【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要求 ， 采用雙桿 液壓缸構(gòu)成的激振器 ,并用力和速度傳感器作進(jìn)行檢測(cè)反 饋 ,從而構(gòu)成伺服閥控制液壓缸的閉環(huán)電液力系統(tǒng)其原理圖和方塊圖如下 圖所示 。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 系統(tǒng)油路分析： ① 動(dòng) 態(tài)、大流量試驗(yàn)時(shí)油路分析： 三臺(tái)泵全部打開，壓力油經(jīng) 過濾油器 1 單向閥 19 進(jìn)入主油路。此時(shí)換向閥12 得電，小部分壓力油經(jīng)減壓閥 10 降低壓力，為大流量伺服閥的前置級(jí)提供壓力油；換向閥 11 得電，與大流量伺服閥對(duì)應(yīng)的液控單向閥打開；電液換向閥 4 得電，主油路壓力油經(jīng)電液換向閥 4 進(jìn)入大流量伺服閥 5 的功率級(jí)，經(jīng)打開的液控單向閥7 74 進(jìn)入液壓激振器 8 推動(dòng)活塞完成試驗(yàn)。此時(shí)小流量伺服閥 6 不得電，與小流量伺服閥對(duì)應(yīng) 的液控單向閥 7 72 關(guān)閉。 ② 靜 態(tài)、小流量試驗(yàn)時(shí)油路分析： 一臺(tái)柱塞泵打開，壓力油經(jīng)單向閥 19 進(jìn)入主油路。換向閥 11 不得電，與小流量伺服閥 6 對(duì)應(yīng)的液控單向閥打開；換向閥 12 不得電，主油路壓力油經(jīng)換向閥 12圖 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 進(jìn)入小流量伺服閥，通過與小流量伺服閥對(duì)應(yīng)的液控單向閥 7 72 進(jìn)入激振器 8推動(dòng)活塞完成試驗(yàn)。電液換向閥 4 不得電，此時(shí)大流量伺服閥不工作，與大流量伺服閥對(duì)應(yīng)的液控單向閥 7 74 關(guān)閉。 ③系統(tǒng)說明 ●系統(tǒng)采用三臺(tái)液壓柱塞泵聯(lián)合供油，可以根據(jù)不同試驗(yàn)的流量要求選擇啟動(dòng)單泵或多泵供油，起到節(jié)能作用。 ●在三臺(tái)柱塞泵的壓力油口分別裝有單向閥 2，目的是隔離三臺(tái)油泵，在單臺(tái)或多臺(tái)工作模式切換中防止壓力油倒灌。單向閥 3 作用是防止比例溢流閥突然失電時(shí)蓄能器中的壓力油通過比例溢流閥沖擊回油管路中的冷卻器和低壓濾油器。 ●為了隔離兩個(gè)電液伺服閥，在伺服閥與液壓激振器之間分別安裝有液控單向閥。通過一個(gè)電磁換向閥 11 控制液控單向閥 7 的控制油口，使得所選擇的伺服閥與液壓激振器之間的油路相溝通。 ●為了使系統(tǒng)在做動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的匹配合理，安裝了一個(gè)減壓閥 10 來調(diào)整大流量伺服閥 5 的先導(dǎo)級(jí)的供油壓力。 ●安置在大流量伺服閥前 的蓄能器組，在試驗(yàn)初期充入壓力油，試驗(yàn)正式開始后可以為系統(tǒng)提供短時(shí)間的大流量液壓油，并可減少系統(tǒng)液壓脈動(dòng)沖擊。 ●系統(tǒng)中安裝有電磁泄荷溢流閥 15，其回油口直接與油箱溝通。當(dāng)該電磁泄荷溢流閥 15 失電時(shí)，將蓄能器中的高壓液油直壓接注入油箱，避免蓄能器組中的高壓油直接沖擊回油管路中冷卻器和回油濾油器，防止事故的發(fā)生。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 3 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái) 液壓系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)激振器設(shè)計(jì) 液壓激振器是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，輸出力和位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參量。除了要滿足液壓激振器動(dòng)靜態(tài)出力 、位移行程要求以外，還關(guān)系到油源系統(tǒng)的開發(fā)、電液伺服閥的選取，同樣也關(guān)系到激振器本身的安裝、活塞軸的密封、支撐型式等具體要求 [9][10]。 靜態(tài)設(shè)計(jì) 由 已知條件分析得表 1： 表 311 液壓阻尼器試驗(yàn)臺(tái)電液力伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和參數(shù) 項(xiàng)目 符號(hào) 參數(shù) 單位 工作要求 被試件質(zhì)量 M 500 Kg 最大靜態(tài)力 Fm 1000 KN 工作頻率 ω 133 Hz 最大速度 Vmax cm/s 最大加速度 a 40 m/s2 最大行程 s 177。 150 mm 控 制系統(tǒng)性能參數(shù) 輸入信號(hào)下的控制精度 ef ≤ 177。 5 高頻持續(xù)時(shí)間 t 2 s (1)選取供油壓力 Ps 從本系統(tǒng)特點(diǎn)出發(fā)來說， 由于負(fù)載數(shù)值較大 ，不能按常規(guī)計(jì)算 ，故取系統(tǒng)供油壓力 MPaps 28? 。 (2)確定 液壓缸 活塞面積 根據(jù)力控制系統(tǒng)的控制特性， 應(yīng)保證伺服閥閥口上有足夠的壓降，以確保伺服閥的控制能力 ，故取負(fù)載壓力 MPapL 25? 則液壓缸有效面積 Ap為 226 1000000322 3 mpFApLm ???????? 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 11 因?yàn)橐簤焊椎挠行Чぷ髅娣e 按工作壓力選 取活塞桿直徑 d 與缸筒內(nèi)徑 D 的比為 d /D = 代入上式得 按 GB/T23481993《液壓缸氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列》圓整為 D =320mm,取d =220mm,校核有效面積得 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取液壓缸型號(hào)為 YHG1G320/220179。 150LF3L1Q 計(jì)算 激振器的 性能參數(shù) 系統(tǒng)的最大流量為： 由上液壓激振器的活塞面積 A（有效活塞面積）為 179。 104，系統(tǒng)所需的最大峰值流量 (速度按 )。采用蓄能器組后，其系統(tǒng)所需的平均流量 QN 根據(jù)下式計(jì)算 ［ 11］ ： 得系統(tǒng)平均流量 QN=。 系統(tǒng)的最小流量 Qmin為 31L/min(速度按照 )。 在激振器的兩個(gè)控制油口上分別裝有壓力傳感器用來檢測(cè)兩腔壓力。 液壓激振器參數(shù)： ① 激振器活塞桿直徑 Φ 220 mm ② 激 振器活塞直徑 Φ 320 mm ③ 激振器活塞面積 cm2 ④ 激振器最大動(dòng)態(tài)力 993 KN ⑤ 激 振器最大靜態(tài)力 1050 KN 242222 )220320(4)(4 mmdDA p ?????? ??m i n/ 9 8/103 3 1 322m a xm a x LsmAVQ ??????? ??max2 N ??mmmAD p 4 2 ???????? ???)(4 22 dDA p ?? ?唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 12 ⑥ 動(dòng) 態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需最大峰值流量 L/min ⑦ 動(dòng) 態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需平均流量 L/min ⑧ 靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需最大流量 31 L/min（速度按照 ） ⑨ 靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)所需平均流量 L/min 液壓激振器由活塞軸缸體前后端蓋防塵法蘭聯(lián)接螺母及其密封圈螺釘?shù)葮?gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)件組成 。前端蓋通過 12 個(gè) M20 高強(qiáng)度內(nèi)六角螺釘 安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上。 在激振器的兩個(gè)控制油口上分別裝有壓力傳感器用來檢測(cè)兩腔壓力。 伺服閥選擇計(jì)算 大流量 伺服閥 的選取 大流量電液伺服閥采用一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)“噴嘴－擋板”式兩級(jí)伺服閥驅(qū)動(dòng)一個(gè)功率放大級(jí)所構(gòu)成的三級(jí)電液流量伺服閥。 無載流量 NLQ 是指當(dāng)供油壓力 Ps 全部降到閥上時(shí)伺服閥的流量。 大流量電液伺服閥的無載流量按照下式進(jìn)行計(jì)算： max23 AVQNL ? 代入數(shù)據(jù)得 由滑閥壓力－流量方程式： 式中： sq －伺服閥的流量 dC －流量系數(shù) ? －液壓油密度 sp －液壓油壓力 lp －執(zhí)行元件的壓降 由上式可以看出，當(dāng)計(jì)算滑閥無載流量時(shí)，取 Pl=0，即壓降全部作用在滑閥上。此時(shí)系統(tǒng)的壓力－流量公式可以簡(jiǎn)化為式（ ）： 已知伺服閥在 25Mpa 供油壓力下無載流量為 978L/min，求得 21Mpa 供油壓力m i n/978m i n/???????? ???? lsdlsds PPACPPACq ???? 22?sds PACq 22?唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 13 下時(shí)伺服閥的無載流量為 （普通系統(tǒng)壓力多為 7Mpa、 21Mpa、 35Mpa，故元件的性能多給出的是在上述壓力下的性能參數(shù)，此處需要將 25Mp 供油壓力下的無載流量進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)化”）。 額定流量 RQ 是指當(dāng)閥上的壓降為 7Mpa 時(shí)的伺服閥的流量。伺服閥額定流量計(jì)算公式如式（ ）所示： 帶入數(shù)據(jù)，則所需伺服閥的額定流量（ 7MPa 閥壓降下）為 518L/min。 選擇伺服閥時(shí)要使伺服閥的額定流量為所算數(shù)值的 倍，即最少要留有 10%的余量。 大流量電液伺服閥采用噴擋結(jié)構(gòu)三級(jí)閥形式的大流量電液伺服閥。用一個(gè)噴擋結(jié)構(gòu)的二級(jí)伺服閥作為先導(dǎo)級(jí)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶位移電反饋的大流量功率級(jí)伺服閥（壓力 25MPa，額定流量 506L/min）進(jìn)行系統(tǒng)控制，大流量伺服閥需要進(jìn)口。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，最終選用 MOOG 公司的伺服閥。型號(hào) D792S80JOPOGVSAO， D792 系列，3 級(jí)閥，額定流量 800L/min， 315bar 供油壓力， 4 通、軸向配磨、線性特性，先導(dǎo)級(jí)為 D761 標(biāo)準(zhǔn)型，先導(dǎo)壓力≥ 15bar，先導(dǎo)外部供油、內(nèi)部回油，密封材料 FPM，電連接器 6 針、 DIN43563，滿量程主控信號(hào)177。 10V、輸出信號(hào)177。 10V，供電電壓177。15VDC177。 3％，紋波 50mVpp。 小流量伺服閥的選取 小流量電液伺服閥的選取中速度取 。 其 計(jì)算過程與大伺服閥相似， 按上述步驟算出小流量伺服閥的流量 最后選定小伺服閥額定流量（ 7Mpa 閥壓降下）為 40L/min 的噴擋結(jié)構(gòu)的 兩級(jí)電液伺服閥，型號(hào)為 QDY6G10040mA，伺服閥工作壓力 25MPa，額定流量 63L/min[11]。 系統(tǒng)的流量供給 及油源設(shè)計(jì) 液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)不同于一般的電液伺服系統(tǒng)，它具有頻響高、控制 精度高、出力較大的特點(diǎn)，且系統(tǒng)的無 功功率和壓力脈動(dòng)很大。作為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，還應(yīng)具有較長(zhǎng)的使用壽命。這些特點(diǎn)決定了振動(dòng)臺(tái)配套油源的開發(fā)特點(diǎn)。在開發(fā)振動(dòng)臺(tái)油源時(shí)，除了對(duì)油源的主參數(shù) —— 系統(tǒng)壓力、流量給予足夠的重視外，還應(yīng)該對(duì)油源的液壓輔件，特別是關(guān)鍵輔件（過濾器、冷卻器、蓄能器）的選用與開發(fā)給予足夠的重視，以提高整個(gè)液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的開 發(fā)質(zhì)量 [12]。 液壓伺服油源的要求 (1)油液的理化性能 由于伺服閥的閥口的高壓降下工作 ,并且通過閥口的流速很高 ,因此對(duì)工作液的sNLR P 7?唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 14 物理性能和化學(xué)性能有著嚴(yán)格的要 求 : ① 適宜的粘度和優(yōu)良的粘溫特性； ② 良好的潤(rùn)滑性； ③ 良好的抗剪切性、抗氧化性和穩(wěn)定性； ④ 良好的消泡性，以降低油中混入的空氣含量，提高油液的容積彈性模量。 (2)壓力的穩(wěn)定性 閥控動(dòng)力元件的分析都是以供油壓力的恒定為基礎(chǔ)的 ,供油壓力的較大變化 ,可能使系統(tǒng)性能達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求 .因此 ,對(duì)伺服油源的穩(wěn)定性方面的要求包括： ① 供油流量滿足負(fù)載流量的要求，并有一定的裕量； ② 供油壓力基本恒定，壓力波動(dòng)控制在 10%以內(nèi)； ③ 油源調(diào)壓的穩(wěn)定性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較高； ④ 回油壓力基本恒定。 (3)油液的清潔度 液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)中的核心控制元 件 —— 電液伺服閥對(duì)液壓介質(zhì)的清潔度有著嚴(yán)格的要求。若因過濾器的布置不當(dāng)，使液壓介質(zhì)達(dá)不到伺服閥對(duì)介質(zhì)的使用清潔度要求，振動(dòng)臺(tái)輕則振動(dòng)波形失真，重則使振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)自激失控，甚至使振動(dòng)臺(tái)根本無法閉環(huán)，不能正常工作。振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)要求液壓介質(zhì)的清潔度達(dá)到 NAS 6 級(jí)，起碼也要達(dá)到 NAS 7 級(jí)。液壓介質(zhì)的清潔度若超過 NAS 8 級(jí)，振動(dòng)臺(tái)的性能將大大地下降，即位移波形失真度超差＞ 5％ [13]。 為確何油液清潔度，要求伺服油源： ① 采用合理的油箱結(jié)構(gòu)，防止外部侵入污染，并防止回油氣泡進(jìn)入泵的吸油管； ② 采用不銹鋼油箱，避免普通油 箱存在的鐵銹脫落和油漆脫落； ③ 采取完善的過濾系統(tǒng)和綜合的控制污染的措施； ④ 進(jìn)行有效的管道循環(huán)沖洗，采用噴嘴擋板伺服閥時(shí)應(yīng)使清潔度達(dá)到ISO440615/12 至 14/11（或 NAS16386 或 5 級(jí)）。 (4)油溫 油溫的變化將影響粘度并引起伺服閥零漂，因此要采用能自動(dòng)加熱，冷卻的溫控系統(tǒng)，一般要求油溫控制在 45℃。 液壓能源種類 及確定方案 液壓能源按照壓力恒定的原理不同，可有下列三種選擇： ① 定量泵―溢流閥恒壓能源 這種能源的特點(diǎn)： 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 15 優(yōu)點(diǎn)：能源動(dòng)態(tài)性好，負(fù)載力變化時(shí) 壓力波動(dòng)較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低； 缺點(diǎn)：定量泵流量是按負(fù)載所需峰值流量而設(shè)計(jì)的，所以當(dāng)負(fù)載流量較小時(shí)，定量泵多余流量通過溢流閥溢出，當(dāng)負(fù)載流量為零時(shí)，泵輸出全部流量都由溢流閥返回油箱。泵輸出的液壓能全部轉(zhuǎn)化成熱能，油溫升高快，系統(tǒng)效率低。因此這種能源一般是用于小功率和供油壓力較低的伺服系統(tǒng)。 ② 定量泵―蓄能器―卸荷閥恒壓能源 這種能源的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量損失小，效率高； 缺點(diǎn)：由于系統(tǒng)的供油壓力由壓力繼電器和溢流閥控制，這樣系統(tǒng)壓力，總是在一定范圍內(nèi)上下緩慢變化。 ③ 恒壓變量泵―蓄能器恒壓能源 這種能源的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：泵的流量決定于負(fù)載流量，故能量損耗小，效率高，適合于高壓和大功率系統(tǒng)，適用于流量變化大的系統(tǒng)，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，重量輕。 缺點(diǎn)：響應(yīng)不如溢流閥快，故系統(tǒng)配有蓄能器作為短時(shí)峰值的應(yīng)急油源。 （ 2） 確定 系統(tǒng)流量供給方案 比較三種液壓能源形式，定量泵―蓄能器―卸荷閥恒壓能源最適合本系統(tǒng)。 考慮到本系統(tǒng)的工作狀況，大部分時(shí)間所需流量很小，僅在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的 2～ 5秒時(shí)間內(nèi)需要大流量。為了使系統(tǒng)更加合理有效，采用蓄能器組