伺服液压缸启动摩擦力的高精度测试方法研究

　　1　引言

　　伺服液压缸摩擦力测试包含启动摩擦力及带载动摩擦力特性,本文主要介绍启动摩擦力测试。静摩擦力也称最低起动压力,指液压缸在无载荷状态下启动时的最低工作压力,是反映液压缸设计、制造、装配精度以及密封状态的综合指标。

　　在静态指标方面,液压缸摩擦力的大小是至关重要的。如果伺服液压缸设计、制造、维修或装配不当,将会产生过大的摩擦力,会对系统的性能带来了很大的影响。它不仅会使系统产生爬行、振荡,降低频率响应,还会导致系统稳态误差,甚至还会出现混沌现象。特别是在启动阶段,启动摩擦力是影响低速性能和响应时间及稳态误差的重要因素之一。因此应尽量使伺服液压缸的摩擦力最小。特别是在高精度AGC液压缸中,为了达到1μm以上的定位精度并克服爬行现象,常常通过采用特殊的密封材料及沟槽尺寸、提高加工精度等措施来减小摩擦力。

　　当伺服液压缸运动改变时,活塞从静止到运动,由于伺服液压缸摩擦力的降落特性,摩擦力突然减小(静摩擦力大于动摩擦力),尽管此时伺服阀阀芯未动,但伺服液压缸会发生一次跳动, (爬行)偏离平衡位置。系统在反向调节位置时也会出现同样的情况。这样可能形成所谓的极限环振荡。因此,为了获得稳定的控制系统,应尽量减小伺服液压缸的摩擦力,使之等于或稍大于库仑摩擦力(静摩擦力等于动摩擦力时,称为库仑摩擦力)。

　　伺服液压缸摩擦力的大小对系统的性能有很大的影响,非线性的摩擦力不仅带来静态死区和动态死区,而且对稳定性和频宽也带来不利影响。为了达到轧机AGC液压缸的高精度和高响应,通常要求伺服液压缸的摩擦力与机械摩擦力的总和应不大于1%的轧制力,伺服液压缸的摩擦力应小于伺服液压缸的最大推出力的0. 3%。而AGC液压缸的评价标准是液压缸双方向、全行程摩擦力均小于轧制力的0. 3%,其动、静摩擦力之差小于30%,因此必须定期检查伺服液压缸的摩擦力特性,对于检修时更换密封的伺服液压缸更需检测。但是目前还没有伺服液压缸的试验标准,测试结果不具可比性。目前使用的测试方法有如下几种:

　　①直接启动压差测试法;②两液压缸水平对顶法;③机架变形仪法测试法;④CAT闭环控制测试法;⑤模拟背压测试法。

　　2　利用V isualC测试伺服液压缸启动摩擦力流程

　　为了获得精确的测试数据和曲线,结合伺服液压缸结构和工作特点,我们利用VisualC开发该项目软件。从VisualC里面的命令求得,被测缸的位移,压力信号经传感器的采集,数据导入VisualC中生成图形,根据有关函数关系自动计算出被测缸的平均摩擦力,测试方法流程如图1所示: