大缸径液压立柱装拆机液压控制系统分析

　　0 前言

　　在液压支架立柱装配和维修装拆过程中，由于所需力矩大，人工很难进行，必须借助机械设备，而液压支架立柱装拆机是拆装液压支架立柱端盖的专用工装设备，国内小缸径立柱的装拆机已经有所应用，但大缸径液压立柱装拆机处于研究中。 以往的液压立柱装拆机的液压系统一般为开环阀控系统或者闭环泵控系统，在实际立柱装拆过程中发现，系统容易出现爬行现象，稳定性不高，为了提高液压控制系统的稳定性，使用电液比例技术是一种可行的办法。 本文提出的控制系统是采用了电液比例阀控马达技术， 通过扭矩传感器对扭矩进行测量，进而形成带有负反馈的闭环控制。 通过对电液比例阀控马达系统详细分析，推导出电液比例阀控马达系统的数学模型。 采用 MATLAB/SIMULINK 对控制系统进行了模拟仿真，为系统的进一步实验研究和大缸径液压立柱装拆机的研制提供了理论依据和准备。

　　1 液压系统

　　液压控制系统主要由油箱、柱塞泵、液压缸、液压马达、溢流阀、电液比例换向阀、单向阀及及其他液压辅件组成。 液压控制系统是装拆机工作的主要部分，其原理如图 1 所示，装拆机采用电液比例阀控马达系统实现对立柱端盖的装拆动作， 液压泵 1为系统提供动力油， 电液比例方向阀 12 控制装拆过程中的扭矩大小并控制液压马达正反转完成立柱端盖的装拆，利用辅助泵 2 提供的压力油控制液压缸 16 的立柱前进和后退动作。 由换向阀 8 和变量调节油缸 9 实现对变量泵 1 的恒功率控制，二位阀 10 接通溢流阀 11 构成卸荷回路， 当工作时，二位阀 10 处于左位卸荷油路断开， 系统待工作状态时， 二位阀处于右位接通卸荷回路来实现节能要求。

　　系统的控制原理如图 2 所示。

　　2 液压系统的数学模型及分析

　　(1)电液比例阀的线性化流量方程

　　对式(1)、式(2)、式(3)进行拉氏变换并消去变量θm(s)、 PL(s)、 QL(s)可得阀控液压马达在阀芯位移 xv，与外负载力矩 TL同时作用下的马达总输出扭矩

　　考虑到本液压系统液压马达负载具有弹性负载，而且通常负载黏性阻尼系数 Bm很小，使

　　式中 θm———液压马达角位移;

　　Dm———液压马达的理论排量;

　　Ctm———液压马达的总泄漏系数;

　　Vt———液压马达两腔及连接管道总容积;

　　Tm———液压马达产生的理论扭矩;

　　TL———液压马达的负载扭矩;