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電控比例泵應用案例分析
點擊次數(shù)：1239 發(fā)布時間：2018-1-24
當前國產(chǎn)液壓機控制普遍采用閥控技術，這種技術雖然動態(tài)性能好，但其突出的問題是能源利用率低，通常很大一部分液壓能以節(jié)流或溢流的形式損失掉。泵控系統(tǒng)能量利用高，但對泵的動靜態(tài)性能有較高的要求。在此以通用壓機為基礎搭建了實驗研究平臺，圍繞系統(tǒng)速度、負載特性、重復精度與節(jié)能特性開展實驗。
1．工作原理
(1)液壓系統(tǒng)組成及工作原理。圖40給出了某型號通用壓機液壓系統(tǒng)原理圖，圖中D1為原閥控系統(tǒng)供油泵，D2為改造后泵控系統(tǒng)的動力源——電控比例液壓泵，兩套供油系統(tǒng)通過電磁換向閥進行切換。換向閥YA10通電，電控比例液壓泵接人，液壓系統(tǒng)處于泵控狀態(tài)；換向閥YA10斷電，原系統(tǒng)導通，液壓系統(tǒng)處于閥控狀態(tài)。換向閥YA10出口處的壓力傳感器T1用來測試系統(tǒng)壓力，光柵尺采集主缸活塞的位置信號。圖中插裝閥系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)主缸上下腔的壓力，壓邊缸作為模擬負載。工作時，原閥控系統(tǒng)壓力的控制主要由溢流閥來調(diào)節(jié)，改造后的泵控系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)則由電控比例液壓泵根據(jù)負載的大小自動調(diào)節(jié)。
(2)測控系統(tǒng)。圖41是基于Matlab的xPC控制模塊的采集系統(tǒng)原理框圖。xPC控制策略是一種簡單、有效的控制采集模式，其硬件系統(tǒng)主要包括宿主機、目標機、I/O板和兩機之間的連接設備。軟件系統(tǒng)主要是由MATLAB、Simulink、RTW、xPCTarget、C編譯器及相應板卡驅動程序構成。xPC目標系統(tǒng)工作的原理是采用主從通信的雙機模式（見圖41）。宿主機主要用于運行Simulink，編譯生成目標應用程序，目標機主要用于執(zhí)行所生成的控制程序。實時目標應用程序是RTW代碼生成器從Simulink模型生成的，經(jīng)編譯成Windows XP應用程序，可實時地運行在有實時內(nèi)核而無任何操作系統(tǒng)的標準PC機上，具有很高的執(zhí)行效率。
根據(jù)上述原理搭建了試驗的采集測控系統(tǒng)(見圖42)，系統(tǒng)中宿主機為普通PC機，目標機采用研華工控機，目標機內(nèi)嵌研華的多功能采集卡PCIl716和計數(shù)卡PCL833，被測對象為通用壓機。宿主機運行基于Windows XP操作系統(tǒng)的Matlab軟件，目標機載有xPC的實時內(nèi)核，負責實時程序的控制，宿主機和目標機通過TCP/IP協(xié)議通信。由于Matlab中沒有現(xiàn)成的PCI1716和PCL833驅動程序，因此需要開發(fā)相應的驅動模塊。采集系統(tǒng)工作過程為：在充分利用原壓機電控系統(tǒng)的基礎上，首先，宿主機將生成實時控制程序下載到目標機，接著起動壓機，其工作狀態(tài)信號經(jīng)由PC11716的DI模塊采集到目標機，目標機的實時控制程序分析判斷后，通過PC11716朐D/A輸出相應的壓力/流量信號給控制器Super Unit，進而實現(xiàn)對泵組的控制，PCL833計數(shù)卡采集來自光柵尺的信號從而確定主缸活塞的位置信息。
2．實驗結果及分析
(1)負載一位移、壓力和速度試驗。為測試閥控和泵控狀態(tài)下壓機在同溫度不同負載下位移壓力和速度特性，分別以原泵和電控比例液壓泵為動力源驅動液壓系統(tǒng)，采集系統(tǒng)壓力和主缸的位移信息，調(diào)節(jié)邊缸溢流閥的壓力設定值，使分別為14、10MPa和5MPa，模擬不同的負載工況，于是得到系統(tǒng)響應曲線，如圖43和圖44所示。
比較圖43和圖44兩組壓力曲線可以發(fā)現(xiàn)：①原閥控系統(tǒng)在不同負載下壓制的周期不同，而電控比例液壓泵控系統(tǒng)在不同負載下壓制周期基本一致；②為了使液壓缸獲得較好的響應速度，卸壓后，原閥控系統(tǒng)的壓力仍然存在較大壓差，這在一定程度上加大了能量的損耗；而在泵控系統(tǒng)中，卸壓后系統(tǒng)壓力壓差很小，這很大程度上減少系統(tǒng)的溢流損失，同時也獲了較好的響應速度。
比較圖43和圖44兩組位移曲線可知：原閥控系統(tǒng)在不同負載下壓制的速率不同（位移斜率不同），而電控比例液壓泵控系統(tǒng)在不同負載下壓制的速率基本一致。
(2)重復性試驗。比較圖45和圖46壓力及位移曲線可知，電控比例液壓泵控壓機和原閥控系統(tǒng)具有相似的重復精度。
(3)節(jié)能性試驗。從圖47中可知電控比例液泵控系統(tǒng)消耗的能量明顯要小于原閥控系統(tǒng)所消耗的能量，根據(jù)計算可知若讓系統(tǒng)各自做2000個工作循環(huán)，那么電控比例液壓泵控系統(tǒng)較原閥控系統(tǒng)可節(jié)能10kW·h。
3．總結
電控比例液壓泵在通用液壓機上的應用是可行的，電控比例液壓泵控系統(tǒng)的速度及壓力的特性較原閥控系統(tǒng)更穩(wěn)定，不會因為負載的改變而發(fā)生變化，同時電控比例液壓泵控系統(tǒng)降低了系統(tǒng)能量消耗，節(jié)能效率可達15%，而且保壓時間越長，系統(tǒng)節(jié)能效果越明顯。