高速开关阀直控式闭环液压同步系统.pdf

功能部件 F u n c lio U n ils 高速开关阀直控式闭环液压同步系统 何 谦 刘 忠 湖南师范大学机 电技术装备研 究所， 湖南 长沙 4 1 0 0 8 1 摘要 针对液压同步系统不同的流量要求 ， 采用高速开关 阀直接控制的方式， 设计了两组共三种 闭环控制 回路。考虑到结构的差异， 分别 采用脉宽调 制 P WM 、 脉码调制 P C M 以及复合脉宽的控制方 式 ， 结构简单， 便于集成 ， 能够实现较高精度的同步控制。 关键词 高速开关阀 闭环 同步控制 区分流量设计 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标示码 A Hy d r a u l i c Cl o s e d - l o o p S y n c h r o n o u s S y s t e m W h i c h i s Di r e c t l y Co n t r o l l e d b y Hi g h - s p e e d On - o f f Va l v e H E Q i a n ， L I U Z h o n g I n s t i t u t e o f Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l T e c h n o l o g y ，H u n a n N o r m a l U n i v e r s i t y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 8 1 ， C H N Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e d i f f e r e n t c u r r e n t c a p a c i t y r e q u i r e me n t s o f h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s s y s t e m ，u s i n g d i r e c t c o n t r o l mo de b y h i g h-s p e e d o n- o f f v a l v e，t wo g r o u p s a n d a l t o g e t h e r t h r e e k i n d s o f c l o s e dl o o p c o n t r o l h y d r a u l i c r o u t e h a v e b e e n d e s i g n e d．Co ns i d e r i n g t h e di f f e r e n c e o f t h e i r s t r u c t u r e，Pu l s e W i d t h Mo d ul a t i o n P WM ， P u l s e C o d e Mo d u l a t i o n P C Ma n d C o m p o u n d P u l s e Wi d t h Mo d u l a t i o n h a v e b e e n c h o s e n s e p a r a t e l y a s t h e i r c o n t r o l mo d e ．Ea c h o f t h e m h a s s i mp l e s t r u c t u r e a n d e a s y t o i n t e g r a t e，a n d t h e h i g h p r e c i s i o n s y n c h r o no u s c o n t r o l c a n b e a c h i e v e d a t t h e s a me t i me ． Ke y wo r ds Hi g hs p e e d On o ff Va l v e；Cl o s e d- l o o p S y n c h r o n o u s Co n t r o l ；Cur r e n t Di f f e r e n t i a t e d De s i g n 大型设备因负载力很 大或布局的关系 ， 往往需设 多个液压执行器同时驱动一个执行机构 ， 因此对 同步 的要求非 常普遍。受液压系统所 固有 的诸如液体压 缩 、 泄漏 、 负载不均匀及摩擦阻力差异等因素的影响， 基于同步阀 、 节流阀或调速阀等液压元件 的开环 同步 系统， 由于缺乏反馈环节 ， 系统抵抗外界干扰 的能力薄 弱 ， 不能用于有较高 同步精度要求 的场合 。而传统的 基于伺服阀或比例阀的闭环 同步控制系统， 尽管具有 较高的控制精度 ， 但由于其组成元件价格高昂且对油 路 的清洁程度要 求很高 ， 使得 系统运行成本居高 不 下 J 。高速开关阀作为一种新型的电液控制 阀， 具有 数字接 口， 不需 D ／ A转换 即可用计算机直接控制 ， 并 且还有阀体结构简单 、 抗污染和抗干扰能力强、 可靠性 高等突出优点 ， 因而将高速开关阀应用于液压伺服 控制 ， 已成为当前流体传动及控制技术领域 的一个 重 要的研究方向。 同步控制的核心 目标是保持各执行元件 问运 动 位移 、 速度等 的一致性 ， 可供选择的闭环控制策略 有“ 同等” 及“ 主从” 两种方式。“ 同等” 方式是指多个 执行元件共同跟踪预先设定的理想输出的驱动形式； 而“ 主从” 方式是指多个需要 同步的执行元件以其 中 一 个的输 出为理想输 出， 其余 执行元件跟踪这一选定 的理想输出而达到同步的驱动形式。两种控制策略的 侧重不同。相 比而言， “ 主从” 方式更侧重于执行元件 之问运动的同步， 而不强调对同步过程中运动规律的 把握和限制 ， 因此同步的实施相对简单， 适合大多数有 同步要求的场合 。 1 适用于小流量的同步 回路 一 般来说， 单个高速开关阀的通流能力有限 小 于 1 0 L ／ m i n ， 不能直接用 于功率较大 的场合。但 对 于负载不大的小型系统而言 ， 却恰恰能发挥其响应快 、 精度高且成本低的优势 ， 从而有效弥补伺服阀和比例 阀的不足。 2 0 0 8年湖南省高等学校科研资助重点项 目 大功率机械臂 电液驱动系统设计 、 建模 与控制 0 8 A 0 4 7 等等 ￡u lu ， 图 1 所表示 的是基于 “ 主从 ” 方式 控制策略的高 速开关阀液压 同步控制系统的基本结构图。系统的执 行器为单出式液压缸 ， 高速开关 阀为 常闭式的二位二 通阀。考虑到高速开关阀所能承受的压力限制 ， 油路 采用出 口节流的控制方式 。图中系统将工况设定为活 塞杆伸出， 即只对活塞杆右移有同步的要求 ； 如果 回程 亦有同步要求 ， 只需将无杆腔的油路参照有杆腔的布 置镜像即可。同时 ， 为方便控制， 系统采用了主从回路 对称的结构形式 ， 此举不仅有利于同步精度的提高 ， 而 且可使从 回路的数量不受限制 ， 从而拓宽该方案 的适 用范围 1 、 2一 岛速开关阀 3 、4一 位移传感器 。 图1 单阀直接控制同步回路结构原理图 该系统的工作原理为 根据系统对执行器速度的 要求 ， 控制器首先对主从两 回路的高速开关 阀输出一 个相同的调制率 D 又叫占空 比 ， 从 而限制液压缸 出 口流量 ， 系统稳定后， 活塞杆以一定的速度伸出。如果 主回路和从回路因负载不一致等因素造成系统不能同 步 ， 布置在两活塞杆上 的位移传感器 3 、 4所传出的电 信号经 比较后送人 回路 的控制器 ， 控制器据此调整高 速开关阀 2的调制率 ， 加大或缩小从 回路 的通流量 ， 以 实现两回路同步。 2 针对 有大流 量要求的改进 回路 对于有大流量要求 的同步 回路 ， 如果单个高速开 关 阀的通流能力不能满足要求 ， 则可采用几个高速开 关 阀并联的方法予 以解决。可供参考的方案如下。 1 脉码调制方式 P C M 脉码调制方式 P C M 是指把控制信号 以二进 制 的形式输 出， 去控制～组开关 阀 ， 如图2所示。图中 只画出了高速开关 阀的组合部分 ， 其它外 围结构 同图 1 。为了实现输 出流量成 比例变化 ， 将每个高速开关阀 I蒌 、 ； u 平 弗 ， 卅 I F u n ctio n U n ils 功能郜件 的调制率 D设置成一个 固定 的等差或等比数列 ， 如 D D D D l 2 3 4 ， 综合节流 口的面积即为 各开关阀节流 口的面积之和。通过设定基准开关阀的 调制率 ， 并用二进制信号控制各开关阀的启闭 ， 便可实 现对油路流量的比例调节。即， 需大流量时， 多个阀同 时工作 ； 系统处于稳态 ， 只需要小流量来补偿泄漏的影 响时 ， 则可开启其中的小流量阀以满足要求 。 1 、 2、3、 4一 岛 运 开 关 闷 。 图2 多阀脉码调制同步回路原理图 脉码调制能有效提高 回路流量 的调节范围， 但这 种方式需要至少 4个 高速开关 阀进行组合， 而要想获 得理想的成 比例变化的流量 ， 必须要 同时调节基准开 关 阀的调制率和用 以控制各 开关 阀通断的二进制编 码 ， 使得系统的复杂性和成本都增加不少。 2 复合脉宽调制 复合脉宽调制控制系统原理如图 3所示。图中只 画出了高速开关阀的组合部分 ， 其它外围结构 同图 1 。 该系统采用两个脉宽调制的高速 开关 阀， 其 中阀 1为 小流量阀， 阀 2为大流量阀。在需要大流量时 ， 阀 1和 阀2都打开 或只打开阀 2 ； 在需要小流量时， 则 只打 开阀 l 或只打开阀 2 。 l 一 小流量 商遂 开关阀；2 一大梳量 焉速开关阔 。 图3 复合脉宽调制同步回路原理图 复合脉宽调制不 仅能实现对 较大流量 的调节控 制 ， 而且系统的成本也较脉码调制 的方式为低 。这种 方式的缺点就是控制方式比较复杂。因为高速开关阀 存在死区和饱和区 ， 工作时应尽量避免 。 但是如果所 功能部件 F u n c ti0 n U n j{s 砂轮架主轴支承与滑动轴承的装配工艺探究 陈开君① 范庆云② 陕西工业职业技术学院， 陕西 成阳 7 1 2 0 0 0 ； ②成 阳机床厂， 陕西 成阳， 7 1 2 0 0 0 摘要 对磨床砂轮架主轴支承类型及应用进行论述 ， 载荷不大、 转速不高的砂轮架， 广泛使用多油楔动压滑 动轴承。 尤其是三片瓦式动压滑动轴承支承 ； 对于高速、 中高载荷的磨床砂轮架主轴采用滚动轴承支 承。并通过实例 ， 对短三片瓦式滑动轴承的结构、 工作原理、 技术要求进行分析 ， 制定 了不同用途磨 床砂轮架的滑动轴承装配调整工艺及注意事项 ， 为动压滑动轴承的装配调整提供 了可行的工艺。 关键词 磨床砂轮架主轴支承短三片瓦装配工艺 As s e mb l y Pr o c e s s E x p l o r a t i o n o f Gr i n d i n g W h e e l S p i n d l e B e a r i n g a n d Sl id i n g B e a r i n g F r a me C H E N K a i j u n ． F A N Q i n g y u n ①S h a a n x i P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e ， X i a n y a n g 7 1 2 0 0 0 ， C H N； ② Ma c h i n e T o o l F a c t o r y i n X i a n y a n g ， X i a n y a n g 7 1 2 0 0 0 ， C H N Abs t r a c tT h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e g rin di n g whe e l s p i n d l e b e a r i n g fla me t y p e a n d a p p l i c a t i o n o f e x p o s i t i o n，l O W-- l o a d，l o w s p e e d wh e e l f r a me u s e mul t i o i l we d g e h y d r o d y n a mi c s l i di n g b e a r i n g s e x t e n s i v e l y，i n p a rti c u l a r t h e t h r e e wa t t d y n a mi c pr e s s u r e t y p e s l i di n g h e a r i n g s u p p o r t ． Ro l l e r h e a r i n g s u p p o r t i n g fla me i s u s e d f o r h i g hs p e e d ，me d i um a n d h i g h l o a d g r i n di n g wh e e l s pi n d l e ．An d t h r o u g h e x a mp l e s o f t h e s h o rt 3- wa t t s l i d i n g b e a r i n g s t r uc t u r e，wo r k i n g p r i n c i pl e，t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s a n a l y s i s ，t h e d i f f e r e n t u s e s o f g r i n d i n g w h e e l fl a me t o a d j u s t t h e s l i d i n g b e a r i n g a s s e m b l y p r o c e s s e s a n d p r e c a u t i o n s a r e p r e p a r e d fo r t h e v i a b l e p r o c e s s o f t h e d y n a m i c p r e s s u r e s l i d i n g h e a r i n g a s s e mb l y a d j u s t m e n t ． Ke y wo r dsGrind i n g W h e e l Fr a me；Sp i n dl e Be a rin g；S h o r t 3-W a t t s；As s e mb l y P r o c e s s 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工 的机 床。1 8世纪 3 0年代 ， 为 了适应钟表 、 自行车 、 缝纫机 和枪械等零件淬硬后的加工 ， 英国、 德国和美国分别研 制 出使用 天然磨料砂 轮的磨 床。 1 8 7 6 年在 巴黎博览 需的流量处于大流量阀饱 和区之上 ， 又处于大流量 阀 的饱和流量 H e J , 流量阀的死 区流量之下 ， 这种情况下 要想实现线性调节， 则必须试凑两阀的调制率， 才能保 证两阀都工作在线性调节区以满足控制要求 。 3 结 语 上述几种基于高速开关阀直接控制的闭环同步系 统 ， 小流量的方案的组成结构简单， 控制方案也简单易 行 ， 可以实现很高的控制精度。并且 系统可以非常方 便地扩展到多缸同步， 因此尽管单缸的通流量有限 ， 如 果多缸组合 ， 仍然可以承受较大的载荷。多阀组合的 大流量回路 ， 可以有效解决高速开关 阀的通流能力问 题 ， 配以恰当的控制策略 ， 系统的快速稳定性及精度都 能得到保证。 参考文献 [ 1 ] 许梁 ， 杨前 明． 电液元件数字化技术进展[ J ] ． 现代制造技术与装 备， 2 0 0 7 2 6 5 6 7 ． [ 2 ] 刘少军， 郭 淑娟． 高速开关 电磁阀及 P WM控制技术 [ M] ． 长沙 湖南 省科协第二届青学术年会论文集 ， 1 9 9 5 1 1 2 1 7 2 2 1 ． [ 3 ] 王占林 ． 近代电气液压伺服控制[ M] ． 北京 北京航空航 天大学 出版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 张志义， 孙蓓 ， 黄元峰． 高速开关 阀位置控制 方法 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 5 1 2 6 1 2 8 ． 第一作者 何谦 ， 男， 1 9 7 1年生， 硕士， 讲师， 主要 研 究方向 机电系统设计及仿真分析。 编辑蔡云生 收 稿f j 期 2 0 1 0 0 2 0 3 文章编号 1 0 7 3 7 如果您想发表对本文的看法。 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 固 等 i zu lu 平 弟 ， 删