【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 段、車輛廠以及檢驗(yàn)單位對(duì)減振器的檢驗(yàn)檢驗(yàn)帶來許多問題。特別是最近出臺(tái)的減振器新鐵標(biāo)TB/T14912021《機(jī)車車輛油壓減振器技術(shù)條件》中規(guī)定對(duì)于減振器的阻尼力測(cè)試時(shí)應(yīng)去除彈性節(jié)點(diǎn)，而做耐久測(cè)試時(shí)又必須附帶彈性節(jié)點(diǎn)。這樣對(duì)工裝夾具就有更高的要求，如何設(shè)計(jì)出更加方便快捷的夾緊裝置，對(duì)提高測(cè)試精度和測(cè)試效率起到重要作用。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 21 2） 安裝距離調(diào)整的便捷性 現(xiàn)在我國(guó)國(guó)內(nèi)所使用的機(jī)車車輛車型很多，減振器的類別和尺寸之間有很大差異，因此具有方便快捷的安 裝距離調(diào)整對(duì)于提高減振器檢驗(yàn)效率起到舉足輕重的作用。在這方面，液壓伺服試驗(yàn)臺(tái)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。 3） 試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)速度、試驗(yàn)振幅和試驗(yàn)頻率調(diào)整的便捷化和隨機(jī)化 生產(chǎn)廠家所給出減振器性能參數(shù)基本上都是基于某一速度點(diǎn)下的阻尼值， 而減振器實(shí)際的阻尼性能并不是完全線性的，特別是生產(chǎn)過程控制不嚴(yán)時(shí)其性能與設(shè)計(jì)要求存在更大的差異。為了更好的檢測(cè)減振器的性能， 需要檢測(cè)減振器在不同速度、不同振幅、不同頻率下的阻尼特性，因此需要試驗(yàn)臺(tái)調(diào)整的便捷化；減振器實(shí)際在裝車使用時(shí)其振動(dòng)形式并非頻率和幅值均固定的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，而是隨機(jī)振動(dòng)。 為使試驗(yàn)臺(tái)仿真效果更加逼真，需要試驗(yàn)臺(tái)的隨機(jī)化。 4） 試驗(yàn) 臺(tái) 應(yīng)該 能 夠檢測(cè)減 振器的 動(dòng)態(tài) 性能 減振器的阻尼特性有靜態(tài)阻尼特性和動(dòng)態(tài)阻尼特性之分。所謂靜態(tài)阻尼特性是不計(jì)減振器結(jié)構(gòu)和液體剛度產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)影響，力和速度之間沒有相位變化時(shí)的特性，它是建立在減振器做大振幅和低頻運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上的阻尼特性。動(dòng)態(tài)阻尼特性是考慮減振器結(jié)構(gòu)（如兩端彈性節(jié)點(diǎn)、儲(chǔ)油缸具有空氣囊等）和液體剛度影響時(shí)的阻尼特性，它使減振器的力、速度和位移之間具有一定的相位差。 現(xiàn)今所使用的減振器試驗(yàn)臺(tái)一般只能夠通過載荷和位移傳感器測(cè)定出 FS 曲線、 FV 曲 線，而不能夠精確的測(cè)定力、速度和位移之間的相位關(guān)系。不能夠給出減振器的動(dòng)態(tài)阻尼特性。隨著機(jī)車車輛的運(yùn)行速度的日上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 22 益提高，列車振動(dòng)劇烈，起到減振作用的油壓減振器基本上工作在高頻狀態(tài)，從而這種建立在低頻運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上的靜態(tài)阻尼特性參數(shù)對(duì)整個(gè)走行部分設(shè)計(jì)已經(jīng)不太適合。因此能夠反映減振器實(shí)際狀態(tài)的動(dòng)態(tài)阻尼性能參數(shù)對(duì)整個(gè)走行部分的設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)性意義。 5） 試驗(yàn) 步 驟 的程序化、自 動(dòng) 化 為了使減振器試驗(yàn)臺(tái)具有更好的操作性和更高的效率，應(yīng)該使減振器試驗(yàn)臺(tái)能夠提前設(shè)定所需要的試驗(yàn)參數(shù)，如測(cè)試振幅、頻率、速度、測(cè)試開始時(shí)間和測(cè)試結(jié)束 時(shí)間等，并能夠在測(cè)試過程中適時(shí)通過死循環(huán)回饋進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)，與設(shè)定值進(jìn)行比較并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 6） 試驗(yàn) 臺(tái) 應(yīng) 能 夠測(cè) 定 減 振器高低 溫狀態(tài)下 的性能 油壓減振器依靠液壓油在減振器拉壓過程中通過小孔產(chǎn)生的阻尼力來工作，因此溫度對(duì)減振器的性能有很大的影響，而我國(guó)的實(shí)際條件決定我國(guó)的列車運(yùn)行過程中所經(jīng)歷的溫差變化很大。要全面衡量減振器的性能，需要進(jìn)行高低溫方面的測(cè)試和研究。 3 電液比例控制技術(shù)概述 電液比例控制技術(shù)基本概念 在液壓傳動(dòng)與控制中，能夠接受模擬式或數(shù)字式信號(hào)，使輸出的流量或壓力連續(xù)成比例地受到 控制，都可以被稱為電液比例控制系統(tǒng)。例如數(shù)字控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)節(jié)（ PWM）控制系統(tǒng)以及一般意義上的電液比例控制系統(tǒng)。從廣義上講，在應(yīng)用液壓傳動(dòng)與控制和氣壓傳動(dòng)與控制的工程系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)的輸出量，如壓力、流量、位移、轉(zhuǎn)速、速度、加速度、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 23 力、力矩等，能隨輸入控制信號(hào)連續(xù)成比例地得到控制的，都可稱為比例控制系統(tǒng)。 雖然比例控制與伺服控制都可以用于開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)。但就目前來說，前者主要用于開環(huán)控制，而后者主要用于閉環(huán)控制。理解伺服裝置與比例控制裝置的差別是有意義的。伺服控制裝置總是帶有內(nèi)反饋，任何檢測(cè)到的誤差都會(huì)引 起系統(tǒng)狀態(tài)改變，而這種改變正是強(qiáng)迫這個(gè)誤差為零。誤差為零時(shí)伺服系統(tǒng)會(huì)處于平衡狀態(tài)，直到新的誤差被檢測(cè)出來。比例控制裝置是一種有確定增益的轉(zhuǎn)換器。例如，比例閥可以把一個(gè)線性運(yùn)動(dòng)（手動(dòng)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)）轉(zhuǎn)換成比例的油流量或壓力，轉(zhuǎn)換常數(shù)取決于閥的幾何尺寸及它的制造精度。閉環(huán)比例閥也可以用于外部反饋閉環(huán)系統(tǒng)。在伺服控制系統(tǒng)中，平衡狀態(tài)控制信號(hào)（誤差）理論上為零，而比例控制系統(tǒng)卻永遠(yuǎn)不會(huì)為零。電液伺服系統(tǒng)是較早主要在軍事工程領(lǐng)域發(fā)展起來的電液控制技術(shù)，而電液比例控制技術(shù)，是針對(duì)伺服控制存在的諸如功率損失大、對(duì)油液過濾要 求苛刻、制造維修費(fèi)用高等，而它提供的快速性在一般工業(yè)設(shè)備中又往往用不著的情況，在近 30 年迅速發(fā)展起來介于普通控制與伺服控制之間的新型電液控制技術(shù)分支。 在比例控制系統(tǒng)中，主控制元件可以有無限種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于受控對(duì)象的無限種運(yùn)動(dòng)。與比例控制對(duì)應(yīng)的還有開關(guān)控制。由于開關(guān)控制中控制元件只有兩種狀態(tài)，即開啟或關(guān)閉。因此要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的復(fù)雜控制時(shí)，必須有足夠大量的元件，把各個(gè)元件調(diào)整成某一特殊的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)使受控對(duì)象按預(yù)定的順序和要求動(dòng)作。比例控制和開關(guān)控制都可以是手動(dòng)或按程序自動(dòng)進(jìn)行。不同的是在比例控制中，比例元 件根據(jù)接受到的控制信上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 24 號(hào)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，因而使系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。在工程實(shí)際應(yīng)用中，由于大多數(shù)被控對(duì)象僅需要有限的幾種狀態(tài)。因而開關(guān)控制也有可取之處。開關(guān)元件通常簡(jiǎn)單可靠，不存在系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。 電液比例控制技術(shù)發(fā)展概況 17 世紀(jì)帕斯卡提出著名的帕斯卡定律，奠定了液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)。流體傳動(dòng)已經(jīng)歷了很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，然而，作為現(xiàn)代電液控制技術(shù)的發(fā)展卻只需追溯到二次大戰(zhàn)時(shí)期。當(dāng)時(shí)出于軍事需要，對(duì)武器和飛行器的自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究已取得了很大的進(jìn)展。戰(zhàn)爭(zhēng)后期，噴氣技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。由于噴氣式飛行器速度很高，因 此對(duì)控制系統(tǒng)的快速性、動(dòng)態(tài)精度、功率和重量都提出了更高的要求。工程需要是現(xiàn)代電液控制技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。 1940 年底在飛機(jī)上首先出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)，其滑閥由伺服電機(jī)拖動(dòng)，伺服電機(jī)慣量很大，成了限制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要環(huán)節(jié)。直到 50年代初才出現(xiàn)了高速響應(yīng)的永磁式力矩馬達(dá)。 50 年代后期又出現(xiàn)了以噴嘴擋板閥作為先導(dǎo)級(jí)的電液伺服閥，使電液伺服系統(tǒng)成為當(dāng)時(shí)響應(yīng)最快，控制精度最高的伺服系統(tǒng)。 1958 年美國(guó)學(xué)者勃萊克布恩等公布了他們?cè)诼槭±砉W(xué)院的研究工作，為現(xiàn)代電液伺服系統(tǒng)的理論和實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。 60 年代各種結(jié)構(gòu)的電液伺服 閥相繼問世，特別是以摩格為代表的采用干式力矩馬達(dá)和級(jí)間力反饋的電液伺服閥的出現(xiàn)和各類電反饋技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了電液伺服閥的性能，電液伺服技術(shù)業(yè)已成熟。電液伺服系統(tǒng)已逐漸成為武器和航空、航天自動(dòng)控制以及一部分民用工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制的重要組成部分。 60 年代后期由于人們對(duì)各類工藝過程進(jìn)行了深入研究，對(duì)其精確數(shù)學(xué)模型有了比較深入的了解，因而對(duì)工藝過程控制提上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 25 出了更高的要求?，F(xiàn)代電子技術(shù)特別是微電子集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為工程控制系統(tǒng)提供了充分而且廉價(jià)的現(xiàn)代化電子裝置。于是，各類民用工程對(duì)電液控制技術(shù)的需求就顯 得更加迫切和廣泛 [1]。 但人們很快發(fā)現(xiàn)，由于電液伺服器件的價(jià)格過于昂貴，對(duì)油質(zhì)要求十分嚴(yán)格，控制損失（閥壓降）較大。使伺服技術(shù)難以為更廣泛的工業(yè)應(yīng)用所接受。在很多工業(yè)場(chǎng)合，要求有一般的高質(zhì)量的控制手段，卻并不要求太高的控制精度或響應(yīng)性。現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，要求開發(fā)一種廉價(jià)、節(jié)能、維護(hù)方便、控制精度和響應(yīng)特性均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)際需要的電液控制技術(shù)。而現(xiàn)代電子技術(shù)和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展為工程界提供了可靠而廉價(jià)的檢測(cè)、校正技術(shù)。這些為電液比例技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件。自60 年代以來，為降低比例技術(shù)成本。一方面是 在高性能的伺服閥的基礎(chǔ)上發(fā)展了工業(yè)伺服技術(shù)。其特點(diǎn)是適當(dāng)簡(jiǎn)化伺服閥的結(jié)構(gòu)，降低它的制造精度，增大電 — 機(jī)械轉(zhuǎn)換器的輸出功率水平和改善閥的抗污染性能。這雖然降低了制造成本，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格仍然十分可觀，使它的應(yīng)用仍然受到限制。另一方面在普通的液壓閥的基礎(chǔ)上，采用廉價(jià)而可靠的比例電磁鐵作為電 — 機(jī)械轉(zhuǎn)換元件，取代原來閥內(nèi)的手動(dòng)調(diào)節(jié)器或普通開關(guān)式電磁鐵。并相應(yīng)地改進(jìn)了閥內(nèi)的設(shè)計(jì)和引入各種內(nèi)反饋控制，從而出現(xiàn)了一種價(jià)廉的耐污染與一般工業(yè)閥相同，性能又能滿足大部分工業(yè)控制要求的比例元件 [2]。 比例技術(shù)的發(fā)展大致可以 劃分為三個(gè)階段 [1,35]： 從 1967 年瑞士 Beringer 公司生產(chǎn) KL 比例復(fù)合閥起，到 70 年代初日本油研公司申請(qǐng)了壓力和流量比例閥兩項(xiàng)專利為止，是比例技術(shù)的誕生時(shí)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 26 期。這一階段的比例閥，僅僅是將比例型的電 — 機(jī)械轉(zhuǎn)換器（如比例電磁鐵）用于工業(yè)液壓閥，以代替開關(guān)電磁鐵或調(diào)節(jié)手柄，閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則幾乎沒有變化，大多不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)，其工作頻寬僅在1~5Hz 之間，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)在 4~7%之間，多用于開環(huán)控制。 1975 年至 1980 年間可以認(rèn)為比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第二階段。各種內(nèi)反饋原理的比例元件大量問世， 耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)上日趨成熟，比例元件工作頻寬已經(jīng)達(dá)到 5~15Hz，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)亦減少到 3%左右。其應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴(kuò)大，不僅用于開環(huán)控制，也被應(yīng)用于閉環(huán)控制。 80 年代，比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第三階段。比例元件的設(shè)計(jì)原理進(jìn)一步完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動(dòng)壓反饋及電校正手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步提高。除了因制造成本所限，比例閥在中位仍保留死區(qū)以外，它的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均已和工業(yè)伺服閥無異。另一項(xiàng)重大進(jìn)展是，比例技術(shù)開始和插裝閥相結(jié)合，已開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三 通型比例插裝閥，形成了 80 年代電液比例插裝技術(shù)。同時(shí)，由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了電液一體化的電液元件，電液比例技術(shù)逐步形成了 80 年代的集成化趨勢(shì)。特別是電液比例容積元件，各類比例控制泵和執(zhí)行元件相繼出現(xiàn)，為大功率工程控制系統(tǒng)的節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)。除了模擬式的電液比例元件外，人們也注重開發(fā)出各種數(shù)字式液壓元件，數(shù)字式液壓元件也是今后比例技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要分支。現(xiàn)在比例閥已有些是把傳感器、測(cè)量放大器、控制放大器和閥復(fù)合在一起的機(jī)電一體化的元件，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，性能進(jìn)一步提高。這種結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)于其它 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。由于電子裝置直接裝在閥體上，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 27 減少了插件和導(dǎo)線，從整體上看更簡(jiǎn)潔，對(duì)使用者的要求也更簡(jiǎn)單。未來的閥可能帶有儲(chǔ)存器和具有智能，具有自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警功能。只要接受簡(jiǎn)單的指令，閥就能完成一系列的工作。 電液比例控制技術(shù)的工作原理及組成 液壓開關(guān)控制與比例控制比較 [3] 如圖 31 所示為一個(gè)采用開關(guān)控制的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，它是一個(gè)常見的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng) 1DT 通電時(shí)液壓油經(jīng)換向閥左位進(jìn)入液壓缸的無桿腔，其速度決定于被選中的調(diào)速閥的開口面積。這是個(gè)兩級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，選中的調(diào)速閥由 3DT 和 4DT 是 否通電來決定。速度通過調(diào)節(jié)節(jié)流口的面積來預(yù)置。速度的換向利用行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。反向時(shí) 2DT 通電，液壓缸快速返回。該回路只能實(shí)現(xiàn)正向的有級(jí)調(diào)速。 2DT 1DT 3DT 4DT 圖 31 開關(guān)控制液壓系統(tǒng) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 28 一個(gè)能實(shí)現(xiàn)正反向無級(jí)調(diào)速的開環(huán)比例調(diào)速系統(tǒng)如圖 32 所示。比例調(diào)速閥的輸出流量與給定輸入電壓成正比。方向則取決于 1DT 或 2DT 中哪一只電磁鐵通電。通過改變給定信號(hào)的大小可以方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。與前面的開關(guān)控制比較，系統(tǒng)功能增加了，性能也更好。但結(jié)構(gòu)卻大為簡(jiǎn)化。由圖可見，系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)雙向無級(jí)調(diào)速，且可以擴(kuò)展到對(duì)多個(gè)執(zhí)行器分別進(jìn)行調(diào)速控制。如采用比例方向閥進(jìn)行調(diào)速，如圖 33 所示，則系統(tǒng)可以更簡(jiǎn)化。 圖 33 所示為閉環(huán)比例調(diào)速系統(tǒng)。它是在開環(huán)控制基 .礎(chǔ)上增加了速度反饋元件而構(gòu)成的。速度傳感器產(chǎn)生與速度成正比的電信號(hào)，經(jīng)過匹配放大器放大后，與給定控制信號(hào)比較，得出偏差信號(hào)。偏差信號(hào)經(jīng)過功率放大后用于控制比例電磁鐵 A 或 B，從而控制閥的開口量及方向，達(dá)到速度調(diào)節(jié)目的。 比較上述三個(gè)系統(tǒng)。圖 32 的系統(tǒng)，由于不對(duì)被控量進(jìn)行檢測(cè)和反饋，因而當(dāng)出現(xiàn)被控量與期望值的偏差時(shí)無法進(jìn)行修正，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般控制精度不高。但與開關(guān)式 液壓控制相比，控制質(zhì)量和方式都有改進(jìn)和簡(jiǎn)化。它可使被控量復(fù)現(xiàn)控制信號(hào)的變化規(guī)律。這類開環(huán)系統(tǒng)由于不存在信號(hào)和能量的反饋，因而系統(tǒng)穩(wěn)定性好，容易設(shè)計(jì)。是目前最常見的比例控制系統(tǒng)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 29 2D