AGC伺服油缸工艺分析与特性测试

关金华

(抚顺职业技术学院，辽宁 抚顺 113122)

AGC伺服油缸工艺分析与特性测试

关金华

(抚顺职业技术学院，辽宁 抚顺 113122)

首先介绍了影响AGC伺服油缸质量的主要因素，然后指出AGC伺服油缸活塞杆原生产工艺存在的问题，并提出了改进措施，最后从摩擦力测试和动态测试两方面详细介绍了进行AGC伺服油缸性能测试的原理和方法。

AGC伺服油缸；活塞；缸体；特性测试；摩擦力测试；动态特性

厚度公差是成品、半成品钢带的重要尺寸指标之一，因此有必要在板带轧制过程中对板厚进行自动控制，即所谓AGC控制。在全液压压下和液压微调的轧机中，液压缸在系统中的作用是传递轧制力和调节辊缝，它既是执行量又是被调节量[1]。AGC伺服油缸(以下简称AGC缸)制造工艺的一个重要环节就是对油缸进行静态和动态特性测试。

1 AGC缸加工

1.1AGC缸质量控制

在保证毛坯质量合格的前提下，有以下几点需注意：(1)严格控制密封槽的加工精度和粗糙度，其加工精度和粗糙度会影响到油缸的密封性，而油缸的密封性好坏将直接影响其内泄漏量。(2)严格控制油孔的尺寸精度及粗糙度，其精度会影响到管路的连接性。(3)严格控制缸体内径镀铬面加工精度和粗糙度，镀铬面精度是影响AGC缸使用寿命的重要因素，其加工精度和粗糙度将直接影响油缸的内泄漏量。

缸体内径的加工质量由以下几个环节组成：(1)缸体内径镀铬前加工精度和粗糙度。镀铬前内径粗糙，电镀时铬层附着不均，则镀铬层质量下降。(2)缸体内径镀铬层厚度。太厚的铬层容易产生局部脱落，太薄磨削后不易满足硬度要求，经过反复考证，镀铬厚度应控制在5～8mm，磨削后铬层厚度应严格控制在3～5mm。(3)镀铬后缸体内径加工精度和粗糙度。

1.2AGC缸加工工艺改进

图1所示为AGC缸活塞杆。活塞杆中心通孔上端的φ150H7止口，原工艺考虑中心通孔与同心止口可在一次装夹中完成。但在实际加工过程中发现，镗床加工后φ150H7孔与相关基准的同心度满足不了图纸的要求，而同心度直接影响工件的装配。

改进工艺为：先用镗床加工中心通孔，并在同一次装夹中加工φ150H7止口，适当留量，然后车削，精车φ150H7孔，直至达到图纸形位精度要求。通过工序调整及分解，减小了加工累积误差，使活塞杆的各项加工参数满足图纸要求。

1.3AGC缸缸体刚度分析

AGC缸有杆腔和无杆腔之间的密封性下降会引起油缸的内泄露，使油缸不能正常工作。而AGC缸的内泄漏主要是活塞与缸体之间的泄露，除了缸体内径加工精度和密封槽尺寸这些影响因素外，缸体的刚性也是一个重要因素，因此有必要对缸体的刚性进行研究。

用三维软件模拟AGC缸加载时缸体变形量，如图2所示(模拟加载最大压力32MPa)。实测AGC缸加载时缸体X，Y方向位移超模拟量不到10%，考虑到缸体加工的形位误差，软件模拟缸体变形量与实测数值基本一致，可为后续油缸包括高压油缸的设计提供依据。

2 AGC缸性能测试

在进行AGC缸特性测试时，为了使测试值尽量真实可信，试验台采用被试系统的伺服油缸和伺服阀等现场液压元件模拟现场控制系统。采用专门的试验台，对测试系统进行了多次测试。测试前，应采用分析、改变系统配置以及更换元件、元件选型，使系统满足油缸测试要求，即：幅频响应范围为1～16Hz，阶跃响应时间小于25ms。AGC缸测试系统如图3所示。

图1 活塞

图2 模拟加载时被测油缸缸体变形图

AGC缸特性测试主要包括静态特性测试和动态特性测试。静态特性测试主要包括保压实验、内泄漏实验、启动摩擦力测试和动摩擦力测试，这里主要介绍后两项；动态性能测试包括阶跃响应测试和幅频相应测试。油温的变化会直接影响被测对象的性能指标，所以测试系统应设计必要的冷却系统用以控制油液的温度[2]。

1—被测AGC缸；2—加载缸；3—位移传感器；4—伺服阀；5—电磁溢流阀；6—电磁换向阀；7—蓄能器；8—油泵

2.1AGC缸摩擦力测试

AGC缸摩擦力大小对整个系统的性能有较大影响，非线性的摩擦力不仅会使油缸产生细微的爬行现象，而且对系统的稳定性和频宽也会产生一定的影响，因此有必要对AGC缸的摩擦力进行测试和控制。为了实现AGC缸的高精度和高响应，一般要求油缸双方向、全行程摩擦力均小于轧制力的0.3%，其动摩擦力和静摩擦之差小于30%[3-5]。

a.启动摩擦力测试。

被测缸的无杆腔通过管路接伺服阀一端控制口，用高压小流量泵通油，有杆腔接回油箱；计算机给伺服阀发出斜坡信号，控制液压缸从静止到开始运动，同时计算机接收被测缸的位移信号和无杆腔压力信号，绘成位移压力曲线；被测缸在不同位置启动，即可得到相应位置的启动摩擦力曲线，这里一般选取缸体工作行程的零位、1/3位、1/2位3处进行测试。有杆腔启动摩擦力测试与无杆腔测试方法相同。

b.动摩擦力测试。

被测缸无杆腔由伺服阀一端口控制，用低压大流量泵通油，通过计算机接收被测缸活塞的位移信号，并通过控制器、伺服阀等元件构成位置闭环；计算机通过操纵溢流阀控制背压，可进行恒负载或变负载工况的模拟，数据采集卡收集无、有杆腔压力信号，经过计算处理，可得位移摩擦力曲线。

2.2AGC缸动态性能测试

模拟轧机负载工况(轧制力0～5 000N)，要求试验台机架有足够刚度，在准轧制条件下完成轧机液压AGC系统油缸的现场原型幅频响应和阶跃响应测试。

AGC缸幅频响应测试原理：用不同频率ωj的正弦波信号激励被测系统，测出系统的稳态输出幅值Xoj，Yoj及相位差φj；系统在正弦X(t)=X0sinωt信号的激励下，所产生的稳态输出也是正弦信号，但两者幅值不一样，其幅值比A=Yo/Xo是频率ω的函数，相位差φ也是ω的函数[6]。

测试时被测缸与加载缸在闭式机架内对顶安装，加载缸的无杆腔通压力油，模拟被压，将被测缸压紧在机架上，模拟轧制工况；被测缸和加载缸的有杆腔、无杆腔分别接位移传感器，以便准确检测被测缸的动态位移。在动态测试软件环境下，由计算机给出一组正弦电压信号，然后经伺服放大器、伺服阀，控制进入被测缸的压力油的流量大小，被测缸将压力油流量转化为位移输出，位移传感器发出的信号被计算机采集卡收集，通过对位移信号进行转换与计算，获得系统的稳态输出。将输入与输出信号进行比较，经转换可得测试系统的幅频特性。

AGC缸阶跃响应是考察系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间变化的指标。这里假设模拟被测系统处于恒负载工况下，实时测量阶跃信号和被测油缸活塞位置随时间的变化过程，绘出阶跃响应曲线。

3 结束语

文中对AGC缸加工工艺及测试方法的分析，对进一步优化AGC缸制造工艺具有积极促进作用，同时对AGC缸测试系统的进一步研究和完善以及对其他类伺服油缸测试系统的建立能起到指导作用。

[1] 何宜业.液压AGC原理及其液压缸[J].鞍钢技术，1982(7)：15-16.

[2] 曾良才.板带轧机液压AGC综合测试系统及故障诊断研究[D].武汉：武汉理工大学，2005:29-33.

[3] 严开勇，陈奎生，涂福全. AGC液压缸模拟工况摩擦力特性测试方法研究[J].液压与气动，2009(2)：37-39.

[4] 陈新元，曾良才，陈奎生.液压压下伺服缸动态特性测试系统研究[J].液压气动与密封，2004(3)：30-31.

[5] 杨海波，李朋一，杨成.薄板坯连铸连轧中的板带厚度控制及仿真分析[J].北京科技大学学报，2001，23(2)：140-142.

[6] 陈奎生.高精度多功能液压试验台的研制[J].武汉冶金科技大学学报，1997，20(3):333-339.

TheprocessanalysisandfunctiontestingofAGCservocylinder

GUAN Jinhua

(Fushun Vocational and Technical College, Liaoning Fushun, 113122, China)

It introduces the main factors affecting the quality of AGC servo cylinder, points out the AGC servo cylinder piston rod problems existing in the original production technology, and puts forward the improvement measures. Aiming at the two aspects of friction test and dynamic test for AGC servo cylinder, it describes in detail about the principle and method of performance test.

AGC servo cylinder; piston; function testing; friction test; dynamic characteristic

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.12.016

2014-12-02

关金华(1981—)，女(蒙古族)，辽宁阜新人，抚顺职业技术学院讲师，硕士，主要研究方向为机械工程。

TH11

B

2095-509X(2014)12-0065-04