機床液壓節流調速性能測試系統研究

tags:    時間:2014-03-12 02:43:09
機床液壓節流調速性能測試系統研究簡介
        液壓傳動以運動傳遞平穩、均勻、調速範圍廣、傳遞扭矩大、易於實現自動化,越來越廣泛地被用在機床的調速系統中……
機床液壓節流調速性能測試系統研究正文

        液壓傳動以運動傳遞平穩、均勻、調速範圍廣、傳遞扭矩大、易於實現自動化,越來越廣泛地被用在機床的調速系統中。機床的主運動、進給運動對速度有很高的要求,在機床液壓系統中,調速迴路佔有相當重要的地位,它的工作性能的優劣對系統有著決定性的影響。目前機床液壓系統中調速迴路主要有以下三種:(1)節流調速迴路;(2)容積調速迴路;(3)容積節流調速迴路。本文主要介紹了計算機測試技術在節流調速迴路中測試速度—負載特性、功率特性中的應用,測試相關參數點,描繪實際測試曲線與理論曲線進行比較,以檢驗評定所設計調試迴路性能的好壞。

1 節流調速迴路特性分析

1.1 工作原理和迴路參數

執行元件的各種速度v由通過節流閥進入執行元件的流量Q1和工作腔有效工作面積A1決定,即

v=Q1/A1(1)

式中 v——執行元件速度,m/s
Q1——執行元件流量,m3/s
A1——工作腔有效面積,m2


調節節流閥的開度,即可調節Q1,從而調節執行元件的運動速度v,多餘的油液ΔQ經溢流閥流回油箱。不考慮泄漏時,由連續方程可得


Qp=Q1+ΔQ

式中 Qp——泵出口流量,m3/s
ΔQ——溢流閥流回油箱的流量,m3/s
活塞受力平衡方程式為

p1A1=F+p2A2(3)

式中 p1——執行元件工作壓力,Pa
F——負載,N
p2——回油腔壓力(常稱背壓),Pa
不計管道壓力損失時,p2≈0,則得

p1=F/A1(4)


式(4)說明工作壓力p1隨著負載F而變。液壓泵出口壓力pp由溢流閥調定。為了保證油液流過節流閥進入執行元件,pp必須大於p1,即節流閥上應有一個壓力差

Δpj=pp-p1=pp-F/A1(5)



pp=p1+Δpj=F/A1+Δpj


式中 Δpj——節流閥兩端壓力差,Pa
pp——泵出口壓力,Pa

若忽略管路的壓力損失,溢流閥的調整壓力pp應根據最大負載下所需的最大壓力加上節流閥的壓力差調定。工作進給時,為了實現調速,總有一部分多餘的油液通過溢流閥流回油箱,故溢流閥是處於常開狀態,節流閥進口壓力由溢流閥調定后基本保持不變。進入執行元件的流量計算公式為

Q1=CAjΔpφj=CAj(pp-F/A1φ(7)

式中 C——由節流口形式、液體狀態、油液性質等因素決定的係數

 φ——節流閥指數。對於細長孔φ=1,對於薄板孔φ=0.5,介於兩者之間的取φ=0.5~1
Aj——節流口通流面積,m2



由式(8)看出,當節流閥的開度一定時,執行元件的速度隨著負載的變化而變化。為了測量的準確,負載由電液比例溢流閥提供,把油缸出口接到電液比例溢流閥的入口,負載F由進油腔的工作壓力p1代替進行測試。
1.2 速度—負載特性

調速迴路中執行元件速度與負載之間的關係,稱為速度—負載特性。速度—負載特性曲線進一步用速度剛性指標來評定,可反映出調速迴路在該點處的速度受負載的影響以及該點處的速度穩定性。
1.3 功率特性

液壓泵的輸出功率為

Np=ppQp(9)

式中 Np——液壓泵的輸出功率,W
忽略泄漏與摩擦損失時,液壓缸輸出的有功功率為

N1=p1Q1=p1A1v=Fv(10)

迴路的功率損失為


ΔΝ=Np-N1=ppQp-p1Q1
=pp(Q1+ΔQ)-(pp-Δpj)Q1
=ppΔQ+ΔpjQ1=ΔN1+ΔN2

式中 ΔN1=ppΔQ 溢流損失,W

 ΔN2=ΔpjQ1 節流損失,W

2 計算機測試系統的軟硬體設計

2.1 硬體設計

測試系統由上位機和下位機組成。上位機由586微機、印表機組成。下位機是由80C196KB單片機組成的最小測控系統、壓力感測器、接近開關、繼電器等組成。


2.2 軟體設計

軟體是體現計算機監控巨大優勢的有利工具。各功能模塊的設計、人機交互界面外殼、模塊間的組態等具有相當的靈活性。本系統軟體由上位機軟體和下位機軟體組成。上位機軟體完成命令傳遞、輸送負載壓力值、回送參數、數據處理、顯示、列印曲線等功能。軟體設計全部採用Visual Basic 5.0編製,具有良好的人—機界面環境、菜單提示,操作簡便。

下位機主要完成模擬量壓力的實時數據採集,開關量信號的檢測,定期將採集到的數據送往上位機,軟體編製採用彙編語言,各參數檢測方法如下:

(1)壓力的測量 工作壓力p1和泵出口壓力pp經壓力感測器、信號放大電路、濾波電路送單片機的ACH4、ACH5十位A/D模擬轉換通道,完成模數轉換。測試中工作壓力p1反映F。

(2)速度的測量 接近開關信號K1、K2送80C196KB單片機的高速輸入通道HSI0、HSI1,觸發跳變時間差為液壓缸一個單行程工作時間,兩接近開關距離為S(測試前調整兩開關距離,調整好之後,測量S的大小,再通過上位機由設置參數將S值回送到測控系統EEPROM中)則執行元件(液壓缸)速度計算為:v=(S)/(T)。

(3)節流閥開口 節流閥開口大小由手動來調節。

(4)負載壓力 液壓缸出口油接比例溢流閥進口腔,負載壓力通過AD7520完成D/A數模轉換及電液控制器控制比例溢流閥定壓提供。比例溢流閥輸出的液壓力與輸入的電流信號的大小呈線性關係,改變電流的大小,可改變比例溢流閥的輸出壓力。電流信號大小改變通過單片機發送給AD7520數字量大小來實現。

3 測試結果分析


實線表示實際測試曲線,虛線表示理論曲線。測試數據用最小二乘法進行數據處理擬合。


從圖中可以看出,實際測試曲線與理論曲線基本吻合,由此說明所設計的系統是可行的,該測試系統稍作一些變動,還可用作機床液壓傳動系統中其他性能的測試。

                   

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