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液压系统比例阀共振问题探讨

添加时间:2021-07-01

液压系统振动产生的原因比较复杂,其造成的危害却很严重,如压力或流量脉动等产生的振动,可能使系统无法正常工作,降低元件的使用寿命。

本例对两台数控折弯机(63t和100t)在调试中出现的噪声与振颤异常现象进行诊断。

63t和100t数控折弯机工作时有液压噪声和机床振颤,由于油箱、液压元件等都复合在机床床身上部,机床振颤与液压噪声较难分辨。

在对这两台设备进行初步检查时,发现100t数控折弯机的主要问题是:①油箱盖板未正常密封,油液已乳化变质;②泵吸油过滤器和油箱液面基本持平。63t数控折弯机的泵吸油口和液压缸上端补油阀块有漏油现象,于是,清洗了100t数控折弯机的油箱、吸油过滤器滤芯,更换了液压油,并使加注新油后的液面在吸油过滤器以上,同时解决了63t数控折弯机的漏油现象。

开机工作时,发现低压保压工作时,噪声和振颤较轻;高压保压工作时,噪声和振颤就很严重。由此判断情况异常与压力有关,屏蔽电磁比例溢流阀后,单独用安全阀做系统压力调节阀,从低压到高压系统工作正常。

据此推断,电磁比例溢流阀存在故障。检查电器控制没有异常,更换几个新阀心及阀座后,问题依旧。

将有问题的比例阀阀心、阀座整体换装于其他可正常工作的设备上,能正常工作。由此发现:问题仅仅伴随着机床,与比例阀迁移无关。据此推断比例阀与机床可能存在不能很好匹配的现象。分析比例阀座里的两个节流阻尼孔可能不匹配,再次检查并调整比例阀座上的两个节流阻尼孔(从0.5mm~1.0mm),效果并不明显,但仍然判断此处是问题的关键所在。

推测比例阀工作时可能发生了共振现象。

根据机械控制系统原理,共振的数学模型函数应是典型的振荡环节,其传递函数如下:

G(s)=V(s)/q(s)=K/[(1/ωn2)s2+(2ξ/ωn)s+1]

式中:ωn为无阻尼自然频率;ξ为阻尼比。

由传递函数可知:ξ越小越易产生振荡。ξ<1为欠阻尼振荡,其特征为响应快,但在达到稳定值前有振荡产生,即存在超调量。一般ξ=0.7较理想,可提供最迅速且基本无超调的响应。ξ<0.7,超调量较大。当ξ=1时,称为临界阻尼,此时不会产生振荡,即无超调量} e>i时,则为过阻尼,其响应缓慢,滞后很大。

改进阻尼比

无阻尼自然频率ωn和阻尼比ξ是振荡环节的主要参数,其瞬态响应取决于这两个参数。

最后决定改变阻尼比,如图1所示,在件14与比例阀之间的工艺孔内加入圆柱销,改变了腔内的容积和油液的通流截面积,振颤与噪声显著下降,仔细配做圆柱销与阻尼孔间隙后,完全消除了振颤与噪声。

电磁比例溢流阀是用输入信号来调整控制液压系统的,可实现快速、稳定、精确控制。本例中属于开环控制系统(见图2),因含有电子功率放大装置,液压源轻微的扰动都会引起输出压力或流量的很大波动。本例说明液压系统中的振荡环节在比例控制中影响,在现代液压控制中是不能忽视的重要环节。

开环控制系统

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