陶奇?zhèn)?，倪亞勤，鄭學平，郭鵬，隗雋蕊

（北京橡膠研究設(shè)計院，北京 100143）

液壓伺服系統(tǒng)在輪胎里程試驗機上的應(yīng)用

Hydraulic servo system on tire mileage testing machine

陶奇?zhèn)ィ邅喦?，鄭學平，郭鵬，隗雋蕊

（北京橡膠研究設(shè)計院，北京 100143）

介紹輪胎里程試驗機裝置的結(jié)構(gòu)組成及液壓伺服系統(tǒng)的工作原理，并詳細闡述了液壓伺服系統(tǒng)在輪胎里程試驗機中的應(yīng)用及系統(tǒng)維護。

輪胎里程試驗機；液壓伺服系統(tǒng)；應(yīng)用

輪胎里程試驗機是以轉(zhuǎn)鼓作為活動的模擬路面，對輪胎進行高速、耐久性能檢測的設(shè)備。按照試驗方法不同，輪胎里程試驗機可分為高速性能試驗機和耐久性能試驗機；按照輪胎種類不同，可分為摩托車輪胎、轎車輪胎、輕卡輪胎、載重輪胎、工程輪胎等試驗機；按照工位的數(shù)量，又可分為2工位和4工位試驗機。圖1是四工位載重輪胎耐久/高速性能試驗機外形圖。輪胎里程試驗機主要有轉(zhuǎn)鼓、直流電動機、液壓伺服系統(tǒng)、機架及防護裝置、電氣控制系統(tǒng)、計算機等組成，下面著重介紹液壓伺服系統(tǒng)。

1 液壓伺服系統(tǒng)工作原理

輪胎里程試驗機液壓伺服系統(tǒng)，通過加載油缸給旋轉(zhuǎn)的輪胎施加一定的作用力，從而對其進行高速、耐久試驗。圖2為傳動示意圖。

圖1 四工位載重輪胎耐久/高速性能試驗機外形圖

圖2 傳動示意圖

液壓系統(tǒng)主要有液壓站、伺服閥塊和加載油缸等組成。液壓站部分是一個整體組裝件，包括：油箱、變量泵、電動機、濾油器、調(diào)壓閥塊、壓力表、冷卻器等。

里程試驗機液壓系統(tǒng)原理（如圖2），系統(tǒng)由兩組液壓缸（包含兩組伺服閥組）、安全閥組以及液壓泵裝置等部分組成。伺服液壓缸6-01、6-02為加載系統(tǒng)的執(zhí)行元件，系統(tǒng)的油源為變量泵2-01，泵的供油壓力和卸荷有電磁溢流閥2-03控制，壓力可由壓力表3-04顯示。

系統(tǒng)組成元件明細見表1。

圖3 液壓伺服系統(tǒng)原理圖

表1 元件明細表

系統(tǒng)的工作原理為：以一組液壓缸為例，系統(tǒng)啟動后，電磁鐵DT1通電，液壓泵由卸荷狀態(tài)轉(zhuǎn)為供油狀態(tài)，電磁鐵1DT1，1DT4通電使電磁換向閥4-01、 4-04切換至右位，1SV給定為正電流值，伺服閥4-02切換至左位，壓力油經(jīng)電磁換向閥4-01、伺服閥4-02進入液壓缸的無桿腔，推動液壓缸前進，輸入相應(yīng)的力作用在輪胎上。當液壓缸快速前進時，將伺服閥4-02給定相應(yīng)的正電流值增大；當液壓缸慢速前進時，將給定伺服閥4-02的正電流值減小來實現(xiàn)；同理，當液壓缸快速后退時，將伺服閥4-02給定相應(yīng)的負電流值增大；當液壓缸慢速后退時，將給定伺服閥4-02給定相應(yīng)的負電流值減小來實現(xiàn)。

當系統(tǒng)斷電時，伺服閥不起作用，此時蓄能器釋放的液壓油通過各組的節(jié)流閥、換向閥使各組液壓都退回。

2 電液伺服閥

液壓伺服控制是以液壓伺服閥為核心的高精度控制系統(tǒng)。液壓伺服閥是一種通過改變輸入信號，連續(xù)、成比例地控制流量和壓力而進行液壓控制的控制閥。根據(jù)輸入信號的不同，可分為電液伺服閥和機液伺服閥。電液伺服閥具有結(jié)構(gòu)簡單、工作性能穩(wěn)定可靠、動態(tài)響應(yīng)高、流量范圍寬、體積小等優(yōu)點，如圖4所示。

圖4 電液伺服閥外形圖

中國航空工業(yè)集團公司第609研究所研制的FF系列電液伺服閥是一種高性能、雙噴檔、力反饋的流量控制閥，由于控制精度高、響應(yīng)速度快，在國產(chǎn)輪胎里程試驗機液壓伺服系統(tǒng)中得到廣泛使用，其結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

工作原理為：FF系列電液伺服閥的力矩馬達采用永磁力矩馬達。液壓油連續(xù)的從供油腔Ps通過內(nèi)部過濾器及兩個固定節(jié)流孔，然后流過噴嘴擋板形成的可變節(jié)流口，在經(jīng)過回油節(jié)流孔流回回油腔Pr。

圖5 結(jié)構(gòu)原理圖

當力矩馬達線圈組件輸入控制電流時，由于控制磁通和極化磁通的相互作用，在銜鐵上產(chǎn)生一個力矩，該力矩使銜鐵組件繞彈簧管旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，從而使擋板運動，它導(dǎo)致一邊的噴嘴—擋板可變節(jié)流口可變節(jié)流面積減少，另一邊的可變節(jié)流面積增大，致使噴嘴腔產(chǎn)生壓差，推動閥芯移動，此移動一直持續(xù)到由于反饋桿彎曲產(chǎn)生的反饋力矩與控制電流產(chǎn)生的控制力矩相平衡為止。由于力矩馬達的力矩與輸給閥的控制電流基本成正比關(guān)系，反饋力矩與發(fā)信位移成正比，輸出流量與輸入電流之間成比例關(guān)系。

下面是伺服閥空載流量特性曲線和壓力特性曲線，如圖6、圖7所示。其中Q為空載流量，I為輸入電流，ΔP為壓力增益。

3 壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)

圖6 空載流量特性曲線

圖7 壓力特性曲線圖

根據(jù)試驗要求，載荷給定信號有PLC通過模擬量D/A模塊發(fā)出指令電壓信號（DC-10～10 V）作用與系統(tǒng)時，液壓缸活塞變輸出負載壓力，負載壓力由力傳感器檢測（mV信號），經(jīng)過隔離放大（DC0～10 V），反饋到伺服控制器，與給定信號相比較，得出偏差信號。此偏差信號經(jīng)伺服放大器放大后，再經(jīng)過電壓/電流變換（-40～40 mA），輸入電液伺服閥，伺服閥產(chǎn)生負載壓力差作用于液壓缸的活塞上，使液壓缸的輸出力向減小誤差的方向變化，直至這個力等于指令信號所規(guī)定的值為止，保證最終作用在輪胎上的負載保持在一個恒定的設(shè)定值上。圖8為壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)示意圖，圖9為伺服放大器接線圖。

圖8 壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)示意圖

圖9 伺服控制器接線圖

4 載荷標定

由于每個測力傳感器特性曲線不一樣，需要用標準測力裝置進行載荷標定。如果傳感器在某一范圍內(nèi)線性很好，可以用直線代替；反之，可用多段直線代替。載荷標定畫面如圖產(chǎn)10。

5 系統(tǒng)維護

由于電液伺服閥對油液污染敏感，維護保養(yǎng)顯得更為重要。

（1）向油箱中注油前，必須認真徹底清洗油箱。在注油時，一定要經(jīng)過5 μ的濾油器向油箱注油。特別注意：新油未必清潔干凈。

圖10 工位載荷標定載圖

（2）伺服閥在安裝前，需要用沖洗蓋板先將系統(tǒng)油液循環(huán)沖洗48 h以上，然后更換新濾芯，再沖洗2 h以上方可使用。

（3）當濾油器發(fā)出堵塞信號后，應(yīng)盡快停機，更換新濾芯。

（4）由于里程試驗機24 h連續(xù)運轉(zhuǎn)，液壓系統(tǒng)油溫比較高，必須進行冷卻處理?？梢圆捎蔑L冷或水冷，使用水冷時，必須使用凈化后的淡水，并安裝進水過濾器，否則容易結(jié)水垢，影響冷卻效果。

（5）由于伺服閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密，當伺服閥動作不靈敏或堵塞時，不要自己處理，要送到專業(yè)廠家清洗、調(diào)試。

6 結(jié)束語

在輪胎里程試驗機中，使用液壓伺服控制載荷，比其他方式（如機械重錘式和液壓比例閥）加載，控制精度高，小于±1%，動態(tài)響應(yīng)速度快，滿足了試驗標準要求，取得了較好的使用效果。

（R-03）

TQ330.73

1009-797X（2015）23-0042-04

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.011

陶奇?zhèn)ィ?965-），男，高級工程師，學士，從事自動化控制設(shè)計及調(diào)試工作。

2014-09-09