高速电液执行器性能仿真及应用

　　调速型液力偶合器作为一种调速节能设备,广泛应用于钢铁、矿山、石化等行业。偶合器控制的核心是外接执行器对偶合器勺管进行连续的位置控制,从而实现设备的无级调速。由于液力偶合器是靠压力油来传递动力,其本身就是一个压力油源,如果采用电液执行器作为偶合器勺管的调节设备,就可以将偶合器本身的工作油作为执行器的压力油源,从而发挥出液压控制精确的优势,同时克服传统的电液执行器体积大、造价高等缺点。

　　作者提出一种基于高速开关阀的电液执行器作为偶合器勺管的执行机构,具体方案是用高速开关阀组成先导阀组去控制流量放大阀,建立新型的伺服油缸位置控制系统,从而在满足系统响应要求的同时,充分发挥出高速开关阀与微机接口方便、结构简单、成本低、抗污染能力强、工作稳定可靠、使用寿命长、能耗低等特点。为了研究系统的动态性能,作者建立了该系统的数学模型,并进行了仿真研究,充分说明了其可行性。

　　1　系统组成及工作原理

　　如图1所示,控制器、4个高速开关阀、4个流量放大阀组成一个自动控制单元对伺服油缸的动作进行自动控制。在自动控制中,上位机向控制器发出一个指令信号,当伺服油缸的位移反馈信号与上位机的指令信号不一致时,控制器便发出控制信号给高速开关阀和流量放大阀组,阀组进行一系列动作,直到位移反馈信号与上位机的指令信号一致时,阀组才停止动作。根据位移反馈信号与上位机指令信号的大小关系,对应的伺服油缸的动作分为右移、静止、左移。

　　高速开关阀采用PWM工作方式,通过调节PWM信号的占空比,控制进入流量放大阀先导腔油液的压力,调节阀口开度,从而控制流量放大阀的输出压力和流量,最终实现对伺服油缸位置的精确控制。这里以伺服油缸右移为例来进行说明。当位移反馈信号小于指令信号时,控制器发出右移信号,即控制器向高速开关阀1、3发出PWM控制信号,高速开关阀1、3接受到信号处于导通状态,油泵的压力油信号通过高速开关阀3进入到流量放大阀6、8的液压控制端口,使其导通;这时压力油通过流量放大阀6进入伺服油缸左端,而伺服油缸右端则通过流量放大阀8与油池相通;伺服油缸活塞在左侧压力油的作用下向右运动,直到伺服油缸的位移反馈信号与上位机的指令信号相等为止。

　　2　数学模型

　　2·1　高速开关阀数学模型

　　高速开关阀为常闭式两位两通球阀结构,结构原理如图2所示。线圈通电时,电磁推力通过顶杆使阀芯向右运动,阀门打开;线圈断电时,在供油口(P口)和工作油口(A口)压差作用下,阀芯向左运动,最终紧贴在座面上,阀门断开。