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液壓系統比例閥共振问题探讨

添加時間:2021-07-01

液壓系統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,可能使系統无法正常工作,降低元件的使用寿命。

本例對兩台數控折彎機(63t和100t)在調試中出現的噪聲與振顫異常現象進行診斷。

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

在對這兩台設備進行初步檢查時,發現100t數控折彎機的主要問題是:①油箱蓋板未正常密封,油液已乳化變質;②泵吸油過濾器和油箱液面基本持平。63t數控折彎機的泵吸油口和液壓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,更换了液壓油,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。

開機工作時,發現低壓保壓工作時,噪聲和振顫較輕;高壓保壓工作時,噪聲和振顫就很嚴重。由此判斷情況異常與壓力有關,屏蔽電磁比例溢流閥后,单独用安全阀做系統压力调节阀,从低压到高压系統工作正常。

据此推断,电磁比例溢流閥存在故障。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。

將有問題的比例閥阀心、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,与比例閥迁移无关。据此推断比例閥与机床可能存在不能很好匹配的现象。分析比例閥座里的两个节流阻尼孔可能不匹配,再次检查并调整比例閥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。

推测比例閥工作时可能发生了共振现象。

根据机械控制系統原理,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爲無阻尼自然頻率;ξ爲阻尼比。

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。

改進阻尼比

無阻尼自然頻率ωn和阻尼比ξ是振蕩環節的主要參數,其瞬態響應取決于這兩個參數。

最后决定改变阻尼比,如图1所示,在件14与比例閥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。

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

开环控制系統

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