液压控制单元（精选十篇）
液压控制单元 篇1
汽车防滑控制系统最初只是在制动过程中防止车轮被制动抱死, 避免车轮在路面上进行纯粹地滑移, 提高车辆在制动过程中方向稳定性和转向可操纵性, 所以被称为防抱死制动系统 (Anti-lock Brake System) , 简称ABS。随着对汽车性能要求的不断提高, 防滑控制系统的功能进一步得到完善和扩展, 不仅能够在制动过程中防止车轮发生抱死, 而且能够在驱动过程中 (特别在起步、加速、转弯等过程中) 防止驱动车轮发生滑移, 使汽车在驱动过程中的方向稳定性、转向可操纵性、加速性能等也得到提高。驱动过程中防止驱动车轮发生滑移的控制系统被称为驱动防滑控制系统 (Acceleration Slip Regulation) , 简称ASR。汽车防滑控制系统就是对防抱死制动系统和驱动防滑控制系统的统称。随着汽车工业的迅速发展, ABS基本成为汽车必装装置, 如果汽车装备了驱动防滑控制系统, 就能充分利用驱动车轮的最大附着力, 使汽车获得更大的驱动力, 从而提高汽车的加速性能和爬坡能力。虽然汽车防滑控制系统作为选装装置, 预计不久的将来汽车防滑控制系统在汽车上将会得到更广泛的应用。在国外技术封闭的情况下, 发展我国自己生产的防滑控制系统也变得更为迫切。经过二十多年的改革开放, 我国的经济、技术获得了飞速发展, 尤其是电子技术和计算机技术的发展更是日新月异, 这就为自主开发设计汽车防滑控制系统 (ABS+ASR) 电子控制单元 (ECU) 提供了契机和可能。由于目前拥有自主知识产权的驱动防滑控制系统的自主增压液压控制单元仅江苏黄海汽配股份有限公司生产, 而对发动机进行控制还存在不少问题, 牵涉的因素较多, 本电子控制单元 (ECU) 设计所指汽车防滑控制系统是指拥有自主知识产权的防抱死制动系统 (ABS) 和驱动防滑控制系统中的电子差速锁 (EDS) 。
2 汽车防滑控制系统控制原理
汽车防滑控制系统控制原理如图1所示, 从动轮是随动轮不存在驱动打滑的情况, 故从动轮只保存原有的ABS功能, 车辆制动时电控单元 (ECU) 通过车轮速度传感器不断检测车轮转速信号, ECU若发现某一车轮有抱死趋势, 则控制相应回路的增压阀关闭, 车轮制动器上的制动压力保持不变 (保压阶段) 。若在此情况下, 车轮仍有抱死趋势, ECU将会控制减压阀打开, 进入减压阶段。之后, 在车轮抱死趋势消除以后, 减压阀关闭, 增压阀打开, 制动回路重新进入升压阶段。如此通过增压阀、减压阀的不断调节实现增压—保压—减压实时控制制动管路的压力, 以防止车轮抱死, 从而保证车辆的制动稳定性和方向的可操纵性。驱动轮除具有制动时ABS的功能外增加车辆起步或低速时防滑驱动功能, 图1中ECU若发现车辆起步出现车轮加速打滑 (空转) 达到一定程度时, 则控制常通阀关闭, 常断阀打开, 回流泵工作, 这时制动液经打开的常闭阀提供制动液给回流泵, 制动管路主动增压后经阻尼器到达轮缸, 因为常通阀关闭与制动总泵隔离, 压力不能经总泵回油, 只能经增压阀到达轮缸, 从而能够在制动总泵没有压力的情况下, 轮缸有压力控制车轮打滑, 车轮打滑控制完成、车辆的行驶状况恢复正常后后, 恢复常通阀、常闭阀、回流泵常态, 当车辆制动时发挥正常情况下的ABS防抱死制动功能。
3 电子控制单元 (ECU) 设计
3.1 核心部件采用双CPU结构
CP U是E CU的控制核心, 所有的输入信号、输出信号最终都是由CPU来接受、处理和发出, CPU的处理速度和性能直接影响E C U的整体性能, 它担负着极大的运算任务, 要进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算以及电磁阀的开启控制运算和监控运算。另外, 它要分析各种输入信号并根据设置的程序准确的发出控制信号。因此, 对ECU这一个典型的单片机控制系统, 要求CPU必须具有高度可靠性和安全性, 双CPU结构的电子控制单元不仅减小了单个CPU的任务负担, 增加了ECU的实时反应能力和响应速度, 更使ECU的自我诊断能力大大加强, 双CPU之间可以对彼此的工作状态进行互相监控, 以保证两个CPU都不会程序跑飞, 从而保证E C U可靠工作。
87C196KC20是Intel 96系列中一种高性能的单片机, 具有足够的处理速度、适当的I/O接口、功耗低、良好的抗干扰性和极高的实时处理能力。如图2所示, 同时支持软件、外围芯片、开发系统都容易得到。它的RAM多达512字节、具有8路A/D转换器, 这正是汽车防滑控制系统控制所需要的。此外, 还具有一下特点:
●16位监视定时器
●16位普通定时器
●16位捕获定时器
●动态配置总线宽度
●全双工串行口
●高速I/O子系统
在设计中87C196KC20作为主CPU负责汽车防滑控制系统的绝大部分任务, 包括系统输入信号处理、逻辑门限值控制算法的实现、电磁阀驱动和系统检测。轮速传感器信号经滤波后接入高速输入引脚HIS, 这是防滑控制系统唯一的直接信号输入。87C196KC的输出引脚通过功率器件驱动电磁阀和回油电机。同时87C196KC还接收电磁阀动作的反馈电压, 以监控电磁阀的工作情况。
89C51是Atmel公司生产的一种与Intel公司51系列相兼容的产品, 具有4K字节的重复可编程快闪存储器。如图3所示具有一下特点。
●128字节的RAM
●32根I/O口线
●6个中断源
●两个16位计数/定时器
在设计中89C51作为从CPU, 相对而言, 89C51的任务较轻, 主要起系统监控作用, 它通过与87C196KC的串行通讯, 随时检测196的工作情况, 一旦检测到196工作异常, 便立即切断电磁阀供电, 恢复常规制动, 保证安全;另外89C51还起着故障代码储存以及与故障诊断仪通讯的作用。
3.2 电磁阀的驱动和检测
电磁阀的驱动就是对液压控制单元进行操作, 由于汽车防滑控制系统控制的特殊要求, 其电磁阀的响应必须是毫秒级的, 从而要求电磁阀线圈中的电流很大, 以保证电磁阀的开启和关闭时间。这里该模块的主要器件选用了双通道的高端功率驱动元件B T S6 2 1, 它是英飞凌公司的产品, 具有完善的保护功能:
●过载保护、过热保护
●防静电和快速自消磁功能
●反向电压保护
●过电压保护、欠电压保护功能
●短路保护、限流保护
●自诊断功能
BTS621所具备的这些功能基本保证了电磁阀驱动的可靠性。驱动电路如图4所示, 但汽车的工作环境非常恶劣, 因为汽车震动、电磁阀的接口连接不紧或者由于电磁阀线圈烧坏等而发生断路, 如果不能及时报警, 则ABS执行就会发生故障, 故设计了电磁阀检测电路, 该电路在通电后一直工作, 即使在汽车行驶过程中也能检测到故障的存在, 这种检测是动态的、实时的。
3.3 电机的驱动和检测
电机如果不能正常工作, 汽车防滑控制系统也不能发挥防抱死和驱动防滑功能, 故也精心选用驱动芯片和设计检测电路, 并进行动态检测。电机驱动芯片选用Intersil公司生产的N沟道增强型功率场效应晶体管, 它是一种高性能的MOS广泛应用于电机驱动、继电器驱动电路中。他可以保证在承受超大功率的情况下雪崩击穿。其开启时间小于13ns, 关断时间小于29ns。
驱动电路如图5所示。
3.4 电源监控模块
单片机程序的执行, 是从复位开始的, 单片机复位之后, 各个寄存器及端口恢复到默认值, 程序计数器自动装入程序的默认起始地址, 开始执行程序。所以复位电路也是电路的重要组成部分, 考虑到ECU要在极其恶劣的条件下工作, 在极限的情况下, 就有可能跑飞, 而使其控制失效。导致ABS控制失效, 这是非常危险的。而且, 汽车上的电源比较糟糕, 尤其是现在汽车上电控装置越来越多, 空调、发动机等都会对电源产生较大影响。不仅电压变动范围大, 而且混杂有大量干扰信号和尖峰脉冲。如果电源质量差, 会明显影响电子器件的正常工作, 导致ECU和汽车防滑控制系统产生误动作。因此电源管理模块的性能十分重要。选用IMP708芯片, IMP708是由IMP公司生产的具有低功耗、对电源进行监测和管理功能完善的集成芯片。在上电、掉电和管理期间都会产生复位操作。可以进行手动复位, 而且各有一个高电平和一个低电平的复位信号, 这些正好地满足了89C196KC和89C51的要求。
3.5 双CPU通讯电路
C PU之间的通讯是采用双C P U必然要面临的问题, ECU中的两个CPU担负着各自的控制任务, 独立地完成既定的功能, 在一个CPU出现问题时, 另一个CPU应该能够迅速清理现场, 恢复汽车常规制动。但是俩个CPU之间又是相互合作的关系。它们之间有一些数据是必须经过交换之后才能正常的作出控制动作。
3.5.1 C P U之间的数据传输
在单片机87C196KC和89C51中都有一个标准的串行口, 双CPU之间的联络通过它来实现数据串行传输。正常情况下, 双CPU之间进行必要的数据交换, 如主CPU当前的工作状态、命令信号、握手信号等通过双CP U之间的数据传输传送到从C PU中, 而从CPU当前的工作状态、故障信号、握手信号等通过双CPU之间的数据传输传送到主CP U中, 在一个C PU出现故障而不能正常工作时, 则另一个CPU不能接受到握手信号, 在经过确认之后, 把有故障的CPU复位, 这样就使得ECU的自我诊断能力大大加强。
3.5.2 C P U之间的逻辑通讯
在电控单元中, 有一些重要的部件是受两个CPU同时控制的。只有他们同时同意时, 部件才能工作。如控制电磁阀的继电器, 两个CPU都可以把他关闭, 也就是说, 当某一个CPU发现故障时, 或者有其他回复常规制动的必要时, 都可以切断电磁阀电源。为了减少两个CPU之间的频繁交流而增加CPU的开销。利用外接可编程逻辑器件, 实现端口逻辑通讯。如图6所示, 本E CU选用的是达林顿管矩阵ULQ2003L。
ULQ2003L达林顿管矩阵由美国德州仪器公司生产的高电压、大电流达林顿晶体管矩阵。包含有7对NPN达林顿管, 兼容TTL和CMOS电路。
3.6 线路板的设计
线路板采用国际流行的双面印制电路板, 设计软件是Protel99, 线路板布置过程中, 为减少电磁兼容性方面的问题, 提高系统的可靠性, 着重考虑以下几点。
●尽量将大电流器件和小电流器件分开, 地线也分开设计, 最后利用磁珠的特性连接共地。
●采用模块化设计, 各个功能模块单独放置, 这不但有利于消除电磁干扰, 也便于进行电路检查、改进设计、优化结构。
●地线和电源线尽量加粗, 在空的位置上用电源线或地线填充, 以消除信号的不必要波动。
●将互相关联的器件尽量靠近布置。
●为了尽可能缩小ECU的体积和重量, 提高生产率和可靠性。所有器件全部采用表面贴片元件。
4 结语
上面的电路是设计中主要部分, 此外, 还设计了轮速输入处理电路、故障报警电路、故障码存储和读取电路等其它电路。由于涉及太多的细节, 在这里不再一一说明。总体上经过试制和装车运行后, 本设计汽车防滑系统电控单元较好地实现了其控制功能, 正如ABS基本成为汽车必装装置一样, 虽然现在汽车防滑控制系统还很少或仅作为选装装置, 目前也还没有自主知识产权的汽车防滑控制系统, 但相信不久的将来自主知识产权的汽车防滑控制系统在汽车上将会得到更广泛的应用。
摘要：本文阐述了汽车液压防滑控制系统构成、控制原理、电子控制单元的设计, 核心部件采用双CPU结构, 通过相互通讯保证程序的正常运行, 通过相互监控保证制动的稳定性。此外, 电磁阀、电机的驱动和检测、电源监控模块等电路共同组成本电子控制单元, 通过装车运行, 证明了本防滑控制系统双CPU电子控制单元设计的成功。实现了防抱死制动系统 (ABS) 和驱动防滑控制系统中的电子差速锁 (EDS) 的功能。
关键词：汽车防滑控制系统,ABS与ASR,电子控制单元,双CPU
参考文献
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[4]张培仁.MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社, 2003.
液压油污染的控制 篇2
【关键词】液压系统 ； 黏度 ； 污染控制
【中图分类号】G71 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2014）27-0302-01
液压油是液压系统的重要组成部分，在液压系统中起着能量传递、系统润滑、防腐、防锈和冷却等作用。通常对液压油的质量要求有如下几点：
1.适宜的粘度。
这就要求在使用的温度变化范围内，液压油黏度变化要小，即黏温特性要好。黏度是衡量液压油的重要指标，黏度小了会使泄漏增大，降低容积效率；黏度大了，会使黏性摩擦损失增加，甚至可能引起气蚀或卡死现象。选择适宜的黏度，可确保在工作温度发生变化的条件下能准确、平稳地传递动力，并能保证液压元件的正常润滑。
2.良好的润滑性能。
这要求生成的油膜强度要高， 以保证液压泵、液压马达、液压缸和控制阀的运动表面在高压、高速、高温的条件下得到正常的油液润滑，各运动元件之间不易形成干摩擦，减少磨损。
3.防锈性能好。
在液压设备长期停车或长期库存时，液压元件容易产生锈蚀，这就要求液压油具有较好的防锈性能，以防止金属表面锈蚀。
4.抗氧化性能好。
液压系统工作时，随着油温逐渐升高，油液越来越容易氧化变质，会生成胶泥、沉淀、渣滓，污染系统，影响系统正常工作。良好的抗氧化性能使油液在高温高压条件下不易氧化变质，能保持原有的化学成分不变，延长使用寿命。
5.良好的抗乳化性。
抗乳化性好的油液能与混入油中的水迅速分离，以免形成乳化液，导致液压系统金属材质的锈蚀和降低使用效果。
6.闪点、燃点要高，凝固点、流动点要高。
在工作温度范围内，闪点、燃点要高，以满足防火的要求，凝固点和流动点要高，保证在较低温度下的使用，最好液压油的凝固点不低于环境最低温度10℃，否则会因温度过低，油液黏度增大，影响启动，甚至不能正常工作。
7.要有良好的相容性。油液应与各种材料不起或少起化学作用，以免变质失效。
在使用的过程中，如果液压油出现变色，变臭，或者在液压油中含有水分、空气、微小固体颗粒及胶状生成物等杂质，表明油液已被污染，继续使用将会影响液压系统的可靠性和液压元件的使用寿命。液压油被污染会大大降低了液压系统工作的可靠性和寿命，耗费油液，引起系统故障，造成经济损失。因此，采取相应的措施对油液污染加以控制，以保证液压系统正常可靠的工作是十分必要的。常用的措施有：
液压油的存放。液压油应存放在防风、防雨和防尘的仓库中，并且要保持周围环境的干燥，防止油桶生锈。
消除残留物污染：清除系统各元件在加工和装配过程中残留的污染物。
液压系统在组装前后，必须对零件进行严格的清洗。对初装好的液压系统作循环冲洗，并定时从系统中取样分析，循环冲洗直至系统清洁达到要求方可。
减少外界的污染：液压油在使用过程中会受到环境的污染，改善设备的运转环境，加强粉尘治理，减少工作现场的粉尘，都可减少污染。
例如，油箱通大气处要加空气滤清器，防止灰尘和磨料的侵入；向油箱加入油液前，液压油应有足够的时间进行沉淀，一般不低于24小时；向系统中加入油液时，入油口应配有过滤装置，进行初滤；若在修理液压设备时，系统中油需放出，在放出时应经过过滤器进入油桶，经过沉淀再按要求加入系统；更换液压油时，应使系统中油液尽量排出，尤其是管路和液压油缸中所存的油液，都要排除干净。
采用过滤精度较高的过滤器：应根据系统需要，在系统的有关部位设置适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。
过滤器是液压系统中控制油液污染的重要元件，过滤器的应用必须保证过滤精度，符合系统的使用要求，由液阻引起的压力损失应尽可能小，并且过滤器有足够的油垢容量，并定时对过滤器进行检查和净化。合理选择过滤器是控制系统污染的主要措施，也是极为有效的措施。
控制系统的工作温度：液压油工作温度过高对液压系统的工作元件不利，同时会使液压油加速氧化。一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，在没有特定要求的情况下，可优先考虑选用調速回路温升小、效率高的体积式调速回路，也可用扩大油箱容量和通风自然冷却来缓解油温的升高，另外当系统功率损失较大，发热量大而结构又不允许有较大的油箱容量的情况下，可采用冷却器进行强制冷却。
定期检查和更换液压油：液压油在使用过程中，污染物的侵入会对液压系统造成不良的影响，对液压系统的液压油要定期检查分析，并定期更换液压油。更换液压油时必须将旧的液压油放净，整个液压系统先清洁，再注入新的液压油。
了解液压系统对液压油的要求，懂得液压油污染的防治控制措施，能提高液压设备运行的可靠性和经济性，延长元件和设备的使用寿命，保证设备的安全运行，确保液压系统处于最佳性能状态。
参考文献
[1]刘延俊.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2002
[2]毛祖格.液压技术.北京：中国劳动社会保障出版社.2007
液压动力单元分析与测试 篇3
关键词：液压动力单元,串励电机,PWM原理,性能测试
液压动力单元 (Hydraulic Power Unit, 简称HPU) 如图1所示, 由电机、液压泵、集成阀块、外挂阀块、液压阀及各种液压附件 (如:蓄能器) 等集合而成。
电机通常有复励电机, 串励电机, 变频电机等, 液压泵通常选用齿轮泵、叶片泵等。与实现同样原理要求的常规液压站相比, 它具有结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、性能可靠、外形美观、无泄漏、价格便宜等优点。
目前, 该产品已广泛应用于汽车尾板、电动清运车、电动清扫车;升降平台、拆胎机、举升机, 及生产线上各种液压驱动装置和液压系统等。但是与国外同类相关品牌比较, 还存在较大的不足, 例如寿命短, 容积效率低, 噪音大等。
1 方案分析
液压动力单元作为高空作业车的动力源, 在使用过程中有几个重要特点。
1) 动力单元为高空作业车的升降提高动力, 其主要特点为高压力、大流量。因此选择动力单元时其最大功率应满足高空作业车升降要求。
2) 动力单元为高空作业车转向提供动力, 其主要特点为小压力和小流量, 这就需要在选定的动力单元后采取一定的措施, 如限流, 节流, 降低电机转速来满足转向的要求。
3) 高空作业车的行走一般可以由电机驱动或液压马达驱动, 当用液压马达驱动时, 动力单元为行走提供动力, 其主要特点为大流量和较小的压力。
根据以上特点:可以组成几种调速方案, 以满足高空作业的需要。
第一种调速方案为节流调速回路是由复励电机, 定量齿轮泵、溢流阀、节流阀或流量阀和执行元件等组成。
其主要特点为通过节流法来调节多余流量, 如用流量阀取代节流阀, 能改善速度的负载特性, 提高速度的稳定性, 但同时其能量损失将进一步增大, 基本的液压原理如图2所示。
第二种调速方案为采用串励电机来取代复励电机, 直流串励电机的结构如图3所示, 电磁转矩的大小与磁极磁通、电枢电机成正比, 即:
式中:
T为转矩;
CT为电机常数;
Φ为每极磁通;
Ia为电枢电流。
串励电机的励磁绕组和电枢绕组串联, 所以I=Ia=If是同一电流, 当磁路未饱和时, 可以认为磁通Φ与电枢电流Ia成正比即:
式中:k为比例常数。
把式2) 代入1) , 可得到串励电机的电磁转矩为:
式3) 表明电磁转矩与电枢电流Ia的平方成正比。
串励电机的转速为:
式中:
U为电机两端的电压;
CE为电机的常数;
Ra为电枢绕组的电阻;
Rf为电磁绕组的电阻。
上式说明在转矩T一定的情况下, 串励电机的转速与其两端的电压成正比, 因此, 只需要计算出各种动作模式需要的流量, 再根据流量等于排量乘以转速, 换算到转速, 再由转速换算到电压, 所以只要调节串励电机两端的电压, 就可以得到需要的流量。直流电机采用开关驱动方式。
开关驱动方式是使半导体器件在开关状态, 通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压, 实现调速。
2 PWM控制原理
PWM (脉冲宽度调制) 是通过控制固定电压的直流电源开关频率, 改变负载两端的电压, 从而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中, 按一个固定的频率来接通和断开电源, 并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的, 从而来控制电动机的转速。
PWM波形如图4所示:
设电机始终接通电源时, 电机转速最大为Vmax, 设占空比为:
则电机的平均速度为:
其中, Va指的是电机的平均速度, Vmax是指电机在全通电时的最大速度, D是指占空比。由上面的公式可知, 当我们改变占空比D时, 就可以得到不同的电机平均速度Va, 从而达到调速的目的。严格来说, 平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系, 但是在一般的应用中可以将其近似地看成是线性关系。
在PWM调速时, 占空比D是一个重要参数, 调整占空比的方法通常有定宽调频法, 调频调宽法和定频调宽法, 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期 (或频率) , 当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时, 将会引起振荡, 因此这两种方法用的较少, 目前在直流电机的控制中, 主要适用定额调宽法。
其控制的基本原理如图5所示:
在高空作业的操作过程中, 输入信号主要有转向信号和起升信号。在《液压动力单元特性分析研究》一文中已经对串励电机连续起升5次作了分析, 本文将对高空作业车连续转向30次来测试电机的升温, 同时验证PWM控制方法的正确性, 其试验如图6所示:
30次连续转向的结果如图7所示:
以上试验结果表明, 动力单元两端电压为6v时就能满足高空作业车转向时所需要的流量, 连续动作30次电机电刷温度在137度左右, 能完全满足设计要求。
3 结论
通过以上分析, 综合分析两种的方案, 得出结论为第二种更加优秀。其主要表现为:
1) 在回路结构来看, 第二种方案中可以不使用流量阀, 从而节约了成本, 由于没有流量阀, 避免了节流损失, 从而提高了整体的效率。
2) 对于不同型号的高空作业车, 可能需要有不同的流量, 但是当采用第二种方案时, 只需要选择一个动力单元能满足其最大流量、压力性能要求, 其余型号的高空作业车只需要通过PWM来控制串励电机的速度就可以了, 这对软件来说相当方便, 为实现大批量, 相互之间的互换性提供可能, 从而进一步节约成本。
参考文献
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液压系统泄漏的因素与控制 篇4
【关键词】:液压系统固体颗粒 密封件质量保证
中图分类号:TH137 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-08-0184-02
一、泄漏的危害
三漏(漏油、漏水、漏气)问题到目前为止仍旧是工程机械的顽疾,尤其是液压系统泄漏影响着系统工作的安全性、可靠性,造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损,因此,对液压系统的泄漏我们必须加以控制。
二、泄漏的因素
通常液压机械所用的液压油,均由于使用与管理的不当,使可继续使用的油成为废油,不但造成无谓的浪费,增加了维护成本,更造成环境的污染。几乎所有的液压系统的泄漏都是在使用一段时间后由于以下几个原因引起的:(1)液压系统固体颗粒污染,导致密封件及配合件相互磨损;(2)设计及制造的缺陷;(3)冲击和振动造成管接头松动;(4)油温过高及橡胶密
封与液压油不相容而变质。
三、泄漏因素及控制措施
(一)液压系统固体颗粒污染的分析和控制
1.液压系统污染物的来源液压系统的污染源主要有潜在污染物、再生污染物和浸入污染物。液压系统中的污染物的类型大致可分为固体颗粒、空气、水、化学物质和微生物等,其中,固体颗粒污染发生的最为普遍。
2.固体颗粒的危害与产生的原因 (1)固体颗粒的组成
主要由剥落物、胶质、金属粉末、空气中带来的粉尘、砂子、研磨粉、沉积物和纤维等组成。
(2)固体颗粒的主要来源
①系统硬管管道内壁附着的片状铁锈,酸洗后残留在管内的化学药品类;②硬管在切割和套丝等加工过程中存留的铁屑;③密封件、密封圈残渣;④高压软管总成内部灰尘及部分接头部位残留胶状碎片;⑤液压系统装配现场由于环境因素进入管道内部的石子、尘土等,这种情况并不多见;⑥液压元件内部存留的型砂残留物、加工铁屑、密封残渣等。
(3)固体颗粒污染的危害
①粘着和堵塞过滤器孔眼和各种间隙、通道,从而使液压泵运转困难,产生气蚀和躁声;②破坏润滑油膜,增大机器的摩擦力和磨损。磨损会导致液压元件产生泄露,效率降低,使用寿命缩短甚至损坏;③加速密封材料磨损,增加外泄漏量;④部分或全部堵塞液压元件的孔隙,使控制元件动作失灵;⑤固体颗粒中的金属和金属化合物粒子会对油液的氧化,变质起催化作用,油液的氧化将劣化油液质量,降低润滑性能,导致密封件或运动部件磨损加剧,使泄漏发生。
3.防污措施
(1)设计阶段的污染控制
在设计阶段,应慎重选用易于產生颗粒杂质而污染系统油液的装置、结构等。如从控制固体颗粒污染角度,宁可选凸缘连接结构而少用管接头,因为装配维修时管接头产生大量磨屑;油箱呼吸口设计位置高一些,并尽量掩蔽些,以防雨水和灰尘侵入;软管可选用加衬里的油管等等。在设计阶段最重要的是滤油器的设计和选择。
(2)制造阶段的污染控制
外携外购件如各种阀、高压软管、缸等以及液压油要严格进行进厂检验。关键件需进行加载、抛光和清洗。除外购的液压元件以及一些软管外,在现场配制的液压管道必须经过酸洗除锈。管道按以下工艺流程进行:脱脂、酸洗、中和、钝化、干燥、涂油、封闭。酸洗前应将经过脱脂处理后的管子用净化压力水冲去关内外壁的碱性溶液和洗去油污。所有密封面、丝扣等必须涂油覆盖以后才能进行清洗。
(二)密封件质量保证
1.减少动密封件的磨损(1)消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧载荷;(2)用防尘圈、防护罩和橡胶套保护活塞杆,防止磨料、粉尘等杂质进入;(3)设计选取合适的过滤装置和便于清洗的油箱以防止粉尘在油液中累积;(4)使活塞杆和轴的速度尽可能低。
2.设计及制造缺陷的解决方法
(1)液压元件外配套的选择在液压系统的泄漏中起着决定性的影响。在新产品设计、老产品的改进中,对缸、泵、阀件、密封件、液压辅件等的选择,要本着好中选优、优中选廉原则慎重的、有比较的进行。
(2)合理设计安装面和密封面。当阀组或管路固定在安装面上时,为了得到满意的初始密封和防止密封件被挤出沟槽和被磨损,安装面要平直;密封面要求精加工,表面粗糙度要达到0.8μm,平面度要达到0.01/100mm,表面不能有径向划痕,连接螺钉的预紧力要足够大,以防止表面分离。
(3)在制造及运输过程中要防止关键表面磕碰、划伤,对装配调试过程进行严格监控,保证装配质量。
3.减少冲击和振动
(1)使用减震支架固定所有管子以便吸收冲击和振动;(2)使用低冲击阀或蓄能器来减少冲击;(3)适当布置压力控制阀来保护系统的所有元件;(4)尽量减少管接头的使用数量,管接头尽量用焊接连接;(5)使用直螺纹接头,三通接头和弯头代替锥管螺纹接头;(6)尽量用回油块代替各个配管;(7)针对使用的最高压力,规定安装时使用螺栓的扭矩和堵头扭矩,防止结合面和密封件被蚕食;(8)正确安装管接头。
4.对静密封件的要求
静密封件在刚性固定表面之间防止油液外泄。合理设计密封槽尺寸及公差,使安装后的密封件到一定挤压产生变形以便填塞配合表面的微观凹陷,并把密封件内应力提高到高于被密封的压力。
5.控制油温防止密封件变质
密封件过早变质可能是由多种因素引起的,一个重要因素是油温过高。温度每升高10℃则密封件寿命就会减半,所以应合理设计高效液压系统或设置强制冷却装置,使最佳油液温度保持在65℃以下,工程机械不许超过80℃。
四、结论
泄漏产生的原因和主要部位在液压系统中,从元件到辅件,从油箱到液压泵、液压缸等各个环节,都可能存在泄漏问题,造成泄漏的原因也很多,本文强调以下几个方面:(1)振动和冲击。(2)由间隙变大而使产生泄漏或者使得泄漏增加。(3)从实际维修中发现,液压系统中的颗粒物污染是加剧间隙增大和密封件失效的重要原因。
参考文献:
[1]徐灏.机械设计手册(第五卷).机械工业出版社出版,1995.
[2]马福安.机修手册(第7卷、第8卷).机械工业出版社出版,1993.
液压控制单元 篇5
设计的专用液压机主要由机械主机、液压系统和PLC电气控制三部分组成。机械主机由左、右折弯机构, 压板机构及机架等组成。左、右折弯机构和压板的运动由液压缸驱动。液压系统油路采用集成连接方式, 考虑到左、右折弯的平稳性, 液压系统采用双联泵供油。控制系统选用CPM2A230CDR2D型PLC, 采用PLC控制的优点是结构简单、维护方便、抗干扰能力强等。
2 工作原理
液压系统的电磁铁动作顺序表见表1.专用液压机由两种工作状态, 即自动循环和手动状态。液压系统和电控系统的自动循环工作原理为:接通系统电源后, 按下启动按钮SB1, 泵站电动机启动, 电磁铁YA6通电, 液压系统处于卸载状态。装料后, 按下循环启动按钮后, YA6断电, YA5通电, 压紧缸伸出使压紧板压下, 压紧棒料并压下行程开关ST1后, 完成夹紧工序。同时开始下一工序, YA1和YA3一起通电, 左侧和右侧液压缸同时伸出带动左、右折板同时折弯, 都折到位并压下相应的行程开关ST2、ST3后, YA1和YA3断电而YA2和YA4通电, 左侧和右侧液压缸回缩带动左、右折板同时开始退回初位, 退回到位并压下开关ST4、ST5后, YA2、YA4和YA5断电, 压紧缸回缩带动压紧板快速退回, 压下开关ST0后, 电磁铁YA6通电系统卸载, 完成一个自动循环。工人卸料、装料后, 按下循环启动按钮, 又开始下一个循环。
手动动作可以实现对专用液压机的每个动作的单步运动控制, 以便于对专用液压机工作状况或出现故障时的调整与调试。在生产加工过程中, 很少使用手动动作。
3 设计要求
设计要求如下:
加工原材料为直径12-41.5mm的金属棒料;
产品有3个弯曲段, 要求1次挤压弯曲成型;
适用于十余种不同尺寸和挤压角度形状;加工过程中, 产品表面不能出现压痕;加工生产率要求一次挤压过程中实现5-10根金属棒料同时挤压成型;
生产周期要求一次加工成型时间不超过15S;
系统工作能力可调, 最高综合生产能力达到15000件/8小时;
要求成型的产品有很好的平面度, 每个折弯处的圆弧度要小。
4 控制要求
对所设计的专用液压机的控制要求是:
(1) 要能够实现工作的自动化控制。
(2) 要能够实现单步动作的控制, 以便于专用液压机的调试与调整。
互锁控制要求是:
(1) 在每次自动动作后, 泵站能够自动卸载, 以保证工人装卸工件时的安全。另外, 减小系统的功率损失, 避免液压系统发热过多, 造成液压油液早期劣化, 并能保证泵的使用寿命。
(2) 每当按下自动动作按钮, 系统卸载停止, 折弯机自动循环动作。
5 控制方案设计
5.1 硬件配置
考虑到折弯机的工作不太复杂, 工作相对比较稳定, 安装好后不需要频繁移动机体, 以及经济因素等, 选用PLC的类型为Siemens200CPU226, 有24个输入点, 16个输出点, 属于继电器输出型, 直流24V供电。控制系统控制液压系统液压油的流向, 按顺序实现专用液压机的动作, 并制作电气控制柜。为了缩短工作循环时间, 设计左侧缸和右侧缸同时工作, 在工作都到位后, 又同时缩回。PLC控制系统主要接收主机上的行程开关信号, 通过继电器实现对电磁铁的通、断电控制。
5.2 梯形图
按照上述配置可画出控制系统的梯形图, 进而转换成程序语句。
5.3 控制柜面板上的按钮布置
为了实现控制要求操作, 在控制柜控制面板上设置了一些按钮, 各个按钮的功能是:
(1) 电源按钮。包括1个电动机启动/停止按钮, 1个电源控制按钮和1个急停按钮。并配置2个指示灯, 表示电源是否正常工作。
(2) 手动按钮。包括慢速压紧/松开、左折、左退、右折、右退和卸载7个按钮。
(3) 自动按钮。当系统调整好, 给定电源后, 每按下1次按钮, 可完成1次整个循环自动动作。
(4) 拨位开关。控制柜面板上有2个拨位开关, 分别用来实现手动/自动以及120°/90°左折弯切换。
6 结语
为了实现左右折弯的平稳性, 采用了出口节流调速回路。液压系统采用双联泵供油, 以实现左右折弯液压回路压力和速度的独自调整, 互不干涉。为了减小功率耗损, 液压系统采用了电磁溢流阀卸载回路。研制的专用液压机主机结构新颖, 工作可靠、效率高, 可将不同直径的棒料折成不同形状的产品, 并能实现一次三弯折弯成型, 本文设计的PLC控制系统可靠, 且可靠性高, 性能稳定, 操作方便。
参考文献
[1]刘俊等.基于PLC的液压机控制系统设计[J].机械制造与自动化, 2010.
带钢厂液压剪液压站电气控制设计 篇6
关键词：液压剪,自动打压与卸荷,故障报警
引言
南京钢铁股份有限公司带钢厂(以下简称“带钢厂”)4号液压站原先主要用于给卷取区两条生产线液压剪、五辊张力机、助卷辊、卷取以及拨卷等液压设备提供动力系统。随着带钢厂品种钢的开发和生产节奏的加快,两台液压剪同时剪切所需流量为470L/min;单台液压剪+卷取同时动作所需流量为355L/min;2台卷取同时动作所需流量为240L/min等等,而系统可供总流量为362L/min(泵170L/min+蓄能器40×8×0.6L/min),且2条线共计13台油缸,工作频次较高,蓄能器无法充满,可供油远低于(40×8×0.6L/min)192L/min,因此,系统可供流量低于362L/min,泵站频繁打压,现场时常出现供油不足的情况,生产不能稳定有序进行,设备维护费用高,故障频发。
1 新建液压站方案
经过改造可行性方案分析可以看出,卷取区域液压缸工作状况使用流量较大的液压设备主要集中于2台液压剪油缸,因此从投入成本角度考虑,异地新建独立液压泵站供2台液压剪使用方案较优。在满足系统需要的基础上保持与原液压站设备通用性,以达到尽量利用现有备件,节约成本,所以改造新建泵站参数为:液压泵型号为PV2R3-116型叶片泵,电机型号为Y200L-4,30kW,NXQ-40蓄能器8组,系统流量170L/min,压力5~8MPa,油箱容积为2160L。经测算能满足系统需求并且有较大的富余。
2 电气系统设计实现
2.1 电气实现目标
利用对现有的西门子S7-200PLC硬件系统的扩展和编程,实现可编程控制器对新增液压站系统的电气控制,要求如下:
(1)实现对液压站系统自动打压与卸荷功能,保证液压系统压力维持在5~8 MPa之间。新增液压站系统采用的是“一用一备”两个泵控制,由泵启动按钮启动所选的工作泵后,通过压力继电器检测系统压力,如果系统压力低于5MPa,则工作泵对应的电磁溢流阀得电打压;当压力继电器检测到系统压力高于8 MPa,则工作泵对应的电磁溢流阀失电卸荷。电磁溢流阀依照上述条件循环反复动作,从而保证液压系统压力维持在5~8 MPa之间。泵停止按钮可以实现工作泵停止工作。
(2)在液压站系统自动控制功能无法实现的情况下,系统可通过手动功能实现短时间持续打压状态,保证生产的顺利进行。当压力继电器出现故障时系统将无法实现自动打压与卸荷功能,为了临时维持生产的顺利进行,可以通过人工调整电磁溢流阀的溢流值约在6 MPa左右,并用手动功能实现电磁溢流阀一直处于得电打压状态。但不能长时间工作,以防止电机一直处于过载状态而烧毁。
(3)具有故障检测、报警、查询功能。
该系统具有液压油温高于60℃、液位高于-150mm、液位低于-650mm、吸油过滤器阻塞等故障的指示灯闪烁报警功能,如果发生液位低、开关跳闸等会直接影响到生产的故障信号,将通过网络远程送到主控楼进行声响报警和WINCC报警查询,以便维修人员及时处理故障。
2.2 控制需求分析与硬件设计
PLC新增程序需实现新增液压站自动状态下打压与卸荷功能,手动强制打压以及故障报警功能,设计中对以上控制功能必需的信号进行设置。根据液压站控制功能的特点,主要完成对PLC输入、输出点数的确定,如表1所示。
2.2.1 输入部分
(1)泵与电磁溢流阀控制开关按钮输入信号。用于泵控制的信号有:泵选择开关I2.4选3#泵、I2.5选4#泵,泵启动按钮信号I2.6,泵停止按钮信号I2.7。用于手动状态下强制电磁溢流阀打压的动作信号有:3#泵对应的3#电磁溢流阀3DT手动开关信号I1.3,4#泵对应的4#电磁溢流阀4DT手动开关信号I1.4。
(2)液压系统运行与故障报警信号检测。用于控制系统实现自动打压与卸荷动作的检测元件压力继电器信号:油压高于8 MPa动作信号I2.0,油压低于5 MPa动作信号I2.1。通过主回路交流接触器是否吸合来判断液压泵已运行的信号有:3#泵已工作I3.2,4#泵已工作I3.3。用于液压系统的故障报警检测的信号有:电源开关联锁I1.5,液位高I2.2,液位低I2.3,油温高I3.0,过滤器阻塞I3.1。
2.2.2 输出部分
(1)泵与电磁溢流阀输出控制,3#泵、4#泵的输出控制是由PLC输出点Q5.0、Q5.1驱动继电器控制主回路交流接触器的吸合完成电机运行。3#、4#电磁溢流阀的输出控制由PLC输出点Q5.2、Q5.3驱动继电器控制电磁溢流阀线圈得电动作。
(2)液压系统运行及故障报警指示灯显示:油温高灯显Q4.2、油位低灯显Q4.3、油位高灯显Q4.4、过滤器阻塞灯显Q4.5、3#泵灯显Q4.6、4#泵灯显Q4.7。
通过分析,可以得出程序实现需使用15个输入和10个输出,原液压站使用的西门子S7-200PLC的PLC剩余3个输入和8个输出,所以现有PLC输入、输出点不能满足需求。又查该PLC类型是CPU224 1.22版可扩展7个模块,已经使用了3个模块,还可以再加输入模块EM221和输入输出模块EM223,这样输入点增加到15个、输出点增加到12个,可以满足系统需求。系统的PLC配置示意图如图1~3所示。
2.3 逻辑分析与程序设计
确定系统的硬件设计后,根据液压站系统的控制设计要求,对各个输入、输出的逻辑关系进行分析,完成系统程序的编写。
2.3.1 液压泵启动与停止程序的逻辑分析
液压泵启动与停止程序如图4所示,由泵选择开关选择3#泵或4#泵工作,然后通过泵启动按钮实现泵启动运行,泵停止按钮实现泵停止运行。
2.3.2 液压系统自动打压与卸荷、手动打压等功能实现逻辑分析
液压系统自动打压与卸荷、手动打压程序如图5所示,以3#泵工作分析液压系统的逻辑控制,电磁溢流阀3DT得电实现液压系统的打压控制。在手动I1.3状态下可优先使电磁溢流阀3DT动作,并可在3#泵停止时检测电磁溢流阀3DT回路有无问题。在自动状态下,3#泵必须运行后由压力继电器的油压高、低信号切换控制电磁溢流阀3DT循环动作,实现液压系统的自动打压与卸荷功能。为防止电源开关跳闸后,系统因检测不到油压高的信号一直处于打压状态,在程序控制中加入了电源开关跳闸连锁信号,保证系统在发生电源开关跳闸后一直处于卸荷状态。
2.3.3 液压系统故障的远程声响报警功能及WINCC人机界面的实现
带钢厂4号液压站的S7-200PLC依靠EM277通讯模块通过PROFIBUS网与远端主控楼S7-400PLC相连。这样S7-200PLC的V变量与S7-400的组态输入、输出信号就建立了一一对应关系如下:V4.0<->I128.0、V4.1<->I128.1、V4.2<->I128.1,在S7-400程序中实现远程故障声响报警功能,然后S7-400通过以太网通讯将故障信号送入WINCC系统用于报警记录和查询,如图6~8所示。
2.4 电气主回路设备选型与设计
电气主回路主要是为液压泵的电机运行提供供电系统,由空气开关、交流接触器组成;空气开关实现主回路的短路保护和过流保护,交流接触器用于实现远程控制功能。从设备的通用互换性考虑,新站与旧站使用了同一型号液压泵电机,因此电气设备选型可参考旧站。新增液压站电气主回路图如图9所示。
主回路空气开关:60A×1.3=78A(其中60A为30kW电机估算负载电流,旧液压站30kW电机实测启动电流为60A,工作电流为35A),选额定电流为80A的空气开关,型号为DZ20Y-100/3300 80A,同时主回路交流接触器也相应的选取额定电流为80A,型号为施耐德LC1D80M7C线圈电压220V。
主回路电缆:80A电流必须选取10mm2以上的电缆,故主回路电缆选16mm2铜芯电缆。
2.5 电气控制回路设计
新增液压站电气控制回路图a(如图10所示)包括液压站各种检测输入信号和PLC输出点驱动继电器用于控制3#泵、4#泵工作的交流接触器线圈。为了输入检测信号的稳定可靠故柜外现场采用220V电源,进入柜内经过220V继电器线圈隔离,再采集继电器触点动作信号送入PLC输入点,避免控制柜外线路接地引起控制柜内PLC输入端电源故障。新增液压站电气控制回路图b(如图10所示)是PLC输出点驱动继电器直接控制电磁溢流阀工作,其电磁溢流阀线圈由单独24V电源模块供电。从方便故障处理的方面考虑,继电器选用可插拔式,其继电器底座型号为欧姆龙MY4IN-D2,继电器型号为欧姆龙MY2NJ,220V或24V。
3 实际应用与改进方法
该设计电路实施应用于实际生产以后能满足生产的控制需要,但也遇到了一些难题。由于液压剪剪切时所需的流量大,常常使系统压力瞬间降低到5 MPa以下,导致压力继电器的低压点不动作、系统不打压的故障发生。通过现场观测发现,当系统压力从油压高点8MPa不打压后如果液压剪剪切3次,系统的压力将降低至4MPa左右。为此在程序中增加了液压剪从油压高信号动作后剪切计数3次发一个自动打压的脉冲信号,以防止压力继电器低压点失灵后引起系统不打压故障的发生。经过程序的改进后未再发生系统自动控制中不打压的故障,从而通过软件控制解决了硬件故障的难题。程序如图12所示。
另外,考虑到延长继电器的使用寿命和提高电气回路的可靠性,所有继电器触点由原来单独使用改为双并后使用。
4 结束语
经过3年多的运行情况表明,该系统实现了新增液压站电气自动控制的目标,满足了生产的实际需求,减少了新增电气柜成本投入,达到降本增效的初衷。同时在电气回路设计的可靠性、经济性以及出现故障时可以灵活处理问题等方面积累了宝贵的经验。
参考文献
[1]仲明振.电气传动自动化技术手册(第3版)[M].北京:机械工业出版社,2011.
液压控制单元 篇7
1. 油箱结构
全液压推土机油箱箱体由钢板焊接而成,其上部设有呼吸器、滤网、吊环、油箱盖,底部设有放油阀、安装座,前部设有吸油法兰、回油法兰、油位计,箱体内腔设有回油管路、加强筋等。全液压推土机油箱结构如图1所示。
2. 污染原因
油箱内腔在制造和装配过程中可受到多种污染,通过调研分析,我们找出了造成油箱内腔污染的4种主要原因:
一是在焊接过程中,由于过程控制不严格,焊接后油箱内腔的焊渣、焊豆等杂质较多且难以清理,给油箱内腔造成较大污染。
二是油箱局部结构存在设计缺陷,例如没有预留出气孔,在酸洗、磷化及电泳等工序过程中,其内腔顶部容易产生“憋气”现象,“憋气”面积可达油箱内顶板面积的1/5以上,“憋气”部位可产生锈蚀,由此可导致液压油污染,如图2所示。
三是油箱在焊接、磷化、电泳、清洗及装配等工序之间周转时,没有对其各油口和法兰接口采取有效防护措施,使杂物进入油箱内腔,造成污染。
四是组装油箱时,现场环境不能保证箱体内腔及油箱零部件保持清洁状态。例如现场粉尘比较严重且控制不到位,滤网等零部件直接放到地面上,或暴露于有尘土的空气中,由此给油箱内腔造成污染。
3. 污染控制措施
为减轻油箱内腔的污染,保持其内腔清洁,我们针对造成油箱内腔污染的主要因素,研究并采取了4项控制措施,如下所述。
(1)改进焊接工艺
调整焊接方法及参数原采用CO2体保护焊焊接油箱,具有成本低、生产效率高、抗裂性能好等优点,但存在焊接飞溅大、焊缝成形差、清理飞溅困难等缺点,因而不能用于油箱内腔的焊接。现采用Ar-CO2混合气体保护焊焊接油箱,可在较大程度上减少焊接飞溅,提高焊缝成形质量。新设计制定的油箱焊接参数如附表所示。
控制组对间隙根据生产经验,我们将油箱箱体钢板组对间隙控制在0.5mm以内,这样可有效减少焊接过程中在箱体内腔产生飞溅物。油箱箱体钢板厚度通常为4～5mm薄钢板,原采用普通等离子或火焰切割下料,下料精度偏低、直线度难以保证,容易造成组对间隙偏大。为此,我们采用激光或精细等离子数控机床下料,可提高下料精度。采用专用的快速定位夹紧组对焊接工装,以保障钢板组对焊接质量。组对焊接工装及焊接效果如图3所示。
调整焊接顺序将原来先组对焊接箱体后焊接附件,调整为先焊接附件后焊接箱体,以防止焊接附件过程中焊渣、焊豆进入箱体内腔。在组对焊接完每1组板件之前均涂刷防飞溅液,在焊接面板时封闭该面板上的各油口。此外,在每道焊接工序完成后,用吸尘器清理焊渣、焊豆,以使箱体内腔保持清洁。
增设焊前磷化工序油箱组焊前,对已经下料、校平、成形的板材进行磷化脱脂处理,以清除板材表面的油污和锈渍。板材磷化后,其表面形成的磷化膜,可在短期内保护板材不锈蚀,可在板材转运、箱体焊接等工序为钢板提供有效防护。
(2)箱体上增设通气孔
为了避免油箱酸洗、磷化及电泳过程中因“憋气”产生锈蚀,在箱体容易产生“憋气”的部位增设通气孔(工艺孔),如图4所示。在油箱组装时,采用安装螺塞的方式将该通气孔进行密封。
(3)清理和防护
抽查装配现场油箱时,经常发现箱体上法兰盘、吸油管的机加工面存在毛刺。为保证箱体内部清洁,箱体及其内部的机加工零件,均要进行严格打磨清理,以便清除毛刺。为避免转运过程中磕碰、划伤油箱及沾染污物,我们制作了油箱专用转运架,并采用磁力板或胶带对油口进行封闭,如图5所示。
(4)改善组装现场环境
在组装油箱前,用专用工装、设备吸除箱体内腔的杂物及灰尘,使用煤油对箱体内腔进行清洗,以保证箱体内腔的清洁。整个组装过程选择封闭无尘环境,油箱零部件要放置在覆膜保护的备料盒中,装配前还要对工件安装面进行擦拭。严格控制O形密封圈的装配过程,制作专用锂基润滑脂注射工具,将润滑脂精确均匀地注入到法兰面凹槽中,避免润滑脂从装配面进入箱体内腔,造成液压油污染。
4. 控制效果
液压控制单元 篇8
作为液压控制技术的一个重要研究分支, 液压伺服控制系统是自动控制领域的重要研究对象之一, 近些年来, 取得了很多研究成果[1,2,3]。液压伺服控制系统的控制任务是使控制系统的被控制量不受干扰的影响, 使系统的输出能够快速地跟踪系统的输入。随着生产力的高速发展, 要求液压伺服控制系统的反应速度越来越快, 超调量越来越小。
由于液压伺服控制系统具有参数时变性、外负载干扰和非线性, 采用传统的PID控制, 控制效果不是特别理想, 而模糊控制的优点是不要求被控对象有精确的数学模型, 并且对于非线性和不确定性的被控对象可以实现实时控制。本文分别运用PID控制和模糊控制对液压伺服控制系统进行控制, 并通过MATLAB仿真分析说明了模糊控制具有较好的动态和稳态性能。
1 液压伺服控制系统模型设计
先建立液压伺服控制系统的模型, 如图1所示。它由控制器、放大器、伺服阀、液压缸和负载、位置传感器5大部分组成, 其结构如图2所示。
对于非线性的液压伺服系统进行线性化之后, 其传递函数为:
2 PID控制器的设计
传统PID控制器包含一个比例环节、一个积分环节和一个微分环节, 它的输入输出形式可表示为:
其中:e (t) 为PID控制器的输入量;u (t) 为PID控制器的输出量;Kp, Ki, Kd分别为PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数。传统PID控制器是比较古老和经典的控制器, 具有控制精度高、抗干扰能力强等优点, 但是它仅对于线性控制系统适用, 对于非线性控制系统不适用, 如果不知道被控对象精确的数学模型, 传统的PID控制也是不可用的。
3 模糊控制器的设计
定义误差E、误差变化率EC和控制量U的模糊子集均为:
{NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB}.
NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。选取E和Ec以及U的论域均为{-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}, 且假设E和Ec以及U都服从三角形隶属函数曲线分布, 如图3所示。
为使U可以根据E和Ec的变化自我整定, 首先需找出U和E以及Ec的对应关系, 根据以往的专家经验, 可得参数U的模糊控制规则表[4], 如表1所示。
据模糊控制规则表1可以得到参数E和Ec以及U调整规则的条件语句如下:
其中:Mi, Ni, Ui是模糊集合, i=1, 2, …, m。
最后运用Mamdani模糊推理算法和极大极小合成模糊规则来进行模糊推理运算。例如e=p, ec=q, 通过表1可得到U的模糊推理结论是[5]:
其中:表示在集合Mi中对e=p求e的隶属度, 表示在集合Ni中对ec=q求ec的隶属度;表示在集合U中对u=Zp求u的隶属度;表示在集合Ui中对u=Zp求u的隶属度;表示与进行极小运算, 然后与进行极小运算, 最后i从1取到49, 对上述值进行极大运算。
4 MATLAB仿真研究
对图1所示的液压控制系统进行编辑, 并按MATLAB仿真的正确步骤进行仿真。图4给出PID控制和模糊控制的响应曲线。由图4可以看出, 模糊控制较PID控制具有良好的动态和稳态性能。
5 结论
针对具有复杂性和非线性的液压伺服控制系统, 利用PID控制器和模糊控制器的优缺点, 分别对液压系统进行了控制;通过MATLAB仿真的比较分析表明, 该模糊控制器是一种简单而又实用的智能控制器, 具有稳定性好、快速性好、适应性强等优点。
参考文献
[1]刘勇, 王新阁, 孟庆迪.基于MATLAB/Simulink的电液位置伺服系统可视化仿真[J].装备制造技术, 2007 (6) :64-65.
[2]翟爱清, 李琳.MATLAB在电液伺服模糊控制系统仿真中的应用[J].西安科技学院学报, 2003, 23 (3) :287-290.
[3]绍俊鹏, 徐星辉, 马坤.液压伺服系统MRFAC理论及其MATLAB仿真研究[J].液压气动与密封, 2002, 3 (63) :4-5.
[4]闻新, 周露, 李东江.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].北京:科学出版社, 2001.
液压泵的监测控制与应用研究 篇9
关键词：液压泵；系统；监测；控制；应用
随着我国工业的不断发展进步，以及各项制造的不断开展，液压泵在其中发挥着越来越重要的作用，而一些使用过程中的问题也随之不断显现出来。因此，对液压泵的工作过程进行监测，并对其进行正常工作运转进行有效控制就显得极其重要，只有把监测控制的工作做好，才能最大成都地发挥液压泵在工业项目、生产制造等领域的作用，让其在生活中发挥更加广泛的应用。
1.液压泵使用过程中的常见故障
由于液压泵体对低温的耐受力不强，动臂油缸内壁密封性有待提高，操纵阀强度不够高等因素，液压泵在使用过程中难免出现故障影响泵的正常使用，下面将列举一些液压泵在使用过程中出现的常见故障：
1.1.液压泵油箱内的油面偏低，导致液压泵不能正常运转。
1.2.溢流阀调整的压力过低，致使出现溢流阀损坏等现象。
1.3.液压泵在提升的过程中，速度缓慢，且在提升时机体出现抖动，无法进行重负荷提升作业。
1.4.有脏污堵塞进油管，致使油液无法通过管道进入机体，进一步形成压力油排出至执行元件。
1.5.叶片泵变量机构动作迟钝，偏心量为零。
1.6.柱塞泵变量机构制造精度不够，配置间隙太小不够合理，内部存在较大的摩擦致使机构无法正常运转，出现噪声及机器内部的损坏。
1.7.主动轴损坏，外部空气进入液压系统使系统内部正常压力改变，无法有效地对油液进行吸入和排出。
1.8.动臂油缸发生漏油现象，机体无法操作。
通过以上对液压泵故障的描述，我们容易发现液压泵在工作进程中容易出现许多问题，因此我们需要对其进行定期地监测，并有效控制以确保其工作的正常高效，同时也可以提早发现故障以防止对液压泵机体造成更加严重的损害，从而降低损失，提高工作的质量和效率。
2.对液压泵进行监测控制的可取手段
2.1.在液压系统的工作运行中，可观察执行机构的运动速度，若速度产生变化，则代表液压泵的运行出现故障。另外，还可监测系统各个测压点的波动范围、看液压泵油箱中油的清澈程度，油量的多少及粘度来反映推测整个系统的工作状态。
2.2.实时监控硬件的情况，例如系统的接口，内壁出有无渗漏现象，是否附着大量有误油垢，以及活塞，操纵杆是否有跳动等不牢固现象，一旦发现应及时进行加固维修处理，做好故障的预防。
2.3.应注意液压泵操作过程中的噪声，如果液压系统出现明显的噪音，或是尖锐撞击，冲击的声音，则首先应排查是否有原件油液泄露，或是各个部件之间安装出现问题导致过大摩擦损坏器械。
2.4.定期触摸系统的工作温度以及振动情况，如果仪器的工作温度过高，则应将机械系统内部拆分开来进行维修、保养，以防其因过高的温度进一步损害甚至烧毁。如果仪器产生较大的振动，或是在较慢运行的过程中发生爬行，则应系统地进行检查维护。
2.5.逐条记录并定期检测液压系统各部件的检修情况，以及液压油的更换情况，对仪器采取有效地清理和保养措施，调节各项指标指项以使得系统的工作效率达到最高水平，保障系统和各个部件的使用安全。
2.6.采用传感器等高精度的仪器进行监测控制，将液压系统的各个特征参量信号进行放大处理，并显示给工作人员，以便工作人员对数据进行处理分析，提早发现系统运行过程中的问题以进行预防，防止故障进一步发展，降低系统运行的效率，造成更大的损失。
3.液压泵的应用及未来发展
液压泵的原理简单，工作效率高且适用范围广泛，因此越来越多地涉足生活中的各项领域。
首先，气动液压泵在生活中具有较多应用。它广泛地应用于冶金、矿山、机械制造、船舶业、石油化工等领域，尤其适用于需要防爆处理的地下煤矿开采等场合。气动液压泵安全性能好，轻便易于携带，输出压力高，方便使用。
另外，液压泵在重型及大型设备，如轧机压下系统、连铸机压下系统等也都有应用，液压系统可以承受较高的功重，因此其在工程机械、飞机尾舵控制以及轮船船机控制、高速响应军工随机系统中发挥着必不可少的抗冲击作用。
由于液压泵系统的优势性能，其在各项领域中的应用前景也非常广泛。21世纪，液压泵将以高压化（器械的总体积减小，工作压力提高，性能大大提高），智能化（采取智能控制系统，实现计算机控制，采用电子信号等高科技信号处理手段控制其流量，排量和压力，使得操作更加简便，更加高效），纯水化（只用纯水作为液压系统的内部介质，不仅使得价格投入、成本低廉，且利于环保和绿色施工，并大大减小噪声，发展内部控制元件整体的优化）等等，使得液压泵优势更加明显，未来的应用领域也将大大拓宽，让液压泵系统更好地服务于工业制造和生活中的更多方便，实现应用效益的最大化。
4.结语
液压泵具有很多优势性能，因此如今其作为良好的动力源应用于冶金，机械制造，工农业生产，航天航海业，以及石油矿业开采等很多领域。而在应用过程中所显露出的多方面问题也不断引起着我们的重视，例如油液泄露，噪声较大，管道堵塞，摩擦损耗阻碍等，因此，在液压泵系统使用过程中的监测与控制问题应引起极大重视，如上本文也给出了几条有效检测控制系统以使系统取得最大效率，损失达到最小化的可取措施。
参考文献：
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[2]张友根. 注塑机交流伺服电动机驱动液压泵系统的应用及设计研究[J]. 液压气动与密封，2010，12：15-24+40.
[3]刘大威. 液压泵输出流量脉动控制及其应用研究[D].吉林大学，2013.
液压阀门的智能控制 篇10
1 驱动智能阀门的装置示意
阀门是通过数字阀来控制1来进行来回摆动的。运用1的来回驱动来带动阀门轴进行来回运动, 使之能精准的分析阀门的位置并进行开合试验。下图1的摆动可以输出力矩和较大的力, 可以达到迅速及稳定的控制, 并可以做到准确控制开合。下图为智能阀门的液压驱动装置图。途中标记的4.5—差压式传感器, 安装在阀门前后的设置, 作用是处理到来的美压信号, 处理完成再传送到单片器的控制器, 与此同时, 下图中的3—角位移的传感器再将信号出送给下图中的10--单片机控制器, 然后只能计算信息, 对阀门管道中流量进行实际计算, 比较这个结果和一开始设定的数据。如果这个结果大于一开始我们设定的数据了, 则要对单叶片进行控制, 进行流量调节。
2 智能控制阀门的硬件
在现代工业自动化的控制中, 工业过程控制的质量很大程度上取决于过程控制仪表性能的高低。气动调节阀是工业过程控制的重要调节机构, 调节型阀门控制器是气动调节阀的核心附件, 它能够显著改善阀门的动态特性, 提高阀门的响应速度、定位精度以及控制灵活性。液压阀门的只能控制实在现有机械结构上改动最小的原则, 利用传感器和电子电路替换传统的机械控制结构。并且开发了集执行机构、驱动单元、调节控制单元、现场显示仪表等为一体的机电自动化只能电动执行器。实现并设计智能阀门控制器, 对提高国内阀门控制的自动化水平和智能阀门电动装置生产水平, 参与国际竞争具有重要的现实意义。下图是阀门控制的原理结构图。
3 软件部分设计
3.1 液压阀门控制系统的软件设计
图3为单片机的控制流程图, 在系统工作时, 通过传感器得到系统工作参数, 经过单片机处理后并与设定数据进行比较判断。当传感器检测到的值在可调范围内, 则再次进行判断;当检测值小于设定参考值时, 通过单片机设定程序计算, 使单片式摆动缸正转增大。图3单片机控制流程图开口面积来控制流量, 使其在设定的范围内;当检测到的值大于设定值时, 通过单片机设定程序计算使单片式摆动缸反传减小开口面积来控制流量, 使其在设定的范围内。
3.2 系统的故障报警
当差压传感器检测到的信号远远大于单片机控制器可调范围时, 调出报警子程序报警。报警以发出声音和 (LCD) 屏幕报警为报警信号, 显示"输入信号故障"。此时单片机控制器运行中断子程序。单片机控制器发出脉冲信号, 通过数字阀控制单叶片摆动缸使液压阀门全部打开, 这时可以用角位移传感器反馈信号给单片机控制器, 判断是否使控制阀门全部打开。当液压阀门全部打开后, 单片机控制器发出脉冲信号使油泵和电动机停止工作。同时单片机也可通过差压式传感器随时检测管道中的压力变化。并把检测到的信息反馈回单片机控制器, 使系统处于安全的运行状态。以方便操作者监视和处理。
4 系统抗干扰设计
通过上述分析可以说调节型阀门电动装置今后几年在国内将进入发展成熟阶段, 而且随着工业自动化的进步、控制技术发展及受数字技术和微处理技术的影响, 人们对工业过程控制的终端一执行器提出了新的要求, 以及调节型阀门电动装置与传统的普通阀门电动装置相比的突出优势, 可以推测在未来几年时间调节型阀门电动装置将会在很大层面上取代普通液压阀门电动装置。因此, 进行调节型阀门电动装置控制器的研究开发, 提升国内产品的技术水平, 以参与国际竞争势在必行。
结语
这个液压阀门的智能控制可以控制一定的流量在一定的场合下, 实现快送高效控制, 也可以根据不同的场合进行不同的流量设定与设计。系统也首次采用了差压式传感器和角位移传感器同时把信号输送给单片机控制器, 能快速达到控制要求。这样不仅可以保证系统的反应速度快, 更能使整个控制系统更加稳定。系统只考虑用管道中的压力来控制流量, 还可以在改变传感器的情况下, 通过测试流量和开口面积来控制压力。
参考文献
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[3]朱荔, 吴宁胜.基于MCS-51单片机的智能电动阀门控制器[J].科技资讯, 2007 (27) .
