哈工大機(jī)電液系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)大作業(yè) 電液伺服閥性能測(cè)試課件

1、Harbin Institute of Technology機(jī)電液系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)大作業(yè)（二）設(shè)計(jì)方案：電液伺服閥性能測(cè)試系統(tǒng)學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)老師： 時(shí)間： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)目錄前言2系統(tǒng)組成及功能2電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)原理2電液伺服閥特性測(cè)試3靜態(tài)測(cè)試3動(dòng)態(tài)測(cè)試9傳感器選型10體會(huì)與心得10參考文獻(xiàn)111.前言電液控制伺服閥簡(jiǎn)稱伺服閥,相對(duì)于普通液壓系統(tǒng)中的常規(guī)閥來(lái)說(shuō),伺服閥是一種高級(jí)的、精密的液壓元件。伺服閥既是信號(hào)轉(zhuǎn)換元件,又是功率放大元件。在電液伺服控制系統(tǒng)中,伺服閥將系統(tǒng)的電氣部分與液壓部分連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大

2、,對(duì)液壓執(zhí)行元件進(jìn)行控制,具有控制精度高、響應(yīng)速度快、信號(hào)處理靈活、輸出功率大和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。為了更好地利用電液伺服閥,必須對(duì)它進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)。2.系統(tǒng)組成及功能電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)主要由泵站系統(tǒng)、測(cè)試臺(tái)、計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)等組成。小泵額定壓力為21 MPa,流量10 L/min;大泵額定壓力為7 MPa,流量90 L/min。測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)成兩個(gè)工位,即電液伺服閥靜態(tài)測(cè)試工位和動(dòng)態(tài)測(cè)試工位。測(cè)控系統(tǒng)主要包括:電源開關(guān)電路、信號(hào)調(diào)理器、Avant測(cè)試分析儀、控制軟件(液壓CAT控制測(cè)試軟件)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。測(cè)控系統(tǒng)實(shí)施對(duì)液壓能源、液壓測(cè)試臺(tái)的控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)電液伺服閥某項(xiàng)或多項(xiàng)液壓參數(shù)測(cè)試的油路轉(zhuǎn)換,同時(shí)采

3、集各項(xiàng)所需的液壓參數(shù),經(jīng)軟件處理獲得符合電液伺服閥試驗(yàn)規(guī)范要求的曲線、數(shù)據(jù)、報(bào)表等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電液伺服閥的動(dòng)、靜態(tài)特性的實(shí)時(shí)顯示及描繪,并自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析和處理。3.電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)原理電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖1所示。4.電液伺服閥特性測(cè)試4.1靜態(tài)測(cè)試測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖2：圖2 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置典型回路（1）空載流量特性測(cè)試用下列實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)出輸入電流與負(fù)載壓降的變化關(guān)系，從而繪制空載流量特性曲線。從曲線中測(cè)量得額定流量、線性度、對(duì)稱度、滯環(huán)、零遮蓋等參數(shù)。打開回油口截止閥；打開控制油口截止閥、并關(guān)閉內(nèi)漏截止閥、；調(diào)節(jié)伺服閥供油壓力為額定壓力Pn；緩慢地輸入電流，循環(huán)次數(shù)；“輸入電流”電信

4、號(hào)接在記錄儀X軸上，“空載流量”接在記錄儀Y軸上；將輸入信號(hào)調(diào)整在正負(fù)額定電流之間；調(diào)整好記錄儀的放大倍數(shù)及零位，在記錄紙上畫出X、Y軸的零位；讓信號(hào)緩慢連續(xù)循環(huán)輸入；記錄一個(gè)完整的循環(huán)曲線；縮小輸入信號(hào)幅值到一定值，擴(kuò)大X及Y軸放大倍數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。解釋：在無(wú)載(即A、B兩腔的壓力差極小)的條件下,向伺服閥輸入緩慢變化的電流,測(cè)得伺服閥輸出流量與輸人電流的關(guān)系。當(dāng)被試閥輸入電流i變化一個(gè)工作周期,對(duì)應(yīng)輸出流量q的變化。所得曲線即為空載流量特性,如圖2所示。由于伺服閥的流量測(cè)試是在“空載”條件下,即負(fù)載壓力非常低的條件下進(jìn)行的,因此要求流量傳感器必須具有極低的啟動(dòng)壓力。通過(guò)控制圖1中截止閥2

5、5、28、29、31的位置,在工作壓力下繪制空載流量曲線,通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行采集、分析,能得到伺服閥的流量增益、額定流量、飽和流量、飽和電流、線性度、對(duì)稱度、滯環(huán)等性能指標(biāo)的值。（2）負(fù)載流量特性測(cè)試用以下實(shí)驗(yàn)來(lái)確定負(fù)載壓降下的控制流量變化。打開回油口截止閥，打開控制油口截止閥、；調(diào)整供油壓力到公稱壓力，如有回油壓力則補(bǔ)償回油壓力；循環(huán)輸入電流次數(shù)；用Y軸記錄控制流量，X軸記錄負(fù)載壓降；將輸入電流恒定在+In；放下記錄筆，慢慢關(guān)閉一只控制口閥，以獲得輸入電流+In時(shí)控制電流對(duì)負(fù)載壓降的連續(xù)曲線；在-In上重復(fù)上一步過(guò)程，在不同電流下重復(fù)上一步過(guò)程獲得一系列曲線。解釋：在輸入電流i和供油

6、壓力ps為常數(shù)的情況下,輸出流量q隨負(fù)載壓力差pL的變化關(guān)系。±q=f(±pL)i=常數(shù)。負(fù)載壓差pL的變化范圍是從零到ps,在此范圍內(nèi)測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出流量q值。改變電流i為不同常數(shù),可得到一簇曲線,即為負(fù)載流量特性曲線,如圖3a所示。通過(guò)控制圖1中截止閥25、28、29、31的位置,調(diào)節(jié)節(jié)流閥30,給電液伺服閥加一個(gè)負(fù)載,然后繪制帶載流量曲線,通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)測(cè)試相關(guān)性能指標(biāo)的值。（3）壓力增益特性測(cè)試關(guān)閉控制油口截止閥、；開啟回油口截止閥；調(diào)整供油壓力到被試閥的額定壓力；將輸入電流慢慢循環(huán)幾次；“輸入電流”電信號(hào)接在記錄儀X軸上，“負(fù)載壓降”電信號(hào)接在Y軸上；檢查記錄儀

7、兩個(gè)標(biāo)尺的零位及放大倍數(shù)，在記錄紙上畫出X、Y軸的零位；調(diào)整自動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，輸出足夠大的正負(fù)信號(hào)幅值。使之產(chǎn)生全部正負(fù)負(fù)載壓降；讓信號(hào)緩慢連續(xù)循環(huán)，記錄時(shí)循環(huán)速度應(yīng)低；記錄完整循環(huán)曲線；取±40%最大負(fù)載壓降范圍內(nèi)負(fù)載壓降時(shí)控制電流的平均斜率，計(jì)算壓力增益測(cè)試結(jié)果。解釋：將供油壓力調(diào)整為額定壓力加回油壓力,并將伺服閥的A、B口切斷,在輸出流量q為零的情況下,負(fù)載壓差pL與輸入電流i的關(guān)系,即±pL=f(±i)q=0。當(dāng)輸入電流i變化一個(gè)工作周期,對(duì)應(yīng)負(fù)載壓差pL的變化。所得曲線即為壓力特性曲線,如圖3b所示。在壓力特性曲線上某點(diǎn)或某段的斜率即為壓力增益。伺服閥的壓

8、力增益越高,伺服系統(tǒng)的剛度越大,克服負(fù)載能力越強(qiáng),系統(tǒng)誤差越小。壓力增益越低,表明零位泄漏量大,閥芯和閥套配合不好,從而使伺服系統(tǒng)的響應(yīng)遲緩。如圖1中,檢測(cè)數(shù)字式壓力計(jì)34、36的壓力值,通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理分析,得到伺服閥的壓力增益值,并可在終端上顯示或存儲(chǔ)、打印。（4）內(nèi)泄漏特性測(cè)試關(guān)閉控制油口截止閥、；打開內(nèi)漏截止閥、；關(guān)閉回油口截止閥，若內(nèi)泄流量計(jì)裝在回油路上，則將回油口截止閥開啟，關(guān)閉、；調(diào)節(jié)供油壓力為額定壓力Pn;“輸入電流”電信號(hào)接在X軸，“回油管路流量”電信號(hào)接在Y軸上；校核X軸和Y軸的零位，在記錄紙上畫出；使自動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電流幅值為正負(fù)額定電流的輸出；連續(xù)循環(huán)輸入信號(hào)，全部

9、記錄零位附近的內(nèi)漏變化；記錄半個(gè)周期的內(nèi)漏特性曲線。解釋：伺服閥的內(nèi)泄漏特性是指伺服閥輸出流量為零(在負(fù)載通道關(guān)閉時(shí)),由回油口流出的內(nèi)部泄漏流量,通常泄漏流量隨輸入電流變化而變化,當(dāng)閥處于零位時(shí)為最大值qL0,見圖3c。對(duì)于兩級(jí)伺服閥泄漏量由前置級(jí)的泄漏量qq0和輸出級(jí)的泄漏量qL0組成。零位泄漏量qc可作為滑閥制造質(zhì)量指標(biāo),對(duì)舊閥可反映其磨損情況。另外,伺服閥的壓力特性也能反映其內(nèi)泄漏情況。4.2動(dòng)態(tài)測(cè)試主要測(cè)量伺服閥的幅頻特性、相頻特性及幅頻寬和相頻寬。讓伺服閥的輸入電流在某個(gè)頻率范圍內(nèi)作正弦變化時(shí),閥的空載流量對(duì)輸入電流的復(fù)數(shù)比,即為伺服閥的頻率特性。通過(guò)流量來(lái)測(cè)試系統(tǒng)頻率特性,電液伺

10、服閥的頻率特性要求在空載條件下測(cè)量,采用具有小質(zhì)量、低摩擦的無(wú)載動(dòng)態(tài)缸和速度傳感器作為流量傳感器,液壓缸的速度與電液伺服閥輸出的流量在一定頻率范圍內(nèi)成比例,液壓缸活塞桿一端帶速度傳感器,將流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào).測(cè)試系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如圖4所示,Q為流量,G1(s)為動(dòng)態(tài)缸和速度傳感器。雖然動(dòng)態(tài)缸小質(zhì)量、低摩擦、無(wú)載,但由于制造工藝和實(shí)際質(zhì)量的存在,活塞左右移動(dòng)時(shí)受質(zhì)量、阻尼固有特性作用,故系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二階環(huán)節(jié),即G1(s)=1/(s2+2ns+n2)·。為阻尼系數(shù),n為流量傳感器的固有頻率。系統(tǒng)截止頻率受質(zhì)量、阻尼系數(shù)的影響,從閥芯到液壓缸的固有頻率為：其中:A為液壓缸活塞有效面積;為油液

11、的有效容積模數(shù);Vt為液壓缸兩腔的可壓縮體積;m為活塞質(zhì)量;h為動(dòng)態(tài)缸的固有頻率。提高動(dòng)態(tài)缸的頻率特性的方法是減少質(zhì)量和液壓缸兩腔的可壓縮體積,增加動(dòng)態(tài)缸活塞的有效面積。測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可采用相關(guān)譜分析法分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,也可以采用最小二乘法辨識(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,做幅頻特性曲線和相頻特性曲線.實(shí)驗(yàn)主要是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性、-3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率和90°相移對(duì)應(yīng)的頻率.考慮動(dòng)態(tài)缸特性的影響,采用正弦信號(hào)做激勵(lì)信號(hào),分別求不同頻率下的正弦信號(hào)的幅值比和相位差.由于電液伺服閥并不是確定的線性系統(tǒng),不易采用系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)電液伺服閥的數(shù)學(xué)模型然后計(jì)算幅相頻特性曲線,故可采用正弦信

12、號(hào)頻率對(duì)數(shù)等間隔分段掃描法測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性與相頻特性。5.傳感器選型序號(hào)項(xiàng)目名稱廠家1溢流閥ATOS2壓力傳感器羅斯蒙特3流量傳感器上海肯特4位移傳感器德國(guó)巴魯夫5力傳感器美國(guó)Inteface6液壓附件（電磁閥及管路附件等）國(guó)產(chǎn)品牌產(chǎn)品7加載缸油研8機(jī)械平臺(tái)及罩殼非標(biāo)設(shè)計(jì)9工控機(jī)及上位系統(tǒng)+編程西門子PLC+研華工控機(jī)10低壓電器元件施耐德，OMRON11信號(hào)加法器上海自動(dòng)化儀表公司12內(nèi)漏截止閥天津麥克森13旁通閥上海恒溫14打印機(jī)HP彩色激光打印機(jī)6.體會(huì)與心得初次接觸此大作業(yè)時(shí)，覺(jué)得非常困惑，不知道從何入手。但在選題上我選擇了電液伺服閥這道題，因?yàn)榧热槐局鴮ふ屹Y料學(xué)習(xí)的心態(tài)就應(yīng)該學(xué)習(xí)一

13、下本專業(yè)的知識(shí)。在做本題時(shí)，我結(jié)合了老師給的電液伺服閥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和自己找的幾篇論文，盡量去學(xué)習(xí)電液伺服閥測(cè)試過(guò)程中的知識(shí)。但是在一部分元件的使用及部分系統(tǒng)的識(shí)別使用上仍然有問(wèn)題。最終的論文主要建立在這些資料上，主要介紹的測(cè)試原理及步驟。經(jīng)過(guò)本次大作業(yè)我有如下心得：（1）在專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)方面自己還差得遠(yuǎn)，很多具體細(xì)節(jié)都還不懂，需要學(xué)習(xí)更多基礎(chǔ)知識(shí)；（2）在學(xué)習(xí)過(guò)程中，查詢相關(guān)的論文資料是非常有益的，在看資料的時(shí)候能夠看出其他老師和學(xué)長(zhǎng)的研究思路，對(duì)自己有很多啟示；（3）學(xué)習(xí)過(guò)程中，總結(jié)整合的過(guò)程非常重要，通過(guò)不同的資料和文獻(xiàn)的總結(jié)整合讓我們對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的更加系統(tǒng)。此外我對(duì)未來(lái)大作業(yè)還有如下建議：（1）因?yàn)樵谧霰敬未笞鳂I(yè)時(shí)液壓傳動(dòng)課程還正在學(xué)習(xí)，很多元件和系統(tǒng)掌握的還不好，所以大作業(yè)做的過(guò)程非常困難。我建議本課程留有一次大作業(yè)，這樣大作業(yè)布置和上交的時(shí)候可以比較晚，在液壓傳動(dòng)