油管静水压装置的自动控制设计

发表时间:2020/10/10   来源:《工程管理前沿》2020年18期   作者:王恩贵 郝长龙
[导读] 在挖掘机工作用液压油管工作当中,在日常工作中承受着高温和高压,
        王恩贵  郝长龙
        临沂金利液压科技有限公司
        【摘要】在挖掘机工作用液压油管工作当中,在日常工作中承受着高温和高压,如果油管发生破裂,将会直接影响到生产工作,引发严重的经济损失。因此在使用油管之前,需要自动控制设计油管静水压装置,平衡密封头两端压力。本文论述了油管静水压装置的自动控制设计,保障挖掘机工作用液压油管的稳定性。
        关键词:油管;静水压装置;自动化控制设计
        工程机械涉及到各种油管,因此油管质量关系到最终工作质量。油管长期处于高温高压的工作状态,如果发生了破裂等问题需要理解维修,但是整体维修工作比较复杂,需要停机更换油管。在投入使用油管之前,需要进行试压工作,落实油管静水压装置的自动控制设计工作,满足油管检测效果,促进我国工程机械可持续发展。
一、液压控制系统数学建模
(一)电液换向阀
        在液压系统当中,需要利用换向阀执行定向泵换油,换向阀的阀芯和阀体之间进行相对运动,控制变换阀的油流方向和截断油路方向。根据阀芯位置改变工作的操作方式,划分换向阀为手动和机动以及液动等类型。【1】
        电液换向阀主要包括电磁阀和液动阀,电液阀决定具体位数,结合工程工作要求,利用电液阀控制工作非常方便,可以实现远程控制工作,可以实现大容量负载运行,为了精确的定位液控单向阀,减少活塞在主油缸的运动距离,油管静水压装置利用Y型电液换向阀,换向阀处于中位,联通油缸两端和油箱,立刻关闭液控单向阀,同时立即停止活塞运动,可以达到嵌位目标。工作人员可以结合工程压力关系,建立电液换向阀的模型。在建立时域动态模型的过程中需要综合考虑加压工作的系统惯性。
(二)增压缸
        增压缸结构同一个活塞杆中具有不同直径的两个活塞,根据活塞杆受力平衡工作目标,在静态情况中,P1A1=P2A2,因此获取P2=A1/A2·P1。如果低压油P1进入到缸左端,活塞开始向右运动,将高压油P2输出。面积A1和A2具有较大的差距,如果P1相同,将会输出较大值的P2,但是整体输出流量比较小。在反向通油阶段,活塞杆向左移动,实现空回程,无法输出高压油。如果工作要求连续输出高压油,工作人员需要改进活塞和活塞杆的结构,也可以改进二者连接方式,通过控制油路,可以将高压油连续输出。【2】
        
        
        
        
        
        增压缸
        如果一般泵无法满足高压系统的要求,例如系统压力达到32MPa,就需要利用增压缸。系统局部压力比较大,或者系统需要间歇性的高压,也需要利用增压缸。此外利用增压缸可以转化不同介质的压力。
        因为增压缸主要负载是水,在加高压的阶段,可以将液体压缩视为弹簧机构,因此需要考虑负载质量,因为油管中的水没有发生位移,因此也可以忽视负载阻尼系数,当负载质量和负载阻尼系数为0,可以简化原传递函数。
        如果液体介质中含有空气,液压系统中管道具备弹性,可以不断降低油液体积模量值,因此液体体积模量就是所谓的当量体积模量,利用液压系统的实测法可以获取当量体积模量,如果实测条件不明确,可以用经验值计算数据。
(三)电液比例溢流阀
        电液比例溢流阀根据输入电流信号,有效控制液压系统的压力。以常规溢流阀为基础,利用直流比例电磁铁代替手动调节的螺丝。构建电液比例控制系统,可以根据比例连续性控制执行机构的实际速度和方向,避免出现液压冲击问题。工作人员需要结合使用器件的响应曲线,实现非线性回归建模,也可以利用MATLAB多项式拟合方法,构建器件数学模型。
(四)主油缸
        驱动液压传动和控制系统的各种机械,主要是利用油缸和油马达。油缸负责驱动行程较短的机构,可以实现往复直线运动和复偏摆运动,因此输入特定推力和速度。油缸具有简单的机构,实际工作具有可靠性。在控制系统和各类工程机械等运动过程中利用油缸。工作人员需要结合油管静水压装置油缸工作过程,实现油缸建模。【3】
        如果活塞在主油缸中是静止不动的,在整个工作过程中,活塞后退距离为3mm左右,如果主油缸行程为1.2m,控制量为压力,因为并不是控制量,因此可以忽略不计。再加上水体积具有较小的压缩系数,因此可以确定为不可压缩,因此可以看作主油缸增益为1。
二、控制器设计
(一)工程控制要求
        如果试压压力为100MPa,水压属于滞后环节,在实际试压阶段,如果同时在增加油管两端的压力,因为属于滞后环节,在动密封头两端会形成压力差,压力差达到特定值,密封头和主油缸活塞可能会发生损坏,影响到试压效果,降低了整体系统的可靠性,增加机械损害,会因此增加维修费用。因此工作人员需要平衡试压油管两端的压力,保障试压效果。
        平衡工程中的压力,指的是互相平衡动密封头左右两端主油缸的压力,保障二者压力差始终在横向压力值以内。
        在整个自动控制系统中利用PLC和A/D以及D/A模块,执行数据转化和模数转化等工作需要一定的时间,因此系统运行过程中存在滞后环节,这是因为压力差的影响。因此需要结合控制要求,保障压力控制精度。
(二)选择控制算法
        工程控制中常用的控制器算法为PID算法,利用内膜控制器算法等,但是这类算法缺乏鲁棒性,不适用于非线性系统,在今后工作中需要进一步改进。PID算法具有很强的适用性,对于控制对象也没有提出较高的要求,具有良好的鲁棒性,因此可以选择PID算法。【4】
        在工业过程控制过程中,普遍利用PID算法,近些年在工程控制工作中推广利用计算机,结合PID算法和计算机,简化整体计算过程,不断推广应用。常见的控制方式调节模拟的PID,设置PID调节,不需要控制系统的数学模型,同时利用PID控制方法可以获得显著的效果,此外PID调节器结构简单,根据被控对象实际情况,实现PID变种,具有显著的适用性和灵活性。在可编程控制器中,数字式PID发挥着重要的作用。
        针对整个系统,位置式和增量式控制算法的区别比较小,增量式控制只是适当的改进具体算法,利用计算机输出增量值,降低了误差动作的影响,工作人员可以结合逻辑判断适当的删除。切换手动和自动的过程中产生的冲击比较小,可以实现无扰动的切换,整体计算过程非常方便。但是增量式PID控制算法也存在不足之处,因此在控制精度较高的系统过程中,可以利用位置式PID控制算法,如果系统执行器为电动阀门,可以利用增量式PID控制算法。
结束语:
        本文深入分析了油管静水压装置的自动控制设计工作,设计液压平衡自动控制系统,在试压过程中需要平衡液压,利用电液比例溢流阀控制压力,实现机电一体化工作效果。利用建模方式,根据工作参数和工作要求合理优化模型,将系统动态情况准确的反映出来,进一步简化计算工作。
参考文献:
[1]明立权,刘力力.旋塞阀静水压快速试压装置设计[J].机械研究与应用,2020,33(03):116-118.
[2]戴艳梅,蔡岩.静水压测试仪校准方法探讨[J].计测技术,2020,40(03):38-40.
[3]王倩,高广启.液压油管钳自动上卸扣装置的设计与研究[J].机械设计与制造工程,2018,47(07):69-71.
[4]郭方皓,张义春,刘佳林.工程机械液压油管椭圆度超差危害与分析控制[J].液压气动与密封,2018,38(04):84-86.
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