關(guān)金華

(撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

AGC伺服油缸工藝分析與特性測(cè)試

關(guān)金華

(撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

首先介紹了影響AGC伺服油缸質(zhì)量的主要因素，然后指出AGC伺服油缸活塞桿原生產(chǎn)工藝存在的問題，并提出了改進(jìn)措施，最后從摩擦力測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試兩方面詳細(xì)介紹了進(jìn)行AGC伺服油缸性能測(cè)試的原理和方法。

AGC伺服油缸；活塞；缸體；特性測(cè)試；摩擦力測(cè)試；動(dòng)態(tài)特性

厚度公差是成品、半成品鋼帶的重要尺寸指標(biāo)之一，因此有必要在板帶軋制過程中對(duì)板厚進(jìn)行自動(dòng)控制，即所謂AGC控制。在全液壓壓下和液壓微調(diào)的軋機(jī)中，液壓缸在系統(tǒng)中的作用是傳遞軋制力和調(diào)節(jié)輥縫，它既是執(zhí)行量又是被調(diào)節(jié)量[1]。AGC伺服油缸(以下簡(jiǎn)稱AGC缸)制造工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是對(duì)油缸進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性測(cè)試。

1 AGC缸加工

1.1AGC缸質(zhì)量控制

在保證毛坯質(zhì)量合格的前提下，有以下幾點(diǎn)需注意：(1)嚴(yán)格控制密封槽的加工精度和粗糙度，其加工精度和粗糙度會(huì)影響到油缸的密封性，而油缸的密封性好壞將直接影響其內(nèi)泄漏量。(2)嚴(yán)格控制油孔的尺寸精度及粗糙度，其精度會(huì)影響到管路的連接性。(3)嚴(yán)格控制缸體內(nèi)徑鍍鉻面加工精度和粗糙度，鍍鉻面精度是影響AGC缸使用壽命的重要因素，其加工精度和粗糙度將直接影響油缸的內(nèi)泄漏量。

缸體內(nèi)徑的加工質(zhì)量由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)組成：(1)缸體內(nèi)徑鍍鉻前加工精度和粗糙度。鍍鉻前內(nèi)徑粗糙，電鍍時(shí)鉻層附著不均，則鍍鉻層質(zhì)量下降。(2)缸體內(nèi)徑鍍鉻層厚度。太厚的鉻層容易產(chǎn)生局部脫落，太薄磨削后不易滿足硬度要求，經(jīng)過反復(fù)考證，鍍鉻厚度應(yīng)控制在5～8mm，磨削后鉻層厚度應(yīng)嚴(yán)格控制在3～5mm。(3)鍍鉻后缸體內(nèi)徑加工精度和粗糙度。

1.2AGC缸加工工藝改進(jìn)

圖1所示為AGC缸活塞桿?；钊麠U中心通孔上端的φ150H7止口，原工藝考慮中心通孔與同心止口可在一次裝夾中完成。但在實(shí)際加工過程中發(fā)現(xiàn)，鏜床加工后φ150H7孔與相關(guān)基準(zhǔn)的同心度滿足不了圖紙的要求，而同心度直接影響工件的裝配。

改進(jìn)工藝為：先用鏜床加工中心通孔，并在同一次裝夾中加工φ150H7止口，適當(dāng)留量，然后車削，精車φ150H7孔，直至達(dá)到圖紙形位精度要求。通過工序調(diào)整及分解，減小了加工累積誤差，使活塞桿的各項(xiàng)加工參數(shù)滿足圖紙要求。

1.3AGC缸缸體剛度分析

AGC缸有桿腔和無桿腔之間的密封性下降會(huì)引起油缸的內(nèi)泄露，使油缸不能正常工作。而AGC缸的內(nèi)泄漏主要是活塞與缸體之間的泄露，除了缸體內(nèi)徑加工精度和密封槽尺寸這些影響因素外，缸體的剛性也是一個(gè)重要因素，因此有必要對(duì)缸體的剛性進(jìn)行研究。

用三維軟件模擬AGC缸加載時(shí)缸體變形量，如圖2所示(模擬加載最大壓力32MPa)。實(shí)測(cè)AGC缸加載時(shí)缸體X，Y方向位移超模擬量不到10%，考慮到缸體加工的形位誤差，軟件模擬缸體變形量與實(shí)測(cè)數(shù)值基本一致，可為后續(xù)油缸包括高壓油缸的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 AGC缸性能測(cè)試

在進(jìn)行AGC缸特性測(cè)試時(shí)，為了使測(cè)試值盡量真實(shí)可信，試驗(yàn)臺(tái)采用被試系統(tǒng)的伺服油缸和伺服閥等現(xiàn)場(chǎng)液壓元件模擬現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。采用專門的試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了多次測(cè)試。測(cè)試前，應(yīng)采用分析、改變系統(tǒng)配置以及更換元件、元件選型，使系統(tǒng)滿足油缸測(cè)試要求，即：幅頻響應(yīng)范圍為1～16Hz，階躍響應(yīng)時(shí)間小于25ms。AGC缸測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示。

圖1 活塞

圖2 模擬加載時(shí)被測(cè)油缸缸體變形圖

AGC缸特性測(cè)試主要包括靜態(tài)特性測(cè)試和動(dòng)態(tài)特性測(cè)試。靜態(tài)特性測(cè)試主要包括保壓實(shí)驗(yàn)、內(nèi)泄漏實(shí)驗(yàn)、啟動(dòng)摩擦力測(cè)試和動(dòng)摩擦力測(cè)試，這里主要介紹后兩項(xiàng)；動(dòng)態(tài)性能測(cè)試包括階躍響應(yīng)測(cè)試和幅頻相應(yīng)測(cè)試。油溫的變化會(huì)直接影響被測(cè)對(duì)象的性能指標(biāo)，所以測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)必要的冷卻系統(tǒng)用以控制油液的溫度[2]。

1—被測(cè)AGC缸；2—加載缸；3—位移傳感器；4—伺服閥；5—電磁溢流閥；6—電磁換向閥；7—蓄能器；8—油泵

2.1AGC缸摩擦力測(cè)試

AGC缸摩擦力大小對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有較大影響，非線性的摩擦力不僅會(huì)使油缸產(chǎn)生細(xì)微的爬行現(xiàn)象，而且對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻寬也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此有必要對(duì)AGC缸的摩擦力進(jìn)行測(cè)試和控制。為了實(shí)現(xiàn)AGC缸的高精度和高響應(yīng)，一般要求油缸雙方向、全行程摩擦力均小于軋制力的0.3%，其動(dòng)摩擦力和靜摩擦之差小于30%[3-5]。

a.啟動(dòng)摩擦力測(cè)試。

被測(cè)缸的無桿腔通過管路接伺服閥一端控制口，用高壓小流量泵通油，有桿腔接回油箱；計(jì)算機(jī)給伺服閥發(fā)出斜坡信號(hào)，控制液壓缸從靜止到開始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)算機(jī)接收被測(cè)缸的位移信號(hào)和無桿腔壓力信號(hào)，繪成位移壓力曲線；被測(cè)缸在不同位置啟動(dòng)，即可得到相應(yīng)位置的啟動(dòng)摩擦力曲線，這里一般選取缸體工作行程的零位、1/3位、1/2位3處進(jìn)行測(cè)試。有桿腔啟動(dòng)摩擦力測(cè)試與無桿腔測(cè)試方法相同。

b.動(dòng)摩擦力測(cè)試。

被測(cè)缸無桿腔由伺服閥一端口控制，用低壓大流量泵通油，通過計(jì)算機(jī)接收被測(cè)缸活塞的位移信號(hào)，并通過控制器、伺服閥等元件構(gòu)成位置閉環(huán)；計(jì)算機(jī)通過操縱溢流閥控制背壓，可進(jìn)行恒負(fù)載或變負(fù)載工況的模擬，數(shù)據(jù)采集卡收集無、有桿腔壓力信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算處理，可得位移摩擦力曲線。

2.2AGC缸動(dòng)態(tài)性能測(cè)試

模擬軋機(jī)負(fù)載工況(軋制力0～5 000N)，要求試驗(yàn)臺(tái)機(jī)架有足夠剛度，在準(zhǔn)軋制條件下完成軋機(jī)液壓AGC系統(tǒng)油缸的現(xiàn)場(chǎng)原型幅頻響應(yīng)和階躍響應(yīng)測(cè)試。

AGC缸幅頻響應(yīng)測(cè)試原理：用不同頻率ωj的正弦波信號(hào)激勵(lì)被測(cè)系統(tǒng)，測(cè)出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出幅值Xoj，Yoj及相位差φj；系統(tǒng)在正弦X(t)=X0sinωt信號(hào)的激勵(lì)下，所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)輸出也是正弦信號(hào)，但兩者幅值不一樣，其幅值比A=Yo/Xo是頻率ω的函數(shù)，相位差φ也是ω的函數(shù)[6]。

測(cè)試時(shí)被測(cè)缸與加載缸在閉式機(jī)架內(nèi)對(duì)頂安裝，加載缸的無桿腔通壓力油，模擬被壓，將被測(cè)缸壓緊在機(jī)架上，模擬軋制工況；被測(cè)缸和加載缸的有桿腔、無桿腔分別接位移傳感器，以便準(zhǔn)確檢測(cè)被測(cè)缸的動(dòng)態(tài)位移。在動(dòng)態(tài)測(cè)試軟件環(huán)境下，由計(jì)算機(jī)給出一組正弦電壓信號(hào)，然后經(jīng)伺服放大器、伺服閥，控制進(jìn)入被測(cè)缸的壓力油的流量大小，被測(cè)缸將壓力油流量轉(zhuǎn)化為位移輸出，位移傳感器發(fā)出的信號(hào)被計(jì)算機(jī)采集卡收集，通過對(duì)位移信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與計(jì)算，獲得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。將輸入與輸出信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)轉(zhuǎn)換可得測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性。

AGC缸階躍響應(yīng)是考察系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下，動(dòng)態(tài)過程隨時(shí)間變化的指標(biāo)。這里假設(shè)模擬被測(cè)系統(tǒng)處于恒負(fù)載工況下，實(shí)時(shí)測(cè)量階躍信號(hào)和被測(cè)油缸活塞位置隨時(shí)間的變化過程，繪出階躍響應(yīng)曲線。

3 結(jié)束語

文中對(duì)AGC缸加工工藝及測(cè)試方法的分析，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化AGC缸制造工藝具有積極促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)AGC缸測(cè)試系統(tǒng)的進(jìn)一步研究和完善以及對(duì)其他類伺服油缸測(cè)試系統(tǒng)的建立能起到指導(dǎo)作用。

[1] 何宜業(yè).液壓AGC原理及其液壓缸[J].鞍鋼技術(shù)，1982(7)：15-16.

[2] 曾良才.板帶軋機(jī)液壓AGC綜合測(cè)試系統(tǒng)及故障診斷研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2005:29-33.

[3] 嚴(yán)開勇，陳奎生，涂福全. AGC液壓缸模擬工況摩擦力特性測(cè)試方法研究[J].液壓與氣動(dòng)，2009(2)：37-39.

[4] 陳新元，曾良才，陳奎生.液壓壓下伺服缸動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)研究[J].液壓氣動(dòng)與密封，2004(3)：30-31.

[5] 楊海波，李朋一，楊成.薄板坯連鑄連軋中的板帶厚度控制及仿真分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23(2)：140-142.

[6] 陳奎生.高精度多功能液壓試驗(yàn)臺(tái)的研制[J].武漢冶金科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，20(3):333-339.

TheprocessanalysisandfunctiontestingofAGCservocylinder

GUAN Jinhua

(Fushun Vocational and Technical College, Liaoning Fushun, 113122, China)

It introduces the main factors affecting the quality of AGC servo cylinder, points out the AGC servo cylinder piston rod problems existing in the original production technology, and puts forward the improvement measures. Aiming at the two aspects of friction test and dynamic test for AGC servo cylinder, it describes in detail about the principle and method of performance test.

AGC servo cylinder; piston; function testing; friction test; dynamic characteristic

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.12.016

2014-12-02

關(guān)金華(1981—)，女(蒙古族)，遼寧阜新人，撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。

TH11

B

2095-509X(2014)12-0065-04