伺服液压缸动摩擦力的高精度测试方法研究.pdf

1 1 6 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 第 3期 2 0 1 1 年 3月 文章 编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 3 一 O l 1 6 一 O 2 伺服液压缸动摩擦力的高精度测试方法研究 术 陈新元湛从 昌 付曙光付连 东 刘利明 武汉科技大学 机械 自动化学院， 武汉 4 3 0 0 8 1 Re s e a r c h O ff h i g h p r e c i s i on t e s t me t h o d s o f t h e d y n a mi c f r i c t i o n o f s e r v o h y d r a u l i c c y l i n d e r C HE N Xi n - y u a n， Z HAN C o n g - c h a n g ， F U S h u g u a n g ， F U L i a n d o n g ， L I U L i mi n g Wu h a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g o f Me c h a n i c a l A u t o m a t i o n I n s t i t u e ， Wu h a n 4 3 0 0 8 1 ， C h i n a I 【 摘要】 动摩擦力是伺服液压缸重要性能参数， 其大小 反映该液压缸设计、 加工制造、 装配水平， l 同时也反映动态特性、 稳定性和精度。 准确、 简便、 快速测试动摩擦力十分重要。 分析了动摩擦力机理， 开 j 发了 测试软件， 介绍测试流程， 简述了 测试系 统及测试方法， 并在韶关液压件厂有限公司建造的大型机 j ；架变形动摩擦力测试装置中实施， 取得了良好效果。 ； j 关键词 伺服液压缸； 机架变形加载； 动摩擦力； 测试 ； ； 【 A b s t r a c t 】 T h e d y n a m i c f r ic t i o n 如a n i m p o r t a n t p a r a m e t e r ofs e v o - h r a u l i c c y l i n d e r ， w h o s e v a l u e r e 一； fle c t s t h e l e v e l s o fh y d r a u l i c c y l i n d e r s ’ des i g n ， m anu f a c t u r e a n d a s s e m b l y ， a l s o r e fle c t s d y n a m i c ， s t a b i l i t y a n d ； a c c u r a c y ． S o i t ’ s v e r y i m p o r t a n t t o t e s t dyn a m ic f r i c t i o n s ac c u r a t e ly ， s im p l y and q u i c k l y ． h a n al y s e s t h e p F i n --j c of d y n a m ic f r ic t i o n , d e v e l o p s t h e t e s t S o f t w ar e ， i n t r o d u c e th e t e s t p r o c e s s ， t a l k s t h e te s t m e t h o d s of t h e I t e s t s y s t e m s im p W e h a v e g e t g o o d r e s u l ts b y p r act ic i n g t h e t e s t m e t h o d s i n t h e te s t d y n a m i c f r i c t i o n s d e 一{ ；v ic e s oft h e l ar g e f r a me d e f o r m at i o n w h i c h a r e m a d e i n S h a o g u a n H y d r a u l ic C o m p o n e n t F c t o r y C o ． ， L t d i K e y w o r d s S e r v o - h y d r a u l i c ； C y l i n d e r ； L o a d f r a m e d e f o r m a t i o n ； D y n a m i c f r i t i o n ； t e s t j 、- -◆-◆-◆-◆-◆-●-◆-◆-◆一◆--◆。◆-◆-◆-◆--◆-◆-◆-． ◆ -◆◆--◆-◆-◆-◆-◆。◆-●一◆-◆--◆．◆．◆-◆．◆．●。 ， 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1 概述 液压伺服系统应用越来越广泛， 它优于一般液压系统， 如自动 控制技术中， 利用液压技术的特J生 ， 组合为电液控制， 使设备具有液 压和自动控制的优点， 这样有利于工作的快速性和准确性， 并且精 度也大大提高。 现代的高速轧机的辊缝调节就是利用液压伺服系统 来完成。 在液压伺服系统中， 伺服液压缸是关键液压元件之一， 其I生 能的好坏直接影响液压伺服系统正常工作。 而伺服液压缸的动摩擦 力是伺服缸的重要眭能参数， 该参数对系统的稳定眭和频宽有一定 影响， 同时也带来静态死区和动态死区。为了使液压伺服系统能高 质量地工作， 对伺服液压缸动摩擦力进行测定是非常必要的。目前 还没有伺服液压缸的试验标准和实验方法， 国内外有关部门根据具 体条件提出并实施一些测试方法 机架变形测试法 ， 施加背压力测 试法， C A T闭环控制测试法， 分段测试法等。本文就机架变形测定 动摩擦力方法的研究进行扼要介绍。 2 伺服液压缸动摩擦力机理的分析 伺服液压缸与普通液压缸的主体结构基本相同。液压缸简 图， 如图 1 所示。分析其摩擦力机理也基本相同， 从结构上来看 1 活塞、密封件和支承环与缸简内壁相对运动产生摩擦力， 这摩擦力大小与缸筒内壁加工精度、 表面光洁度、 几何精度有关， 与 密封材料、 支承环材料有关， 与油膜厚度及油液等因素有关。 2 导向套及密封件结构组件与活塞杆相对运动产生摩擦 力， 这摩擦力大小与密封件材料及松紧有关， 与活塞杆表面光洁 度、 与油膜厚度等因素有关。 3 密封材料及结构形状不同对动摩擦力有一定影响。 图 1液压缸简图 1 缸 筒 2 ．活塞 3 ． 活塞杆 4 ． 导向套 3采用机架变形原理测液压缸动摩擦力 系统 液压伺服系统具有功率大、 响应快、 精度高等优点而被广泛应 用于冶金设备、 航空设备、 军事设备、 电动设备以及机床等重要部位。 液压缸是液压系统的执行元件，它在带载运动过程中的摩擦 力大小对整个液压系统的稳定『生和频宽等 ＆ 影响很大， 因此对带 载液压缸动摩擦力特眭进行测试十分必要。 目前伺服液压缸带载动 摩擦力测试方法由于无相应的国家及部级标准， 所以有些单位采用 两个液压缸对顶的方式进行加载，检测两个液压缸两腔的负载压 差， 计算被测液压缸的摩擦力， 这种方法的测试结果包含了加载液 压缸的摩擦力， 测试精度低， 结构比较复杂。 而本测试系统是利用闭 式机架弹I生 变形， 模仿轧钢机现场情况测试动摩擦力， 测试结果更 贴近实际， 结构简单， 精度高、 其测试过程简述如下 1 被测液压缸 3安放在机架 2内； 2 调定液压系统压力 ， 开始工作； ★ 来稿 日 期 2 0 1 0 0 5 1 9 ★基金项 目 科技部科技人员服务企业行动项目资助 S Q 2 0 0 9 G J E 0 0 0 2 2 第 3 期 陈新元等 伺服液压缸动摩擦力的高精度测试方法研究 1 1 7 3 启动计算机 8 ， 打开辅助测试软件； 4 在计算机辅助测试软件中设置参数最大位移量△s ～， 开 始测试 ； 5 等待液压缸 3 带载动摩擦力特『生的测试结果； 6 将测试计算结果及籽l生曲线存盘并打印； 7 测试结束， 液压系统停止工作； 8 退出测试软件8 ， 关闭计算机。 4 5 图 2测试系统示意图 1 ． 电液伺服阀 2 ． 闭式机架 3 ．被测试液压缸 4 ．位移传感器 5 ． 压力传感器 6 侗服放大器 7 ． 数据采集卡 8 ． 计算机 9 ． 打印机 ～ 表示电路表示油路 如图2 所示， 被测试的液压缸 3 在行程范围内， 第二个或第二 个以上测试区间设定最大位移量为△s ， 带载动摩擦力特I生的步 骤是 在液压缸行程范围内， 移动活塞在一个新位置上， 重复第个 测试过程。闭式机架 2 在同一弹性变形量时 ， 对被测试伺服液压 缸 3活塞的作用力是相等的， 有杆腔背压为 0 ， 而且对加工精度 符合要求的液压缸 3 来说， 活塞向上和向下运动的摩擦力基本相 等， 其力平衡方程如下。 当向液压缸无杆腔供油， 机架受拉， 其力平衡方程为 七 G 1 式中 F 液压缸无杆腔所受的液压油作用力； _ 尸 ．x s ， P 。液 压缸无杆腔压力 ； s 一液压缸无杆腔活塞面积； 卜 动摩擦 力， 与活塞运动方向相反； G 一活塞与活塞杆 自重 当液压缸无杆腔排油， 机架弹性度形量减小时， 其力平衡方 程为 G 2 式中 一液压缸无杆腔所受推力i 产一 动摩擦力 ，与活塞运动方 向相反； 一机架弹性变形量收缩时作用在活塞上的力 ； G 一活塞与活塞杆 自重 。 由式 1 、 2 可得， 带载动摩擦力方程为 l 一 P l J ／ 2 e l P I ‘ ．s ／ 2 3 对应地可绘出被测试伺服液压缸 3一个测试区间往复运动 过程中的动摩擦力特I生曲线， 如图3 所示。 图 3动摩擦力 曲线 4 液压缸动摩擦力测试流程 根据伺服液压缸动摩擦力特性，我们利用 V i s u a l C开发测 试软件， 其主流程如图4 所示。 图 4主流程 图 对主流程进一步说明 S 1 1 设置参数最大位移量△s m 瓯 1 2 mm， 初始化测试变 量， 控制电压 u o 0 ， 回程标记 fl a g 0 ； S 1 2 扫描 A ／ D 一 1 通道和 A ／ D 一 2通道， 显示并记录A i D 一 1口 活塞初始位移 s 。 和 A ／ D 一 2口无杆腔初始压力 e o ； S 1 3 由D ／ A 一 1 通道送出控制电压， “ 1 ， △M ； S 1 4 扫描 A I D 一 1 通道， 记录活塞位移 5 ‰ ， 扫描 A ／ D一 2 通道， 记录无杆腔压力 P n E ； s 1 5 计算位移量AS S ． - ， 判断位移量△s是否大于等于 最大位移量△s 一， 若不是则返回到s 1 3 ， 若是则继续下一步； s l 一 6 判断回程标记 fl a g 是否为零， 若不是则跳到 S 1 8 ， 若 是则继续下一步； s 1 7 控制电压增值反向△u 一 △u， 回程标记 fl a g l ； s 1 8 判断位移量△S是否大于零； 若是则返回到 s 1 3 ， 若 不是则继续下一步； S 1 9 以位移 为横坐标 ， 压力 与无杆腔面积 的乘积 P 为纵坐标 ， 绘制带载动摩擦力特l生曲线 ； s 1 一 l 0 从曲线上读取对应同一位移值 5 的户 值， 计算它 们的差值并除以2 ， 即为带载动摩擦力 ， ’， 取 厂 的最大值作为最大 带载摩擦力。 5液压缸摩擦力测试的实现 伺服液压缸应用较广泛， 对其要求也高， 如轧机辊缝调节是采 用伺服液压缸， 此缸运行到各个位置， 应具有较高动态籽胜， 而动摩 擦力对动态性能有较大影响， 所以应对伺服液压缸进行动摩擦力测 试。如图5 所示， 是对 d 1 4 5 0 ／ 1 3 5 0 - - - 1 0 0 m m大型轧机 A G C伺服液 1 1 8 机械 设 计 与 制造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t ur e 第 3期 2 0 1 1 年 3月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 3 0 1 1 8 0 3 汽车座椅头枕的冲击性能研究 冰 范平清宋新萍赵 波 上海工程技术大学 汽车工程学院， 上海 2 0 1 6 2 0 Th e a n a l y s i s o n i mp a c t c a p a b i l i t y o f s e a t h e a d r e s t f or a u t o mo b i l e FAN Pi n g qi ng， SONG Xi n p i ng， ZHAO Bo C o l l e g e o f A u t o ma t i o n E n g i n e e r i n g ， S h a n g h a i U n i v e r s i t y E n g i n e e r i n g o f S c i e n c e ， S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0 ， C h i n a 【 摘要】 根据我国头枕安全性能测试的相关法规标准，运用显式有限元理论和L S D y n a 软件构 建了某轿车座椅骨架及其头枕的有限元模型， 并对头枕进行了后部和前部碰撞的仿真分析。仿真结果 表明， 前方碰撞对头枕的冲击破坏更大一些， 人的颈部损伤也将会更加严重。因此， 根据仿真结果， 提出 了进一步的改进意见， 为此类轿车座椅的设计分析提供依据。 关键词 头枕； 冲击性能 ； 动态仿真 【 A b s t r a c t 】 A c c o r d i n g t o th e h e a d s af e t y r e g u l a t i o n s ， t h e ．fi n i t e e l e m e n t m o d e l s of t h e s e at f r a m e w o r k a n d h e a d r e s t a r e b u i l t b a s e d o n t h e e x p l i c i t fin i t e e l e me n t t h e o r y a n d L S D y n a s o ft w a r e ．A n d t h e n t h e r e ar a n d f r o n t c o l l i s i o n s i m u l at i o n s ar e p e rf o r m e d for t h e s e at h e adr e s t ．F r o m t h e r e s u l t s ， i t i n d ic at e s t h a t t h e f r o n t c o l l i s i o n h as g r e at e r i m p a c t f a i l u r e o n t h e h e a d r e s t a n d t h e n e c k i n j u r i e s of h u ma n are m o r e s e r i o u s ． T h e r e ～ f o r e ， t h e f u r t h e r i m p r o v e me n t s are p u t f o r w a r d a c c o r d i n g t o t h e s i m u l a t i o n r e s u h s ． I t p r o v i d e s a m o r e e f f e c - t i r e m e t h o d for t h e d e s i g n and a n a l y s i s oft h e s e c a r s e at s ． Ke y wo r d s He a d r e s t ； I mp a c t c a p a b i l i t y； Dy n a mi c s i mu l a t i o n 中图分类号 T H1 6 ， U 4 6 3 ． 4 6 文献标识码 A ． ．J 一 1日 lJ吾 座椅是汽车重要的安全部件之～， 越来越受到人们的重视。 座椅主要通过试验与仿真分析相结合的方法， 研究它在静载荷和 冲击载荷作用下的强度特性， 使座椅在碰撞事故中为驾驶员及乘 员提供良好的保护作用。 因此，本文利用显式非线性有限元理论对座椅冲击强度进 行研究 ， 将静强度与冲击强度的研究相结合 ， 为座椅结构进一步 的改进设计提供依据。 2 我国头枕碰撞安全性能法规 G B 1 5 0 8 3 2 0 0 6中对头枕的安全性能做出了明确规定 ， 其 中对座椅安全性能的评价分为静态和动态两种。 本课题研究的是 头枕的碰撞安全 毙， 因此应该采用动态试验标准对模型进行仿 真。头枕的吸能性法规 1 可采用摆锤式、 发射式 、 落下式等试验装置。 2 前方撞 击试验 撞击点在座椅中心面上距离头枕顶端， 平行于躯干基准 线向下 6 5 ra m处，沿水平方向将头型以的速度向头枕的前面撞 ★来稿 日 期 2 0 1 0 0 5 0 2 ★ 基金项目 上海市教委优秀青年教师基金 g j d 一 0 7 0 2 2 压缸进行测试的动摩擦力曲线， 最大动摩擦力 f 2 1 4 ．4 k N 伺服油缸试验报告 力 1 O k N 动摩攘力特性测试曲线 ／／ ／ ／ ／ ／ ／／ 。 ／ ／ ／ ．／ 最大摩擦力 2 1 4 ． 4 k N 图 5 动摩擦力曲线 移 m m 6结论 伺服液压缸动摩擦力是该元件重要参数，其大小直接影响 液压伺服系统的动态特性与工作稳定性和精度， 同时也反映出加 工厂的技术水平和装配水平。因此准确测定动摩擦力十分重要。 目前国内模拟现场工况测试动摩擦力的装置和方法少见， 而且尚 无标准。武汉科技大学与韶关液压件厂有限公司合作， 开发建造 了伺服液压缸『生能测试试验台， 可以对各种型号尺寸的伺服液压 缸进行动摩擦力测试， 取得了良好的效果 ， 得到用户认可。 这充分 说明这种测试方法和装置是可行的， 可以推广应用。 参考文献 1 湛从昌等． 液压可靠性与故障诊断[ M] ．北京 冶金工业出版社， 2 0 0 9 2 史俊青等． 液压缸性能测试试验台的研究[ J ] ． 工程机械， 2 0 0 6 2 4 1 ～ 4 4 3 梁媛嫒等． 大型轧机伺服缸启动摩擦力测试方法研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 1 1 3 4 ～ 3 6