一種AGC伺服液壓缸內(nèi)泄漏的實驗測試方法

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(東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，遼寧 沈陽 110004)

一種AGC伺服液壓缸內(nèi)泄漏的實驗測試方法

吳英武，宋錦春

(東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，遼寧 沈陽 110004)

內(nèi)泄漏是影響AGC液壓缸動靜態(tài)性能的主要因素之一。針對AGC伺服缸內(nèi)泄漏測試方法，通過對比分析多種實驗方法，設(shè)計了AGC伺服缸內(nèi)泄漏實驗測試方案，搭建了液壓缸內(nèi)泄漏測試實驗臺，得到了實驗曲線，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析擬合得出了伺服缸內(nèi)泄漏量的計算式。

AGC；伺服液壓缸；內(nèi)泄漏；實驗測試

0 引言

伺服液壓缸是液壓AGC系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件。為保證AGC系統(tǒng)的控制精度，不僅要求AGC液壓缸具有良好的靜態(tài)性能，而且要求其有較好的動態(tài)性能。內(nèi)泄漏是影響AGC液壓缸動靜態(tài)性能的主要因素之一[1]。隨著液壓系統(tǒng)向高壓化發(fā)展, 液壓缸的泄漏量控制越來越受到重視。液壓缸內(nèi)泄漏的產(chǎn)生原因是多方面的，液壓缸缸體及零部件的加工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封性能、油液的污染度和溫度等因素都影響著液壓缸的泄漏[2]，提出了一種AGC液壓缸內(nèi)泄漏的實驗測試方法。

1 液壓缸內(nèi)泄漏測試方法比較

1.1 活塞沉降法

活塞沉降法原理如圖1所示，使用活塞沉降法測量液壓缸無桿腔至有桿腔的泄漏。

圖1 活塞沉降法原理

被試缸有桿腔的油口不接油管，換向閥中位工作，用加載缸加載。使被試缸無桿腔為工作壓力，并保持穩(wěn)定。用位移傳感器測量被試缸活塞桿位移S,同時用計時器計時t，若被試缸活塞面積為A，則內(nèi)泄漏流量q=AS/t。

1.2 流量直接測量法

向被試缸工作腔加恒定壓力，在被試缸未加壓腔出口處連接高精度流量計，通過測試該出口的流量，經(jīng)PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集流量信號，進而測定被試缸的內(nèi)泄漏量[3]。目前，高精度流量計分辨率可達1/40mL，但高精度的流量計一般價格較高，且對于泄漏量較小時測量比較困難。

1.3 壓力流量關(guān)系法

向被試缸工作腔施加恒定壓力以后，斷開工作腔的進油口(關(guān)閉液控單向閥)，進行保壓。檢測工作腔的壓力隨時間的變化情況，通過尋找壓力變化與泄漏量的經(jīng)驗公式，即可得到被試缸的內(nèi)泄漏量數(shù)值。

1.4 比重稱重儀檢測被試缸的泄漏容積

首先采樣試驗用液壓油，標定其密度隨溫度變化曲線。測試原理如圖2所示。將被測液壓缸的活塞分別固定在其行程的兩端或中間需要測試位置(中間位置時可使用加載缸和機架進行固定)，向被測液壓缸的實驗腔加載所需壓力，在液壓缸的另一側(cè)出油口將微小泄漏流量經(jīng)導(dǎo)管導(dǎo)出到容器內(nèi)，使用比重稱重儀精密測量其容積，記錄時間；經(jīng)計算機測控系統(tǒng)，采集稱重信息傳輸，由計算機計算出容積、密度和時間的關(guān)系，得出微小泄漏流量的精密數(shù)值。

圖2 測試原理

2 AGC伺服缸內(nèi)泄漏測試實驗原理

2.1 實驗原理與步驟

根據(jù)GB/T15622-2005內(nèi)泄漏檢測標準、國內(nèi)外伺服缸內(nèi)泄漏測試中比較完善的測試方案[4-6]，結(jié)合現(xiàn)有的實驗設(shè)備，設(shè)計AGC液壓缸的內(nèi)泄漏測試方案如圖3所示。

2.1.1 不同壓力下泄漏油液體積與時間關(guān)系

a.實驗準備。測壓線、高精度量筒(最高精度0.1ml)和秒表。

b.將被測伺服缸活塞通過換向閥控制移至行程最下端。

c.將被測伺服缸下腔壓力泄為零，使用測壓線，通過測壓接頭接入下腔，并使用高精度量筒收集泄漏油液。

d.由于量筒測量精度有限，所以可以通過計算油液滴數(shù)的方法進行油液體積測量，故需對油滴量進行標定：將伺服缸上腔壓力調(diào)定20MPa，對泄漏油液進行收集，并記錄油液滴數(shù)。

e.經(jīng)多次測量可知，每5滴油液體積為0.2ml，所以每滴油液體積為0.04 ml。

f.正式開始測量。將伺服缸上腔壓力調(diào)定為給定壓力，選定23MPa,21MPa,19 MPa,17 MPa,15MPa和13MPa，保持系統(tǒng)持續(xù)供壓，收集泄漏油液，并記錄時間。

g.多次測量取平均值，本次實驗取5次測量平均值。

h.量杯測量法也存在如下不足之處。精確度不高,因為內(nèi)泄漏很少時油滴為非連續(xù)性滴落，所以在時間的計算上會造成一定的測量誤差。

圖3 AGC液壓缸內(nèi)泄漏試驗原理

2.1.2 不同壓力下的壓降與時間關(guān)系

a.實驗準備。壓力傳感器、計算機測控系統(tǒng)。

b.將被測伺服缸活塞通過換向閥控制移至行程最下端。

c.將壓力傳感器接入伺服缸上腔，并連入計算機測控系統(tǒng)。

d.將壓力傳感器與PLC相連，通過PLC查看伺服缸上腔壓力變化與時間關(guān)系。

e.正式開始測量。將伺服缸上腔壓力調(diào)定為給定壓力，選定23MPa,21MPa,19 MPa,17 MPa,15MPa和13MPa，停止供壓，并通過液壓鎖將上腔壓力鎖死。

f.多次測量取平均值，本次實驗取5次測量平均值。

2.2 實驗設(shè)備

最大軋制力200T的液壓AGC模擬裝置的液壓系統(tǒng)原理如圖4所示。單元主體由位于機架上部的被測伺服缸和位于下部加載液壓缸組成，用來模擬軋鋼現(xiàn)場的軋制力變化情況。安裝有MOOG D661伺服閥，可以實現(xiàn)高頻的液壓缸位置調(diào)節(jié)。上下液壓缸之間裝有拉壓力傳感器，以便實時監(jiān)測軋制力的變化情況。

圖4 實驗裝置液壓原理

2.3 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.3.1 不同壓力下泄漏油液體積與時間關(guān)系曲線

以上述實驗設(shè)備為研究對象，分別測試工作壓力在13MPa,15MPa,17 MPa,19 MPa,21MPa和23MPa下的泄漏量，繪制負載-泄漏量曲線[7-8]如圖5所示。

圖5 工作壓力為23MPa的數(shù)據(jù)曲線

由泄漏量計算公式可得負載壓力23MPa下的平均泄漏量為：

=4.648×10-3ml/min

同理可計算出負載壓力在其他實驗壓力下的泄漏量，如表1所示。

根據(jù)表1可得AGC液壓缸在不同壓力下的泄漏量曲線，如圖6所示。

表1 不同工作壓力下的平均泄漏量

圖6 不同負載壓力下泄漏量曲線

將以上實驗數(shù)據(jù)擬合成壓力與泄漏量關(guān)系的二次函數(shù)曲線，用Excel軟件得二次函數(shù)的方程為：

q=-0.004 7p2+0.2454p+1.5401

(1)

2.3.2 壓力變化與時間關(guān)系

分別測試工作壓力在13MPa,15MPa,17 MPa,19 MPa,21MPa和23MPa下的壓力-時間變化曲線如圖7所示。

圖7 壓力變化與時間曲線

將實驗曲線擬合成一條二次函數(shù)曲線，應(yīng)用Excel軟件，得出該二次函數(shù)的方程為：

T=2.62p2-149p+2041

(2)

油液泄漏量為：

(3)

將式(1)、式(2)帶入式(3)可得：

(4)

3 結(jié)束語

通過對比分析液壓缸泄漏量的多種測試方法，確定了AGC伺服液壓缸的泄漏量實驗測試原理。設(shè)計了AGC液壓缸內(nèi)泄漏實驗系統(tǒng)，制定了實驗方案和步驟。根據(jù)實驗結(jié)果繪制了AGC液壓缸的壓力、泄漏量和時間之間的關(guān)系曲線，根據(jù)實驗曲線擬合得到了AGC液壓缸內(nèi)泄漏量的計算式。

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An Experimental Testing Method of AGC Servo Cylinder Leakage

WUYingwu,SONGJinchun

(School of Mechanical Engineering and Automation,Northeastern University,Shenyang 110004,China)

Internal leakage is one of the main effecting factors of AGC hydraulic cylinder.In this paper,the leakage mathematic model of the hydraulic cylinder was established;experimental methods were designed;the experiment rig was established.Cylinder’s internal leakage curves were obtained,and experimental calculating equitation was acquired.

AGC;servo cylinder;internal leakage; experiment

2014-03-11

TH137.51

A

1001-2257(2014)08-0048-04

吳英武(1979-)，女，越南人，博士研究生，研究方向為液壓傳動與控制;宋錦春(1957-)，男，遼寧沈陽人，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向為液壓伺服與比例控制。