液压缸内泄漏分析方法的研究

　　液压缸在液压设备中占有重要的地位,其故障将直接影响设备的正常工作和寿命。液压缸的泄漏可以分为内泄漏和外泄漏,液压缸内泄漏所引起的故障十分常见且非常隐蔽。内泄漏不能直接观察到,需要从单方面通入压力油,将活塞停在某一点或终端以后,观察另一油口是否还向外漏油,以确定是否存在内泄漏。而对于某些体积质量很大且装配复杂的液压缸,例如液压AGC系统的液压缸,若采用这种方式来确定出现故障的液压系统其故障是否来源于液压缸内泄漏,很明显不是合理的故障诊断方法。如能通过在线确定液压缸的内泄漏状态,对于液压系统的故障诊断分析是很有意义的。

　　本文作者以液压AGC系统液压缸为例,利用仿真软件MATLAB/Smiulink对液压AGC系统液压缸内泄漏进行仿真分析,得到了液压缸内泄漏系数与系统负载辊缝和液压缸位移之间的关系曲线,根据系统的输出及状态参量初步确定系统内泄漏系数。再通过对轧机液压AGC系统空载情况下的液压缸内泄漏进行仿真分析,以验证所得到的仿真结果。

　　1 建立液压AGC系统液压缸内泄漏分析模型

　　液压AGC系统执行机构的数学模型主要包括两个部分:第一部分从电伺服放大器到力矩马达和液压放大元件,实现从电信号到液压流量信号的转变;第二部分是系统的执行机构,即阀控非对称液压缸。除了执行机构外,整个液压AGC系统的数学模型的建立还需要考虑轧机辊系弹性变形和轧件在轧制过程中的塑性变形,以及对扰动的补偿环节。图1所示为液压AGC系统位置闭环动态模型[3]。

　　2 内泄漏与系统输出之间的关系曲线

　　当输入为阶跃信号时,液压AGC系统所输出的结果和状态参数,包括负载辊缝厚度和液压缸位移,它们与液压缸内泄漏状态之间的关系,没有明确的表达公式,但是可以利用仿真结果通过逐点插值而绘制出它们之间的关系曲线。通过示波器放大响应曲线的稳态值所得到的数值,就是该仿真模型的实际负载辊缝值。在实际生产过程中,此值就是和一定厚度的轧件经过一道轧制工艺后所得到的轧件厚度相对应的。在所建立的系统模型的基础上,逐步改变系统内泄漏系数值,就可以得到关于内泄漏系数与负载辊缝以及内泄漏系数与液压缸位移之间的关系曲线(注:横坐标为内泄漏系数10的幂数,由于横坐标跨度很大,为了显示范围的需要,取其常用对数作为曲线的横坐标值),如图2、3所示。

　　3 改变输入电压和设定不同辊缝以验证液压缸内泄漏状态

　　改变液压AGC系统的输入电压和辊缝设定值,就可以得到在不同工作状态下,系统内泄漏的变化对系统的负载辊缝和液压缸位移系统的影响。对于所建立的仿真模型以及现场实际运行的液压AGC系统,根据工艺需要可以变换系统的输入电压值和系统的初始辊缝设定。图4是改变这两个量进行仿真试验所得到的仿真结果。