液压伺服系统在轮胎里程试验机上的应用

2015-11-17陶奇伟倪亚勤郑学平郭鹏隗隽蕊

橡塑技术与装备 2015年23期

关键词：试验机伺服系统电液

陶奇伟，倪亚勤，郑学平，郭鹏，隗隽蕊

（北京橡胶研究设计院，北京 100143）

液压伺服系统在轮胎里程试验机上的应用

Hydraulic servo system on tire mileage testing machine

陶奇伟，倪亚勤，郑学平，郭鹏，隗隽蕊

（北京橡胶研究设计院，北京 100143）

介绍轮胎里程试验机装置的结构组成及液压伺服系统的工作原理，并详细阐述了液压伺服系统在轮胎里程试验机中的应用及系统维护。

轮胎里程试验机；液压伺服系统；应用

轮胎里程试验机是以转鼓作为活动的模拟路面，对轮胎进行高速、耐久性能检测的设备。按照试验方法不同，轮胎里程试验机可分为高速性能试验机和耐久性能试验机；按照轮胎种类不同，可分为摩托车轮胎、轿车轮胎、轻卡轮胎、载重轮胎、工程轮胎等试验机；按照工位的数量，又可分为2工位和4工位试验机。图1是四工位载重轮胎耐久/高速性能试验机外形图。轮胎里程试验机主要有转鼓、直流电动机、液压伺服系统、机架及防护装置、电气控制系统、计算机等组成，下面着重介绍液压伺服系统。

1 液压伺服系统工作原理

轮胎里程试验机液压伺服系统，通过加载油缸给旋转的轮胎施加一定的作用力，从而对其进行高速、耐久试验。图2为传动示意图。

图1 四工位载重轮胎耐久/高速性能试验机外形图

图2 传动示意图

液压系统主要有液压站、伺服阀块和加载油缸等组成。液压站部分是一个整体组装件，包括：油箱、变量泵、电动机、滤油器、调压阀块、压力表、冷却器等。

里程试验机液压系统原理（如图2），系统由两组液压缸（包含两组伺服阀组）、安全阀组以及液压泵装置等部分组成。伺服液压缸6-01、6-02为加载系统的执行元件，系统的油源为变量泵2-01，泵的供油压力和卸荷有电磁溢流阀2-03控制，压力可由压力表3-04显示。

系统组成元件明细见表1。

图3 液压伺服系统原理图

表1 元件明细表

系统的工作原理为：以一组液压缸为例，系统启动后，电磁铁DT1通电，液压泵由卸荷状态转为供油状态，电磁铁1DT1，1DT4通电使电磁换向阀4-01、 4-04切换至右位，1SV给定为正电流值，伺服阀4-02切换至左位，压力油经电磁换向阀4-01、伺服阀4-02进入液压缸的无杆腔，推动液压缸前进，输入相应的力作用在轮胎上。当液压缸快速前进时，将伺服阀4-02给定相应的正电流值增大；当液压缸慢速前进时，将给定伺服阀4-02的正电流值减小来实现；同理，当液压缸快速后退时，将伺服阀4-02给定相应的负电流值增大；当液压缸慢速后退时，将给定伺服阀4-02给定相应的负电流值减小来实现。

当系统断电时，伺服阀不起作用，此时蓄能器释放的液压油通过各组的节流阀、换向阀使各组液压都退回。

2 电液伺服阀

液压伺服控制是以液压伺服阀为核心的高精度控制系统。液压伺服阀是一种通过改变输入信号，连续、成比例地控制流量和压力而进行液压控制的控制阀。根据输入信号的不同，可分为电液伺服阀和机液伺服阀。电液伺服阀具有结构简单、工作性能稳定可靠、动态响应高、流量范围宽、体积小等优点，如图4所示。

图4 电液伺服阀外形图

中国航空工业集团公司第609研究所研制的FF系列电液伺服阀是一种高性能、双喷档、力反馈的流量控制阀，由于控制精度高、响应速度快，在国产轮胎里程试验机液压伺服系统中得到广泛使用，其结构原理如图5所示。

工作原理为：FF系列电液伺服阀的力矩马达采用永磁力矩马达。液压油连续的从供油腔Ps通过内部过滤器及两个固定节流孔，然后流过喷嘴挡板形成的可变节流口，在经过回油节流孔流回回油腔Pr。

图5 结构原理图

当力矩马达线圈组件输入控制电流时，由于控制磁通和极化磁通的相互作用，在衔铁上产生一个力矩，该力矩使衔铁组件绕弹簧管旋转中心旋转，从而使挡板运动，它导致一边的喷嘴—挡板可变节流口可变节流面积减少，另一边的可变节流面积增大，致使喷嘴腔产生压差，推动阀芯移动，此移动一直持续到由于反馈杆弯曲产生的反馈力矩与控制电流产生的控制力矩相平衡为止。由于力矩马达的力矩与输给阀的控制电流基本成正比关系，反馈力矩与发信位移成正比，输出流量与输入电流之间成比例关系。

下面是伺服阀空载流量特性曲线和压力特性曲线，如图6、图7所示。其中Q为空载流量，I为输入电流，ΔP为压力增益。

3 压力闭环调节

图6 空载流量特性曲线

图7 压力特性曲线图

根据试验要求，载荷给定信号有PLC通过模拟量D/A模块发出指令电压信号（DC-10～10 V）作用与系统时，液压缸活塞变输出负载压力，负载压力由力传感器检测（mV信号），经过隔离放大（DC0～10 V），反馈到伺服控制器，与给定信号相比较，得出偏差信号。此偏差信号经伺服放大器放大后，再经过电压/电流变换（-40～40 mA），输入电液伺服阀，伺服阀产生负载压力差作用于液压缸的活塞上，使液压缸的输出力向减小误差的方向变化，直至这个力等于指令信号所规定的值为止，保证最终作用在轮胎上的负载保持在一个恒定的设定值上。图8为压力闭环调节示意图，图9为伺服放大器接线图。