伺服液压缸静动态性能测试系统研究

　　液压缸是液压系统的执行机构,它的空载起动摩擦力大小、带载运动过程中的摩擦力大小和响应速度直接影响整个系统性能,尤其是低摩擦伺服液压缸、轧机伺服液压缸(AGC)等要求苛刻的伺服缸,因此必须定期对其摩擦力和带载频率响应特性进行精确测试[1].

　　目前伺服缸的摩擦力测试还没有相应的国家标准,如按普通液压缸(《液压缸试验方法》GB/T15622—2001)的测试方法进行测试,测试精度会受影响甚至无法准确测试.而液压缸的带载频率响应测试方法须借助加载缸,这种方法存在的问题是被测试伺服液压缸的频率响应指标中包含有闭式机架内加载液压缸的频率响应指标,从而影响测试结果.为此开发了一套新的测试系统,本文将对其进行简单介绍.

　　1　液压系统与测试原理

　　液压系统简图如图1所示.测试系统由伺服阀、位移传感器、闭式机架、计算机辅助测试系统等构成.位移传感器用来测量被试缸是否动作,并构成位置闭环控制系统.测试前,预先将被试缸的有杆腔和无杆腔接回油箱,确认没有背压.测试时,由计算机给出控制信号,由电液伺服阀控制并驱动被试缸.被试缸活塞的位移由位移传感器测得[2].

　　2　机架分析

　　本测试系统中,机架是一个关键元件,在测试过程中,既需要它有一定的变形,来对伺服缸进行加载,又不能使其产生永久变形,从而影响测试结果,因此机架的刚度既不能过高也不能太低.

　　图2为机架静载荷下等效应力云图.机架最大加载力约为45MN,由于机架的几何形状以及所加载荷的对称性,可以在静力分析的时候取机架的一半作为研究对象.由图2可知,其最大应力点在机架上横梁中间,其值为247. 567MPa,约为248MPa,低于材料的许用应力[σ]=270MPa.下横梁中间、上下横梁与立柱的转角处、机架的顶部及挖去部分的边缘也有较大应力,但均在材料的许用应力范围内,所以机架的强度足够.

　　图3为机架静载荷下等效变形云图.机架总体变形较小,变形主要发生在伺服液压缸的加载方向y方向和x方向.x方向的位移主要是因为测试过程中,在伺服缸加载力的作用下机架窗口高度方向即y方向的尺寸增大,而同时立柱向内侧凸出使机架窗口宽度即x方向的尺寸减小.相比轧机机架,闭式加载机架纵向整体刚度相对不大,在伺服液压缸加载时有一定的变形,有利于位移传感器的测量.

　　轧机伺服缸(AGC)摩擦力相对于轧制力很小,在本测试系统中,期望伺服液压缸的双方向、全行程摩擦力均小于轧制力的0. 3%,在本文中取为135 kN.由于摩擦力相对于轧制力很小,为了了解机架的阻尼对动摩擦力测试的影响,有必要对机架进行动态分析.分析时,需要模拟伺服液压缸的加载方式,对机架进行瞬态响应分析.