高速开关阀直控式闭环液压同步系统

功能部件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410081) 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(脉码调制(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： 文献标示码：A E 1 008 1，at of by of of CM)as of to be at n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 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10 L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。 2008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(08等等 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(脉码调制方式(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 调制率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 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njs 砂轮架主轴支承与滑动轴承的装配工艺探究 陈开君 范庆云 ( 陕西工业职业技术学院，陕西成阳712000； 成阳机床厂，陕西成阳，712000) 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 1 2000， 1 2000，of in is nd of of to of 床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机 床。18世纪30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。1 876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， 2007(2)：6567 2刘少军，郭淑娟高速开关电磁阀及长沙：湖南 省科协第二届青学术年会论文集，1995(1 1)：217221 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，2005