史小波,賈耀輝,于亞輝

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所,河南 鄭州 450015)

某型清洗車負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)應(yīng)用及探討

史小波,賈耀輝,于亞輝

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所,河南 鄭州 450015)

針對某型清洗車液壓系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題,結(jié)合某型負(fù)載敏感比例多路閥的液壓原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu),對系統(tǒng)中二次調(diào)速問題,閥控馬達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)壓力振蕩的問題,啟動沖擊和馬達(dá)停機(jī)憋壓問題以及在電液先導(dǎo)控制功能同時選用時出現(xiàn)的先導(dǎo)功能失效等問題,分別分析了誘發(fā)故障的原因和機(jī)理,并提出相應(yīng)的解決措施,可為負(fù)載反饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用和調(diào)試提供一定參考.

負(fù)載敏感;多路閥;壓力振蕩;憋壓

某型清洗車由于功能模塊多,動作執(zhí)行元件多采用單泵多執(zhí)行器負(fù)載敏感液壓系統(tǒng),具有節(jié)能性好,系統(tǒng)元件少,設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,流量輸出與負(fù)載變化無關(guān),可滿足多個執(zhí)行元件在不同負(fù)載下同時工作等優(yōu)點(diǎn).負(fù)載敏感多路閥是該系統(tǒng)的核心元件,它并不是一個簡單、單一的液壓元件,而是一個由多個不同功能的插裝元件組成相互耦合的具有特定壓力、流量調(diào)節(jié)功能的高度集成、復(fù)雜的(液壓)系統(tǒng).本文就基于負(fù)載敏感比例多路閥設(shè)計(jì)的液壓控制回路中的二次調(diào)速問題,閥控馬達(dá)回路出現(xiàn)壓力振蕩問題,慣性旋轉(zhuǎn)負(fù)載停機(jī)憋壓問題,電液先導(dǎo)功能同時選用時,先導(dǎo)功能失效或使用不當(dāng)可能會引起其他事故等問題,結(jié)合負(fù)載反饋控制技術(shù)及某比例多路閥的液壓原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu),分析了誘發(fā)問題的原因并提出解決措施或注意事項(xiàng).

1 二次流量調(diào)節(jié)

在清洗器姿態(tài)調(diào)整控制過程中,操作人員須調(diào)節(jié)進(jìn)給油缸的速度,防止清洗器噴頭碰撞孫好壞.雖然比例多路閥有流量調(diào)節(jié)裝置,但都不能實(shí)時、便捷、頻繁調(diào)節(jié)每一聯(lián)輸出流量,本文設(shè)計(jì)了以下3種進(jìn)給油缸速度控制方案:(1)如圖1a,為圖1中進(jìn)給油缸控制回路的局部液壓原理圖,該方案在多路閥出口油路中串聯(lián)接入手輪調(diào)節(jié)式節(jié)流閥14,來控制進(jìn)給油缸速度.此方案出現(xiàn)問題是:在調(diào)節(jié)節(jié)流閥工程中系統(tǒng)持續(xù)高壓,控制流量非常差,甚至不能正常使用.經(jīng)分析,這是由于比例多路閥中壓力補(bǔ)償閥的緣故,該聯(lián)在二次溢流閥溢流之前,以恒定流量輸出,節(jié)流閥14基本不起作用.(2)如圖1b,將節(jié)流閥并聯(lián)在多路閥控制口,與其他油路構(gòu)成旁路調(diào)速回路.此方案可以達(dá)到流量控制要求,但多余流量以負(fù)載壓力通過節(jié)流閥,能耗較高,造成系統(tǒng)油溫高,有缺點(diǎn).(3)基于負(fù)載敏感比例多路閥的特點(diǎn),提出了一種quot;外置先導(dǎo)減壓流量調(diào)節(jié)quot;方案,在多路閥控制進(jìn)給油缸-聯(lián)主閥的液控油路中串聯(lián)接入手輪調(diào)節(jié)減壓泄荷閥13,通過控制主閥先導(dǎo)控制壓力,進(jìn)而控制主閥閥芯開度,從而達(dá)到控制主閥輸出流量的目的.此方案經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn),流量調(diào)節(jié)性能良好,工作穩(wěn)定、可靠滿足設(shè)備工作需要,且回路簡潔,無能量損失.

圖1 節(jié)流調(diào)速方案液壓原理圖

2 閥控馬達(dá)回路壓力振蕩

圖2 馬達(dá)驅(qū)動回路

在清洗車液壓系統(tǒng)中,采用負(fù)載敏感變量泵-負(fù)載敏感比例多路閥-液壓馬達(dá)回路.開啟時,系統(tǒng)壓力均出現(xiàn)持續(xù)振蕩.文獻(xiàn)3和文獻(xiàn)4所描述過類似現(xiàn)象,分別通過在路Ls回路加直徑0.6mm的阻尼孔和改變流量限制閥口開度的方法解決了各自系統(tǒng)壓力振蕩問題.由于各系統(tǒng)的差異性,目前已有文獻(xiàn)中所提及的減振方法尚無一種能在每個發(fā)生壓力振蕩的系統(tǒng)都可以取得理想效果,只能作為定性參考.綜合負(fù)載敏感系統(tǒng)及變量泵傳遞函數(shù)和負(fù)載敏感比例多路閥數(shù)學(xué)模型,可知泵的變量機(jī)構(gòu)-Ls負(fù)載反饋閥-主閥壓力補(bǔ)償閥-主閥節(jié)流口-Ls反饋油路以及負(fù)載馬達(dá)組成一個復(fù)雜的壓力流量閉環(huán)控制系統(tǒng),所以壓力振蕩問題的實(shí)質(zhì)就是系統(tǒng)穩(wěn)定性問題.通過分析,影響系統(tǒng)穩(wěn)定的因素很多,其中工程實(shí)踐中不易操控調(diào)整的參數(shù)有Ls閥的彈簧剛度、泵變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及其他元件相關(guān)參數(shù)、負(fù)載等;現(xiàn)場可調(diào)參數(shù)如Ls閥的壓差、節(jié)流閥開度、反饋管路的液容與液阻等.目前,大多數(shù)情況只能根據(jù)仿真結(jié)果或定性理論分析與工程試驗(yàn)相結(jié)合的方法去確定相關(guān)參數(shù)的具體值,來解決系統(tǒng)壓力振蕩問題,有時可能需要多種方法同時采用.從工程實(shí)踐及可操作角度,除了以上方法外,可嘗試下列方法:(1)在多路閥選型時優(yōu)選二通壓力補(bǔ)償器含減振阻尼或Ls油路含阻尼元件的選項(xiàng),通過阻尼增加壓力補(bǔ)償器的穩(wěn)定性或減小系統(tǒng)開環(huán)增益.(2)在Ls反饋油路加微型蓄能器衰減壓力振蕩.在此清洗車液壓系統(tǒng)調(diào)試中采用在Ls反饋油路加微型蓄能器的方法解決了壓力振蕩問題,效果良好.

3 啟動沖擊和馬達(dá)停機(jī)憋壓

在此清洗車液壓系統(tǒng)中有多個旋轉(zhuǎn)動作由液壓馬達(dá)驅(qū)動,旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速較高,慣量大.在系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)存在以下問題:(1)啟動時沖擊較大,啟動瞬時壓力達(dá)到系統(tǒng)變量泵設(shè)置的切斷壓力(系統(tǒng)中最高壓力設(shè)置點(diǎn)),且伴有較大噪音,發(fā)動機(jī)冒黑煙并出現(xiàn)熄火現(xiàn)象.(2)馬達(dá)執(zhí)行元件停機(jī)時出現(xiàn)尖銳噪聲,設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)及液壓管路振動劇烈.

系統(tǒng)回路原理見圖2.分析后判斷:問題(1)是由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣量大,閥口打開太快,造成全流量瞬時通入液壓馬達(dá),引起沖擊;問題(2)中,設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮了馬達(dá)的停機(jī)工況,多路閥換向聯(lián)選型為Y型機(jī)能,當(dāng)馬達(dá)停機(jī)時,馬達(dá)兩個油口和油箱相通構(gòu)成回路,允許馬達(dá)慣性自由旋轉(zhuǎn).實(shí)際應(yīng)用中此比例多路閥中位油路帶阻尼,導(dǎo)致馬達(dá)停機(jī)時進(jìn)出油口不能建立順暢回路,引起憋壓,馬達(dá)短時被憋停,對執(zhí)行機(jī)構(gòu)沖擊振動也較大.

解決措施:(1)通過控制器對多路閥控制電流輸出加延時,多路閥控制電流大小決定閥口開度,從而決定輸出流量(對應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速),使馬達(dá)緩慢加速到額定轉(zhuǎn)速,有效減小沖擊,延時時間越長,沖擊越小.(2)圖2中可見,此負(fù)載敏感比例多路閥出廠時A、B口油路預(yù)裝有截止閥芯,用于加裝二次溢流閥.根據(jù)馬達(dá)需要的旋向,將A、B口中一個截止閥芯去掉,使馬達(dá)回油繞過帶阻尼的主閥芯直接與多路閥T口相通,保證馬達(dá)停機(jī)時可形成順暢回路.消除憋壓引起的噪音和沖擊振動.注意,此方法只適用于單旋向馬達(dá),反向因壓力油直接通T口而不能建立壓力,動力失效.

4 電液先導(dǎo)聯(lián)合控制時先導(dǎo)失效

當(dāng)負(fù)載敏感比例多路閥采用電液先導(dǎo)聯(lián)合控制時,由于比例減壓閥在非工作狀態(tài)下控制口A和泄油口T相通,所以在外加液控先導(dǎo)裝置時,閥體內(nèi)液控油路會內(nèi)置一個直徑0.7mm的節(jié)流孔,如圖3中零件3,節(jié)流孔的作用是既要保證先導(dǎo)比例減壓閥能正常工作,又防止外加液控先導(dǎo)閥在工作時,大量油液進(jìn)入主閥芯控制腔(彈簧罩或手柄座內(nèi))后直接到比例減壓閥控制口A口,再通過T口泄掉,導(dǎo)致加先導(dǎo)閥失效.

圖3 換向聯(lián)先導(dǎo)電液聯(lián)合控制液壓壓原理圖

此回路易出現(xiàn)的問題:(1)節(jié)流孔堵塞:由于節(jié)流孔直徑約為0.7mm,易堵塞,造成主閥芯一端被推動另一端彈簧罩或手柄座內(nèi)油液無法被釋放,主閥芯無法換向.此時應(yīng)將節(jié)流孔拆下清洗處理.(2)閥開啟慢、彈簧罩漏油:當(dāng)外加先導(dǎo)液控手柄油源不是來源于多路閥本身時,綜合考慮直徑0.7mm節(jié)流孔和先導(dǎo)閥控制口與回油口之間間隙泄漏,主閥芯6和閥體4之間的間隙泄漏的總和,以及主閥開啟響應(yīng)速度等因素,通過計(jì)算,要求輸入先導(dǎo)閥流量不小于2L/min.由于負(fù)載敏感比例多路閥主閥芯的最大液壓驅(qū)動壓力在2～2.5MPa,過大的液控壓力會導(dǎo)致彈簧罩變形,造成彈簧罩與閥體之間漏油,所以先導(dǎo)閥的輸出壓力應(yīng)不大于3MPa.

5 結(jié)語

(1)針對某型清洗車液壓系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題,設(shè)計(jì)了一種基于負(fù)載敏感比例多路閥的quot;外置先導(dǎo)減壓二次流量調(diào)節(jié)quot;回路,具有流量調(diào)節(jié)性能良好,工作穩(wěn)定、可靠,回路簡潔,無能量損失等優(yōu)點(diǎn).(2)從自動控制原理角度定性、宏觀分析了誘發(fā)系統(tǒng)壓力振蕩的原因,并以此為基礎(chǔ),結(jié)合工程實(shí)踐提出減振措施:在多路閥選型時優(yōu)選二通壓力補(bǔ)償器含減振阻尼或Ls油路含阻尼元件的選項(xiàng),通過阻尼增加壓力補(bǔ)償器的穩(wěn)定性或減小系統(tǒng)開環(huán)增益.在Ls反饋油路加微型蓄能器用于衰減振蕩壓力.(3)分析了馬達(dá)驅(qū)動回路啟動沖擊和停機(jī)憋壓的原因,結(jié)合設(shè)備調(diào)試實(shí)踐,提出增加啟動延時和拆除多路閥相應(yīng)位置截止閥芯的解決故障方法.(4)從負(fù)載敏感多路閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理角度分析了在電液先導(dǎo)聯(lián)合控制時,造成先導(dǎo)失效或出現(xiàn)其他事故的原因,并通過分析,提出外接先導(dǎo)閥的輸出流量、壓力參數(shù),作為回路、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或故障排查依據(jù).

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