液压平衡回路稳定性与爬行原因的分析_党育哲.pdf

液压平衡回路稳定性与爬行原因的分析 党育哲 十堰职业技术学院, 十堰 442000 摘要 分析了液压平衡回路稳定性与爬行原因及排除方法的关系。为排除此类故障, 正确使用和设计平衡回路提供了 科学依据。 关键词 平衡回路; 稳定性; 爬行原因; 排除方法。 中图分类号 TH137 文献标识码 B 文章编号 1001- 3881 2004 10- 266- 2 Analysis of Stability and Creeping Reason of Hydraulic Balance Circuit DANG Yu -zhe Shiyan Technical Institute, Shiyan 442000, China Abstract The relation of stability and creeping reason and its for correction of balance circuit were analyzed. It provides scien - tific accordance to correct this kind of fault, and to use and design correctly balance circuit. Keywords Balance circuit; Stability; Creeping reason; for correction 0 前言 在液压传动中, 常常用液控单向阀、液控顺序 阀、远控平衡阀和溢流阀作平衡阀组成平衡回路。这 种回路在执行器作下行运动时, 易发生爬行。平衡回 路的爬行与低速爬行不同, 主要区别是 1 它不一 定在低速条件下才形成, 而且大多发生在非低速条件 下; 2 它是通过平衡阀的交替开启和关闭形成的; 3 多表现为强烈的振颤、抖动、甚至振动。 作者从生产实际及有关资料中发现, 关于这种爬 行的原因, 人们认识还欠深刻、准确和全面, 对具体 故障原因的区分也不甚清楚。对此, 本人考察、研究 了大量故障实例及资料, 用控制理论分析了爬行发生 的过程、规律和原因, 指出了爬行原因及排除方法与 回路稳定性的关系。这样, 诊断排除故障就有了理论 依据, 且更准确可靠。 1 液压平衡回路稳定性分析 如图 1 所示, 平衡回路是带有负反馈的闭环系 统。平衡阀、液压缸下腔及活塞可看作一开环系统; 液压缸上腔可看作一负反馈环节。给平衡阀输入一控 制压力 pk, 阀开启, 液压缸活塞便有速度 v 输出。 当活塞速度比预定速度 决定于泵对缸上腔的预定供 油流量 qj 大时,相当于有一流出上腔的流量 qc, 且大于预定流量 qj, 上腔压力下降 p 值, 平衡阀控 制压力即下降 p 值。 给平衡阀控制口施加一压力阶跃量, 阀芯便加速 开启。当平衡阀通流面积增至稳态值 此时阀产生的 背压力正好能平衡液压缸的下行负载 时, 阀芯受力 平衡, 但因惯性继续打开, 阀芯上阻力, 特别是弹簧 力继续增大, 阀芯又减速。这时阀的通流面积超过稳 态值, 液压缸下腔压力已不能平衡负载, 活塞向下加 速, 缸上腔压力减小, 平衡阀又趋于关小。接着, 缸 又减速, 上腔压力又增加, 阀又趋打开。如此, 平衡 阀交替打开、关闭, 液压缸交替加速、减速, 进而引 起爬行。若平衡阀轻微振荡, 缸轻微爬行, 后趋于平 稳, 则平衡回路是稳定的, 若阀持续振荡, 缸向下加 剧爬行, 则回路是非稳定的。 图 1 平衡回路及其系统方块图 由于平衡回路负载惯性、油液可压缩性、管路液 感和液容影响, 从输入控制压力信号至接受到反馈压 力信号, 时间严重推迟。平衡阀通流截面梯度大, 流 量增益大, 系统开环增益便很大。若开环系统相位滞 后 180b, 幅值增益又大于 0db, 平衡回路就成为临界 稳定或不稳定系统。所以, 平衡回路可能是非稳定系 统。要避免平衡回路爬行, 在无法改变系统相位滞后 的情况下, 唯一可做的是减小系统开环增益, 使系统 成为满足要求的稳定系统。 2 平衡回路爬行原因及排除方法 211 回路工作参数对爬行的影响 1 平衡阀控制压力对爬行的影响。控制压力施 加过快或偏大, 系统开环增益就大, 平衡阀振荡就剧 烈, 这会引发执行器下行时爬行。具体原因有 控 制压力未经足够节流直接加在平衡阀芯上, 因施力 快, 且相对平衡值较大, 故阀的动作快, 系统稳定性 差, 回路易产生爬行。 油液温度高, 粘度小, 控制 路上油流动快, 沿程压力损失小, 造成油压对阀芯的 作用快, 且相对平衡值较大; 相反, 油液温度低, 粘 度大, 控制路上油流动缓慢, 沿程压力损失大, 造成 油压对阀芯作用缓慢,相对较小。所以, 同一设备, 冬天下行系统稳定性好, 回路不易产生爬行; 夏天下 行系统稳定性差, 回路易产生爬行。油液粘度小, 平 衡阀阻尼小, 动作就快, 稳定性就差; 油液粘度大, 266 5机床与液压6 20041No110 阀阻尼大, 动作就慢, 稳定性便好。 2 平衡阀控制油路上外干扰对爬行的影响。液 压泵流量压力脉动和换向液压冲击, 这些干扰一旦波 及控制油路, 就会引起控制压力波动,平衡阀振荡, 系统稳定性差, 回路爬行等系列现象。 平衡回路若因控制压力施加太快、较大或受外干 扰而波动时, 应在平衡阀的控制油路上增装可调节流 阀, 并将节流阀调到合适开度。这样, 系统开环增益 减小, 稳定性增强。振荡和干扰通过节流阀时, 也会 因能量消耗而衰减。故在执行器回油路上加装节流阀 也有减小开环增益, 提高稳定性的作用。 3 执行器的背压和负载变化对爬行的影响。执 行器带负载下行时, 受到负载力和背压力 即负载力 的平衡力 作用。平稳下行时, 执行器所受背压力必 须能平衡负载力; 液压泵给执行器进油腔的预定供油 量必须等于相当回油流量 执行器下行运动引起进油 腔容积增大, 相当进油腔有一输出流量 。这两个平 衡条件应同时具备, 执行器才能稳定下行。若其中一 个平衡被破坏, 另一平衡也会被破坏。执行器下行背 压不足或负载增大时, 都会向下加速, 造成上腔压力 减小, 平衡阀关闭,,,回路振荡。若系统原来是稳 定系统, 经过一段振荡会趋于平稳; 若系统原来稳定 性不很强, 振荡会持续进行, 形成爬行。 出现以上情况时, 也可在平衡阀控制油路上加装 节流阀, 减小系统开环增益, 使系统变成稳定系统, 或稳定程度更好的系统。这样, 一旦背压不足或负载 增大, 系统经过调整, 可很快稳定, 爬行得到有效抑 制。但是, 若平衡阀是液控单向阀, 系统稳定后, 锥 阀芯会从全开位置回缩, 停在某平衡位置。由于液控 单向阀自动调节不很灵敏, 此位置很可能不准确、不 可靠, 执行器的受力平衡也可能不稳定、不可靠。在 执行器回油路上加装节流阀, 经适当调整, 既可使背 压力与负载力平衡, 消除引起爬行的直接原因, 又增 加了回路阻尼, 使动作缓慢, 相当于减小了系统开环 增益, 提高了稳定性。节流还可使振荡衰减。所以, 这种情况下, 在执行器回油路上加装节流阀较为合 适。单向节流阀装在执行器与液控单向阀间的回油路 上最好; 若液控单向阀为外泄式, 单向节流阀也可装 在液控单向阀与油箱之间。 212 平衡阀故障对爬行的影响 平衡阀自身有故障, 阀稳定性就差, 自动调节能 力也差。例如污染油液堵塞平衡阀, 背压力会波 动, 调整能力会变差。平衡阀有结构性故障, 或调整 不当, 自身工作就不稳定, 调节能力就差。这些都会 引起执行器带载下行时爬行。 213 选用平衡阀的两个误区 远控平衡阀结构复杂, 零部件要求很高, 有三处 阻尼与弹簧力恰当匹配。其中一阻尼孔可减小阀芯振 动; 一阻尼阀可使阀缓开快关; 另一阻尼孔就设在控 制油进入阀的入口处, 可减小系统开环增益, 抑制外 干扰。在重负载、负载变化大, 要求稳定性、锁紧性 好的重力下降机构中应优先选用。远控平衡阀与一般 液控顺序阀在工作原理、用途和图形符号上很相近, 很容易将一般液控顺序阀当远控平衡阀用。内泄式液 控单向阀和外泄式液控单向阀在结构、工作原理、用 途和图形符号上很相近。若液控单向阀回油路有背 压, 又误选了内泄式液控单向阀, 背压力不高时会出 现爬行; 背压力高到一定值后, 液控单向阀便不能正 常工作, 也会引起爬行。 参考文献 1 蔡文彦等1 液压传动系统 [M] 1 上海 上海交通大学 出版社, 19901 2 朱瑞滨等1 液控单向阀与双向液压锁的正确选用 [J ]1 液压与气动, 2001 9 1 3 万会雄等1 悬臂式斗轮取料机变幅机构液压系统的故 障分析与改进措施 [J] 1 液压气动 2001 4 1 4 李 晶16000t/h 悬臂式斗轮取料机变幅振颤及下溜故 障的分析处理 [J] 1 机床与液压, 1998 5 1 5 朱 钰1 悬臂式斗轮取料机悬臂变幅液压系统分析及 改进 [ J] 1 机床与液压, 2001 4 1 作者简介 党育哲, 男 1949 , 陕西宝鸡市人, 副 教授, 主要从事液压传动与控制方面的教学及研究工作。 上接第 271 页 4 结论 通过这种基于嵌入式设备的数控设备的远程监 控软件开发, 向用户提供了满足具体要求的用于开放 式数控设备远程检测、诊断的网络支持。能够节省数 控设备生产厂家的售后服务所投入的资源, 能够为数 控设备用户提供及时的在线服务。在华中数控车间经 过实际使用, 取得了良好的效果。 参考文献 1 阳道善等1 华中网络数控系统的开发和应用1 中国机 械工程, 1999, 10 10 1150 11531 2 路 勇等1 基于客户服务器模式的数控加工单元远程 监控系统的研究1 计算机集成制造系统, 2002 1 67 701 3 Cravotta, Nicholas.Embedded TCP/ IPa smorgasbord of options. EDN Europe, 200111, 46 1 35 401 作者简介 周义刚 1977 ,男, 汉族,湖北麻城 人, 硕士研究生, 主要研究方向 远程诊断、网络通讯。 电话027- 87542079 转 1 号 线, E- mailachilles_zyg 163 1com。 收稿时间 2003- 08- 18 267 5机床与液压6 20041No110