龙工（上海）精工液压有限公司技术部
在实际工程机械领域，由于大部分的液压缸负载力大小及方向均是时变、不可测的，对于采用对称泵控回路时，存在速度突变和压力波动，系统实际控制性能较差。而通过理论分析可知，非对称泵控单出杆液压缸回路可以解决这一问题，并且通过试验测试证明了在恒定负载工况下系统具有良好的运行特性，进一步地，本文以挖掘机液压缸为研究对象，对系统的变负载控制特性及能耗特性进行了研究。
1 斗杆运行控制策略
在液压挖掘机中，液压缸控制系统一般是以液压缸速度为控制量构成的开环控制系统。驾驶员通过目测距离，控制手柄幅度给定挖掘机液压缸运行的目标速度信号，目标速度信号经过比例放大器转换为电机转速信号，电机转速信号通过电机自身的速度闭环向柱塞泵提供扭矩平衡负载转矩，使柱塞泵工作在某一转速，从而控制柱塞泵的输出流量，柱塞泵输出流量与液压缸容腔面积相乘就得到了液压缸的运行速度。此外要达到高效工作，要求机械臂远离工作点时高速运行，在工作点附近低速运行，其控制原理方框图如图 1所示。
在相同条件下，设定软管长度 l为5m，软管体积弹性模量分别为 100mPa、200mPa、
300mPa 并进行仿真，得到不同体积弹性模量时液压缸的速度变化曲线如图5所示。从图中曲线可以看出在液压缸加速伸出，软管弹性模量 β分别为 100mPa、200mPa 和300mPa 时，液压缸加速伸出速度震荡幅值分别约为 0.069m/s、0.041m/s 和 0.029m/s；液压缸加速收回速度震荡幅值分别约为 0.022m/s、0.013m/s 和 0.01m/s。从数据结果能够看出，软管体积弹性模量越大，液压缸加速伸出和收回时的速度震荡越小，系统越稳定。通过对不同软管长度及体积弹性模量的分析，说明在泵控系统中应尽量减小软管使用，在不可避免的条件下，应尽量选用体积弹性模量大的软管。
研究结果表明：与对称泵控单出杆液压缸相比，所提出的非对称柱塞泵控单出杆液压缸回路在恒负载与变负载工况下均可获得良好的控制特性，在负载力大小和方向发生变化时，液压缸速度无突变。通过改变伺服电机旋转方向，即可使单出杆液压缸获得对称的伸出和收回速度，极大简化了系统控制策略，同时系统节能效果也非常显著。
参考文献
【1】[张红娟权龙, 李斌. 注塑机电液控制系统能量效率对比研究[J]. 机械工程学报, 2012, 48(8): 180-187.
【2】 赵虎，张红娟，权龙，等．非对称泵控差动缸速度伺服系统特性[J]. 机械工程学报，2013, 49(22): 170-176.
作者简介：
白永刚（1982.10.24）男，陕西西安市人，本科，主要从事工程机械液压系统柱塞泵、液压阀、液压马达等元件设计及液压系统集成设计工作。
论文作者:白永刚
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：液压缸论文; 弹性模量论文; 速度论文; 软管论文; 负载论文; 柱塞泵论文; 系统论文; 《中国电气工程学报》2019年第2期论文;