【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)極片軋機(jī) 快抬時(shí) 雙側(cè) 壓下缸 的流量， 所選泵為力士樂 A10VSO45DR，排量為 345cm ，流量 4 5 1 4 5 0 6 5 L / m in?? ，加上蓄能器可以滿足流量需求。 （二）伺服閥的選取 選取伺服閥：根據(jù)執(zhí)行元件按照最佳負(fù)載匹配條件求得的最大負(fù)載流量和壓力，計(jì)算伺服閥的壓降，再根據(jù)和計(jì)算伺服閥樣本對應(yīng)參數(shù)，按照樣本給出的閥壓降和樣本給出的額定負(fù)載流量選伺服閥型號及規(guī)格。方法如下： （ 1）計(jì)算閥壓降 1 5 . 3 33vP P s M P a? ? ? 這里要注意軋機(jī)中采用的是單腔控制，故單腔的壓降就是 。 （ 2） 伺服閥樣本對應(yīng)參數(shù)，最大負(fù)載流量，閥壓降計(jì)算樣本中給定流量： / 2 1 .2 3 .5 / 5 .3 3 1 7 .2 / m inV S LM V S VQ Q P P L? ? ? ? ? ? 這里要注意的是閥的樣本中給定的是雙邊 7MPa（ 145PSI=1MPa）時(shí)的流量，而換算成單邊的就只要是 。 再根據(jù)伺服閥樣本壓降及額定流量，選取伺服閥型號。 注意：為補(bǔ)償一些未知因素，建議額定流量選擇要大 10%。采用 19L/min 的Moog 伺服閥 G7613003H19。 圖 23 伺服閥樣本 （三）電機(jī)功率的選取 電機(jī)功率取泵流量 42L/min 來計(jì)算： 642 100 0 60 16 10 Kw? ? ? ? 取 15Kw 應(yīng)該可以。 （四）蓄能器的選取 伺服系統(tǒng)中蓄能器有兩種用途，輔助油源和用于消除伺服閥前的壓力脈動。輔助油源是指在系統(tǒng)需要快速運(yùn)動所需流量較大，這時(shí)要是全部由油泵來提供，流量就會選取的很大，可以采用蓄能器來做輔助油源。 軋機(jī)在進(jìn)行快抬時(shí)，需要的壓力很小，但是流 量較大，在選泵時(shí)將流量適當(dāng)取得小一點(diǎn)，采用泵加上蓄能器進(jìn)行供油的方式。 本系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，故選用皮囊式蓄能器。它具有空氣與油隔離，油不易氧化，尺寸小，重量輕，反應(yīng)靈敏，充氣方便等優(yōu)點(diǎn)。皮囊預(yù)充氮?dú)?，液體閥門關(guān)閉，防止皮囊卸壓；一旦達(dá)到最小工作壓力，需要有少量液體留在皮囊和單向菌閥之間的管路中（約為公稱體積的 10%）防止皮囊撞擊菌閥。 圖 24 皮囊式蓄能器 蓄能器容積的計(jì)算： 蓄能器的總?cè)莘e oV ，即充氣容積。根據(jù)波義耳定律： 1 1 2 2n n noop V p V p V C? ? ? 蓄能器工作在絕熱過程（ t＜ 1min）時(shí)， n=,其總?cè)莘e為： 0. 71 5 0. 71 50. 71 51211WooVVp pp? ??? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ??? 式中： 0p 沖氣壓力； 1p 最低工作壓力； 2p 最高工作壓力； WV 有效工作容積。 （ 1）計(jì)算 2p ，系統(tǒng)的最高壓力為 16Mpa，所以?。? 2 16p MPa? （ 2） 計(jì)算 1p ，從延長皮囊式蓄能器的使用壽命考慮， 121/3pp? 。作為輔助動力源的蓄能器，為使其在輸出有效工作容積過程中液壓機(jī)構(gòu)的壓力相對穩(wěn)定些，一般推薦： 12( ~ )pp? 故： 1 ( 0 .6 5 ~ 0 .7 5 ) 1 6 1 0 .4 ~ 1 2p M P a M P a? ? ? 取 ： 1 8p MPa? （ 2） 計(jì)算 0p ，在保護(hù)膠囊，延長其使用壽命的條件下有： 010 .8 0 .8 8 6 .4p p M P a? ? ? ? 取 ： 0 MPa? （ 3） 計(jì)算 WV ， 蓄能器在最大工作壓力與最小壓力所對應(yīng)的容積之差，就是有用的流體體積： 12 2 0 / m inV w V V L? ? ? 則 系統(tǒng)的流量差為 ： 2 0 / mi nVw L? 將以上所計(jì)算的參數(shù)帶入方程得： 0. 71 5 0. 71 50. 71 51220 600 .3 3 6 911WooVV L Lp pp? ? ???? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ??? 再根據(jù)蓄能器充氣容積 oV 選取蓄能器型號： 蓄能器選用 NXQ163/，公稱容積為 63L，共需要 1 個。 另外在伺服閥前還有用于消除系統(tǒng)壓力脈動的蓄能器，系統(tǒng)比較小，這里直接選取 NXQ11/，公稱容積為 1L，共需要一個。 圖 25 蓄能器樣本 第三章 極片軋機(jī)液壓伺服控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 167。 31 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的動態(tài)特性：液壓壓下系統(tǒng)的構(gòu)成主要有：控制調(diào)節(jié)器、放大器、電液伺服閥、壓下缸、軋機(jī)負(fù)載、檢測傳感裝置。 因此，分別建立各個元件的數(shù)學(xué)模型就可以搭建出整個液壓壓下系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。極片軋機(jī)壓下系統(tǒng)控制示意圖如下圖所示： 圖 31 極片軋機(jī)控制示意圖 （一）控制調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 控制調(diào)節(jié)器采用 PID 調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)如下： 1( ) (1 )C P iG s K K s?? 式中， PK 比例放大系數(shù) iK 積分放大系數(shù) （二）伺服放大器的傳遞函數(shù) 伺服放大器是將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，可將其看作一比例環(huán)節(jié)，比例系數(shù)： 34 0 m A K a 4 1 0 A / V1 0 V ?? ? ? 伺服閥 放大器 調(diào)節(jié)器 反饋值 位置傳感器 給定值 壓下缸 壓力傳感器 壓下缸 板帶 反饋值 （三）電液伺服閥的傳遞函數(shù) 電液伺服閥模型是由它控制的動力元件的固有頻率決定的，液壓動力機(jī)構(gòu)的固有頻率為： 2622257 0 0 1 0 0 .341 5 7 /0 .3 0 .0 2 1 1 04ephttA ra d sVm??????? ? ?????? ? ?? ? ? ? 大約為 25Hz， G7613003 伺服閥的動態(tài)頻響曲線如下圖所示： 圖 32 伺服閥動態(tài)頻響曲線 由圖可知，伺服閥的頻寬大約為 100HZ。當(dāng)伺服閥的頻寬（ 100HZ）大于液壓固有頻率（ 25HZ） 35 倍時(shí)，伺服閥可近似看為慣性環(huán)節(jié)： 1v svcsvxKsiw?? 7 0 H z 4 3 9 ra d / ssv? ?? （即相角滯后 45176。時(shí)的頻率值）， Ksv 為伺服閥放大系數(shù)(m/A)，把它和伺服閥輸出的流量一并考慮； 以伺服閥閥芯位移作為輸入信號，伺服閥輸出流量 QL 方程為 2L d sv c s LQ C K i P P? ?? ? ? ? 0?vx 2L d sv c LQ C K i P? ?? ? ? 0vx? 式中 Cd 滑閥閥口流量系數(shù)； W 伺服閥閥芯面積梯度 (mm)； ρ 油液密度 (kg/m3)； PS 供油壓力 (Mpa)； PL 有桿腔壓力 (Mpa)。 伺服閥樣本中給出的流量公式為： /V S d sv c V SQ C K i P??? ? ? ? 所以可得出： 2L V S s LVSQ Q P PP? ? ?? 0?vx 反之，當(dāng) 0vx? 時(shí)，也是如此。 （四）液壓動力元件的傳遞函數(shù) 三通閥控缸的原理如下圖： 圖 33 閥控缸原理圖 為了推導(dǎo)液壓動力元件的傳遞函數(shù)，首先要列寫出基本方程，即液壓控制閥的流量方程、液壓缸流量連續(xù)性方程和液壓缸與負(fù)載的力平衡方程。 ： 2L V S s LVSQ Q P PP? ? ?? 由此式可得 0mQ 、 qK 、 cK 0 221 9 1 6 4 0 . 6 / m in7m V S sVSQ Q P LP? ? ? ? ?? 50 2 .5 1 0mqvQK X ?? ? ? 10cK ??? 得到閥的線性化流量方程： L q v c LQ K X K P?? ： p t LL h tp LedX V dPQ A C Pd t d t?? ? ? 式中， Ctp 總泄漏系數(shù) (m3/)； Vt 控制腔容積 (m3)； βe 油液體積彈性模量 (Mpa)； xp 上輥系的質(zhì)心位移 (m)； Ah 活塞有效面積 (m2)。 ： 實(shí)際軋機(jī)是一個復(fù)雜的多自由度質(zhì)量分布系統(tǒng)，為便于分析以及實(shí)時(shí)仿真計(jì)算速度的需要，將實(shí)際軋機(jī)負(fù)載簡化為一個 一 自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng) 。負(fù)載力一般包括慣性力、粘性阻尼力、彈性力和任意外負(fù)載力?，F(xiàn)做簡化處理，只考慮慣性力和彈性力的作用，得負(fù)載方程： 22pp L t pdxA P m Kxdt?? 由以上求出的三個基本方程 L q v c LQ K X K P?? p t LL p tp LedX V dPQ A C Pd t d t?? ? ? 22pp L t pdxA P m Kxdt?? 可畫出閥控液壓缸 pvXX 的方塊圖： 圖 34 位置反饋回路方塊圖 由方塊圖可求得 pvXX 的傳遞函數(shù)： 20200211p s ppvrKAX KX SS S?? ? ?? ????? ? ??????? ?? 式中， psK 壓力總增益 qps ceKK K? ceK 總流量 壓力系數(shù) ce c tpK K C?? r? 慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率 2 (1 )cerp hKKKA K? ? ? hK 液壓彈簧剛度 2eph tAK V?? 0? 綜合固有頻率 0 1h hKK???? h? 液壓固有頻率 hh tKm? ? 0? 綜合阻尼比 0012 1e cethKKVK???? ??????? 也可畫出閥控液壓缸 gvFX 的方塊圖： 圖 35 力反饋回路方塊圖 由方塊圖可求得 gvFX 的傳遞函數(shù)： 22202001211qpg c e mvrK SAF KX SS S??? ? ????????? ????? ? ??????? ?? 式中， m? 負(fù)載的固有頻率 m tKm? ? r? 慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率 2 (1 )cerp hKKKA K? ? ? 0? 綜合固有頻率 0 1h hKK???? h? 液壓固有頻率 hh tKm? ? 0? 綜合阻尼比 0012 1e cethKKVK???? ??????? 167。 32 位置反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 由上述分析已知系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，將系統(tǒng)各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)并在一起可以得到位置反饋回路的傳遞函數(shù)： 圖 36 位置反饋回路 ? ?20200202001( ) ( 1 ) Ka21111Ka ( 1 )21 1 1ps psvP i fSsv rP sv fS ps p isv rKAK KG S H S K K Kss SSSwK K K K A Kss S SKSw?? ? ??? ? ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ??????? ????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? 167。 33 壓力反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 同理可得到壓力反饋回路的壓力反饋傳遞函數(shù)： 圖 37 力反饋回路 ? ?2220200222020011( ) ( 1 ) K a21 111K a ( 1 ) 121 1 1qpc e msvP i fFsvrP s v fF q p imces v rK SAKKG S H S K K Kss SSSwSK K K