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电液伺服系统故障模拟方法

电液伺服系统故障模拟方法

2012/8/8 10:49:59

      1 电液伺服系统是用于重型载荷和精确控制的常用控制系统之一 ,使用中要求具有很高的可靠性 ,从而使得电液伺服系统故障研究越来越受到人们的关注,已有的一些文献介绍了某些电液伺服系统故障产生原因及其排除方法 ,但真正形成深人的理论分析和研究还有大量的工作要做。目前 ,由于电液伺服系统的造价昂贵 ,多数研究工作者都会遇到一个实际困难,即开展电液伺服系统故障研究时需要人为地模拟一些故障现象,这在经济上是难以承受的,这样 ,如何模拟故障而不损坏元件 ,就成为研究者必须解决的一个棘手问题,本文正是基于这一前提进行了有益的探讨和尝试。     一般来说 ,解决上述矛盾可以从两个方面考虑:一是建立电液伺服系统的故障模型 ,然后如同系统仿真那样 , 对电液伺服系统的故障进行仿真,然而,即使获取了系统故障仿真的结果 ,最终也还需要将仿真结果与实际情况做对 比,本文旨在寻求一种途径,即采用一些巧妙的方法来实现硬件模拟。这里,针对一种典型的电液伺服系统 ,用外接元件法,对电液伺服系统中执行元件泄漏与爬行以及电液伺服阀中的电路故障进行了无损模拟。

     2 电液伺服系统故障     典型的电液伺服系统滚压缸,指令信号与位外负载电液伺服阅反饭信号,油源指令信号比较放大奋电液伺服系统置传感器的反馈信号进行 比较 ,其差值经过放大器放大后传递给电液伺服阀,电液伺服阀的输出流量与其输入电流成正比,该输出流量推动液压缸完成指令工作,当工作位置与指令位置一致时,电液伺服阀的输入电流为零,阀口关闭,不再提供流量,液压缸停止运动。     (1) 液压缸的常见故障:

     液压缸的泄漏液压缸的泄漏分为内泄漏和外泄漏,内泄漏的原因通常由于间隙变大或密封失效产生的,外泄漏则多数因密封损坏而引起的。

     运动部件爬行当液压缸处于低速运动时,往往会出现爬行现象,其原因多为运动部件导轨出现干摩擦或者供油流量低于最小稳定流量而出现故障,另外,外负载的异常变化也可能导致运动部件产生爬行。

    (2)液服故障     电液伺服阀的故障形式很多 ,比较常见的有:     阀不动作,导致运动部件不动作;经常出现零点漂移;伺服阀的输出流量过小;伺服阀的性能指标变差。这些故障产生的原因一般是;系统内油液不清洁而导致各种阻塞和卡死;电磁力矩马达接线存在错误;供油压力不稳定或压力过低;环境影响,如系统温升过高等。

     3  故障模拟      采用人为制造故障的方法是进行机械系统故障研究的必要手段,但是对电液伺服阀进行人为制造故障必将带来大量经济损失,而且每出现一次故障,都要到生产厂家或其指定地点去维修,这就决定了这种元件故障模拟的难度,本文设计的故障间接模拟法既可达到故障模拟的目的,又不损伤元件。

    (1) 液压缸故障模拟机理

    在液压缸两腔并联一支路 ,其中节流阀规格的选取满足泄漏量要求即可 ,调节节流阀流量就可以模拟液压缸泄漏故障,流量计用来测量泄漏流量的大小。当三位四通电磁换向阀处于中位时,没有流量通过节流阀,此时为模拟液压缸无泄漏情况当电磁铁带电时,换向阀上位工作 ,此时,高压腔的油液可以通过节流阀经换向阀流往低压腔,构成内泄漏模拟,泄漏流量由节流阀调节,当价带电时,换向阀下位工作 ,有杆腔的油可以通过节流阀经换向阀下位流向量杯。此时为外泄漏模拟 ,泄漏流量由节流阀调节 ,通过流量计或量杯测量。众所周知,节流阀均有其最小稳定流量指标 ,当流量调节到最小稳定流量以下时,就会出现流量阻塞现象 ,从而使执行元件产生爬行。

     为了模拟液压缸爬行故障效果 ,还可以借助于节流阀产生流量阻塞现象,这样就可以完成液压缸爬行故障的模拟。

     (2)电液伺服阀故障模拟机理目前,电液伺服阀的无损伤故障模拟问题仍是一个重要的研究课题。本文提出的电液伺服阀故障只是一种探索。     零偏模拟,零偏模拟可以采用油温调节法,使系统的温度产生大范围的变化 ,从而使电液伺服阀产生零偏。这种方法需要温度调节控制装置,控制电液伺服系统的油温。另一种较为简单的方法是采用压力调节方法。取消主油路中的蓄能器,通过调节溢流阀竹的压力,实现零偏模拟。还有一种设想,在电磁力矩马达外部施加强磁场干扰,通过磁场感应的变化使电磁力矩马达的几个气隙失去平衡,这样产生零偏。并且 当磁场干扰消除后,气隙还可恢复平衡。

      由于干扰磁场的设计比较困难 ,本文没有进行尝试。线路故障模拟。电液伺服阀的线路故障有短路、断路和虚接等几种 ,通常可以应用外接法模拟,在接线端外设计一电路与接线端对应为三个刀型开关 ,模拟情况如表所示,其表示接通 ,表示断开。      结束语      本文对于电液伺服系统的故障模拟方法进行了探索和尝试,其目的试图为电液伺服系统的故障诊断研究开辟出一条经济可行的途径。当然 ,电液伺服阀的故障模拟远非如此简单,本文也只是抛砖引玉提供一种故障无损模拟的概念,供有兴趣的读者参考。

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王静
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