考文献:

[1]　吴海峰,曾良才,王巧云,滕益登,林躜.液压缸(马达)试验台及CAT系统研制[ J].武汉科技大学学报(自然科学版), 2003(3).

[2]　卜匀.大型轧机液压AGC伺服缸试验台加载控制系统仿真[J].机床与液压, 2007(1).

[3]　曾良才.轧制伺服油缸试验台研究[ J].机床与液压,2003(3).

基金项目:湖北省自然科学基金项目(2007ABA271);械传动与制造工程湖北省重点实验室开放基金项目(200709A)

作者简介:严开勇(1964—),男,湖北武汉人,高级工程师,博士生,主要从事机-电-液一体化系统的研究工作。

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