摩擦磨损试验机用电液比例加载系统的性能分析设计

　　0 引言

　　现有摩擦磨损试验机的加载系统通常有弹簧加载和杠杆加载等方式进行加载，这些加载系统会有一定的局限性。 为避免加载系统的局限性，设计了闭环反馈控制液压加载系统。

　　1 电液比例加载系统及其动态性能分析

　　1.1 试验机技术参数

　　最大加载负荷 /N 2 000主轴的最高转速 /r·min-11 500电机的输出功率 /kW 3.3

　　1.2 电液比例系统

　　该液压系统是为了实现对试验机主轴的径向加载(包括静载和动载)而设计的。

　　(1)负载分析

　　液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。 最大负载即为主轴的正载荷 F=2 000 N 。

　　(2)液压系统方案设计

　　系统选用开式回路，即执行元件的排油直接回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口;选用 L-HL-32 型号液压油;系统的初定压力选定ps= 2 MPa;根据加载方式要求，为了实现直线运动且只要求一个方向工作、反向退回，所以选用双作用单活塞杆活塞液压缸; 因为系统压力 p<21 MPa，所以选用定量齿轮泵。 采用电液比例控制溢流阀进行无级调压，采用卸载回路，为了使液压缸不工作时液压泵在很小输出功率下工作; 选用电磁换向，实现自动控制。

　　图 1 为电液比例加载系统原理图。 当电磁换向阀处于左位时，液压缸受到压力活塞杆伸出;当电磁换向阀处于右位时， 液压缸受到反向压力而缩回;当电磁换向阀处于中位时，活塞杆可以借助外力自由伸缩。 通过改变电液比例溢流阀的输入信号使控制系统的输出压力与之成比例地变化。 压力传感器采集信号给闭环控制系统，以便对液压系统的压力进行实时调节、精确控制。

　　pL———负载压力，Pa ;

　　A———液压缸的有效面积，m2;

　　y———活塞位移，m;

　　V———液压缸的等效容积，m3;

　　βe———液压油的有效体积弹性系数，Pa;

　　m———活塞及负载的总质量，kg;

　　Bc———活塞和负载的黏性阻尼系数，N·s/m;

　　K———等效弹簧刚度，N/m。

　　将式(1)和式(2)进行拉氏变换后得到压力-流量方程，框图如图 2。 电液比例溢流阀的传递函数框图如图 3。

　　由电液比例加载系统原理图可以看出：①由于液压缸的压力由电液比例溢流阀决定，所以液压缸的压力变化和比例溢流阀的输出压力相同;②液压泵输出流量除供给加载液压缸外，剩余的部分从比例溢流阀流走。 假定液压泵输出流量不变，则加载液压缸的流量变化就是比例溢流阀的流量变化。