某钻机电控手柄故障分析及相应软件的设计

杨朋朋,刘 雷

(无锡市钻通工程机械有限公司技术部,江苏无锡214181)

本公司为某电控变量泵选择了某电控手柄,在使用中发现钻机回转的启动与停止不平稳,使用一段时间后回转便会失灵。在排除其它故障后,发现问题可能出在电控手柄上面,经过拆开测量发现:手柄各电阻均完好,只是由于螺丝松动,手柄处在中位时电位器并不在中位,测量其触点处在430Ω处 (总阻值1080Ω),此时钻机回转无动作,当手柄搬动到正转最大一侧时,触点处在970Ω处,此时钻机回转比正常情况慢很多。

为了解决以上问题以及今后更好的选择和设计手柄,决定编制此软件。由于电控手柄常见的电路原理分单桥电路 (图1)和双桥电路 (图2)两种(此处所谓的单双桥是指电位器的个数),所以在此仅针对采用这两种电路原理的手柄进行软件的开发。

图1 单桥电路

图2 双桥电路

1 软件的功能

编制的软件主要是实现以下2种功能:

1)电控手柄性能分析

(1)输出各支路的电流特性曲线;

(2)计算各支路电流最大值;

(3)计算各支路电阻最大功率。

2)电控手柄参数设计

(1)输入初始参数后,分析和比较电流特性曲线随各支路电阻值变化的变化情况;

(2)选定输出电流的特性曲线,确定各支路电阻值;

(3)计算各支路电流的最大值,以便选择导线;

(4)计算各电阻最大功率,以便选择合适电阻。

2 分析与计算

软件界面如下:

图3 主界面

图4 单桥电路分析界面

图5 双桥电路分析界面

软件编制好后,首先对上文所提到的问题手柄进行电流特性曲线分析。

(1)输入各支路电阻值,如图6所示。

(2)输出电流特性曲线,如图7所示。

可以看出,此手柄的输出电流特性曲线变化很不平稳,以致钻机回转的启动和停止不平稳。

其次分析手柄失灵情况。

变量泵的电流-排量特性如图8所示。

手柄锁紧螺丝松动,导致手柄中位时电位器处在R3=430Ω处,此时输出电流如图9所示。

可见输出电流Ix=4.6m A＜14m A,处在死区范围内,回转无动作;

图6

图7

图8

图9

当手柄处在正转最大位置时电位器处在R3=970Ω处,此时输出电流如图10所示。

图10

可见输出电流Ix=37.9m A＜0.6×85mA,所以此时回转动作很慢。

至此可以知道故障原因一是手柄锁紧螺丝松动,二是手柄输出电流变化不平稳。

接着进行手柄输出电流特性曲线的优化。

调整各支路电阻值,得到如图11的输出电流特性曲线。

图11

可见,此时输出电流的变化就很平稳,对应的各支路电阻值如图12。

图12

选定现有标准电阻 R0=50Ω,R1=R2=47Ω,RL=220Ω,此时特性曲线如图13所示。

图13

现在,手柄输出电流变化与原来相比平稳了很多。

最后计算锁紧螺母松动时手柄处在中位和最大位值时的输出电流。

中位时,R3′=220×430/1080=88Ω,分析如图14所示。

图14

可见输出电流 Ix=14.1m A,处死区范围附近,回转无动作。

最大位置时,R3′=220×970/1080=198Ω,分析如图15所示。

图15

输出电流 Ix=80.4m A＜85m A,回转比正常情况下要慢一些,但比原来37.9m A好了很多。

3 结论

电控手柄电流输出特性曲线的好坏直接关系到手柄在实际使用中对误差 (螺丝松动等机械误差引起)的敏感性,输出特性曲线变化越平稳,手柄机械误差对输出的电流影响就会越小,同时执行元件的动作也平稳,反之亦然。

在对手柄参数进行实际改进后,现场测试,使用情况良好。可见本软件在现实手柄选配和设计中具有一定的帮助。

由于双桥电路的特性曲线分析和参数的设计方法与单桥电路相同,对其介绍从略,仅对我公司所使用的某手柄的特性曲线进行分析,分析结果如图16所示。

由上图可见其电流输出特性也比较平稳,同时现实中使用情况也很好。

图16

[1] 龚沛曾,陆慰民,杨志强.Visual Basic程序设计教程 (6.0版)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] 华容茂,等.电路与模拟电子技术 [M].北京:中国电力出版社,2004.