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化工設備成型三梁四柱液壓機電液動力裝置的壓

作者:未知 來源:網絡整理 日期:2020-09-08 22:33 人氣:1
化工設備成型三梁四柱液壓機電液動力裝置的壓
???? 壓力補償泵通常用于與控制相關的應用中,但有時需要蓄能器的輔助。

使用化工設備成型三梁電液比例閥或伺服閥的控制通常通過使用保持控制閥的恒定入口壓力的動力單元來實現。這樣的設計策略提供了幾個優點,并提出了幾個問題:

通過高壓供應,當給出打開閥門的信號時,立即可以獲得液壓動力。也就是說,在流動發生并且負載移動之前,不需要等待泵壓力建立。
可以使用傳統的伺服和比例閥,因為幾乎所有的都具有閉中心的中心閥芯位置。
由于閥門是封閉的中心,因此必須使用壓力調節供應。壓力補償泵是調節壓力的常用選擇。
通過將閥門供應壓力調節到最低實際公差來實現最高精度。也就是說,無論負載的流量需求的變化如何,供應壓力都保持恒定。

化工設備成型壓力補償泵可以在流量需求變化的情況下以相對恒定的壓力供應液壓動力,該流量需求變化可以從零突然增加到最大,反之亦然。然后,它可能不會。根據具體情況,蓄能器可用于在峰值流量需求的短暫時期內補充泵流量。但通常情況下,壓力補償泵本身就足夠了。

這引出了一個問題:是否有任何簡單的經驗法則可以幫助電路設計人員確定是否需要累加器?簡短的回答是肯定的,我在這里的直接目標是解釋它是如何運作的。我將介紹一個示例系統來解釋這個過程。

示例場景

樣品系統是典型的位置反饋伺服系統,遵循命令配置文件(圖1)。左側的圖表顯示了加速度,速度和距離運動命令配置文件。右側是簡化電路,底部顯示了物理安裝的圖示。該圓柱體的孔徑為2英寸,桿直徑為1 3/8英寸,以適應磁致伸縮位置傳感器的槍鉆??。帶有傳統壓力補償機構的活塞泵驅動系統。

1.實驗室測試裝置密切模擬典型工業電液系統的動態行為。請注意,圖示不是使用泵符號,而是顯示恒壓源,例如壓力補償的可變排量泵,其輸出通過蓄能器增強。
與所有電液位置伺服機構一樣,液壓缸配有位置傳感器,可將信號反饋到伺服放大器的求和點。進入求和點的命令信號是來自圖1的曲線圖的位置曲線。當然,該信號將由來自可編程邏輯控制器(PLC)的控制計算機或運動控制卡提供。

當命令配置文件電壓上升時,它與反饋之間的誤差在伺服放大器中被放大。然后放大器打開閥門,閥門將流量引導到液壓缸,使其運動試圖跟上命令。結果是只要命令配置文件重復,就會繼續進行常規的循環柱面運動。

選擇該系統是因為它是我的IDAS工程研究實驗室中使用的研究工具。本文提供的性能圖表是實際數據,而非理論數據。它們可以是從經歷規則的,合理均勻的循環運動的任何工業機器收集的數據。實驗室只是提供監控和記錄所有關鍵性能變量的機會。

制定測試

將對樣品系統進行兩項測試。第一種只使用沒有蓄能器的壓力補償泵。它將由命令配置文件控制,該命令配置文件需要四秒鐘才能完成一個周期。兩個完整的命令運動周期顯示在圖2中的圖表中。該顯示策略改進了關于壓力變化的圖形數據表示。

測試結果顯示流量和位移之間的關系。
命令距離曲線和產生的壓力端口流向閥門如圖2所示。請注意,圖2中的命令配置文件與圖1中的命令配置文件略有不同。這是因為此系列測試中使用的命令略短延伸和縮回兩端的停留時間。這種差異對我們所涉及的觀察或結論沒有影響; 它只是記錄在案。

第二次測試也將在沒有輔助蓄電池的情況下進行。但是,運動命令配置文件將被加速,以便其循環僅在1秒內完成。它具有與圖2所示相同的一般形狀,但一切命令發生的速度要快四倍。

在圖2中的每個汽缸循環期間存在兩個不同的流動峰值。較高的一個對應于經歷延伸的汽缸。下部峰值對應于縮回期間的圓柱體。當然,差異是由液壓缸的桿端和帽端側之間的面積差異引起的。移動液壓缸消耗的流體體積僅為流動圖下的面積。

現在,讓我們來回顧在圖2中的運動有一個很短的停留運動和流動分布,在其發生均勻的加速,在到達引起的在約14的延伸流動的速度的結尾。3 /秒。加速時間約為0.6秒。接下來,恒定速度周期在14英寸處持續約0.6秒。3 /秒流痕; 然后在另一個0.6秒內減速到零。流量在1.9秒時再次返回到零。

在延伸時發生約0.2秒的停留,然后是縮回,其沿著與時間增量相同的運動曲線開始。但是,液壓缸面積差(的1.896:1的比率)導致的在約7.5的峰流。3 /秒。同時,液壓缸運動幾乎是正弦的,導致最大延伸到約5.7英寸,然后縮回到約0.3英寸。

流量曲線必須由壓力補償泵提供。如果泵出口處的壓力在流量變化時保持恒定,則泵排量必須經歷實質性變化。沒有補償器可以完美地調節化工設備成型三梁四柱泵排量,因此一些壓力變化必須始終伴隨流量變化。目的是將壓力波動保持在可容忍的范圍內。當然,當壓力變化如此極端以至于液壓缸在可接受的限度內不遵循命令曲線時,會出現無法忍受的限制。

第二次測試

第二次測試也將在沒有輔助蓄電池的情況下進行。但是,動作命令配置文件將被加速,以便其循環僅在一秒鐘內完成。它具有與圖2中相同的一般形狀,但是命令發生的速度要快四倍。

圖3顯示了使用第一個命令配置文件的結果 - 即需要4秒才能完成的配置文件。顯示了四種不同的痕跡。命令輪廓和測量位置(活塞運動)幾乎彼此頂上。這是因為建立了非常好的伺服回路。由于伺服放大器增益非常高,因此命令和實際位置之間存在很小的誤差。

3.用四秒鐘完成一個運動周期,命令和實際位置之間幾乎沒有錯誤。
圖3還顯示了執行器速度。通過將測量位置相對于時間進行微分來計算該值。它清楚地顯示了伸展和縮回時的停留時間,加速和減速周期以及幾乎平頂的“恒速”部分。

速度軌跡的上極端和下極端處的波浪線不是由實際速度變化引起的,而是由測量噪聲的不可避免的后果引起的,該測量噪聲通過測量數據的區分而增強。

供給(P端口)壓力也顯示為略微翹曲的曲線,由泵補償器的動態響應引起一些小的波形。它位于圖軸頂部附近。

最初調節泵的補償器以產生約1,400psi的死角壓力。正如預期的那樣,供應壓力的平均動態值略低于1,400 psi。但更重要的是,最高和最低測量值之間的壓力變化僅為約100 psi。除了非常關鍵的應用程序之外,這種性能可能完全可以接受,并且它是在沒有累加器的情況下完成的。

加快速度

圖4和圖5顯示了將循環時間從每四秒一個循環減少到每秒一個完整循環的結果。這是一個相當嚴重的增長,但在當今的工業環境中并非不合理。同樣,在該測試中沒有使用累加器。

4.增加工作循環頻率會在命令和測量的位置曲線之間產生很大的誤差,這對大多數應用來說是不可接受的。
請注意,圖4中命令與測量位置配置文件之間的符合性較差。它們之間存在較大的誤差,這表示伺服環路的性能非常差,并且在任何應用中都可能是不可接受的。液壓缸速度不再是干凈的梯形,如圖3所示。由于泵無法補償快速的流量需求變化,速度被破壞。

化工設備成型三梁四柱液壓機伺服回路中跟隨性能差的原因如圖5所示,即供給壓力。它的變化范圍從大約1,900 psi到大約200 psi的低壓。同時,伺服閥電流從-70 mA擺動到+ 70 mA-飽和極限 - 伺服回路試圖使液壓缸與指令曲線保持同步。

這里有兩個主要問題:首先,流量需求曲線要求流量增加和減少,泵的壓力補償機制無法跟上。這極大地促進了泵供應壓力的劇烈波動。其次,命令輪廓時間的減少是用相同的總液壓缸行程距離“構造”的。這在這個更快的周期中使峰值流量需求翻了兩番。

盡管未示出,理想的峰值流量是英寸約56 3 /秒,與之相比,14。3在第一測試/秒。顯然,要求泵增加和減少其排量四倍的量,從而“懲罰”泵 - 即,在第二種情況下施加更嚴格的測試條件。但這對于必須提供可變生產率的工業應用來說是現實的。液壓缸必須行進相同的量,應用要求它的速度要快四倍。

5.要求泵無法輸送的峰值流量會導致供應壓力降低,從而降低伺服回路的性能。
現在,隨著這一啟示,在第二種情況下平均流量必須是四倍 - 而不僅僅是峰值流量。顯然,較高的循環速率將受益于直接連接到控制閥入口的增壓蓄能器。

總結一下

在這些測試中使用的泵被宣傳為具有大約145毫秒的響應時間。換句話說,它可以在那段時間內從零到全行程。因此,需要一個簡單易用的經驗法則來幫助設計人員了解何時一個蓄能器是絕對必要的,何時它們可以在沒有蓄能器的情況下通過。我們只需將公布的化工設備成型三梁四柱液壓機泵響應時間與更改應用程序中的流量所需的時間進行比較。

回想一下第一次測試(使用四秒曲線),0.6秒用于將需求流量從零改為最大值。這比泵的響應時間長四倍。相反,較高的循環速率曲線將流量增加時間減少到僅150毫秒,這導致了明顯的性能故障。

這里有一個經驗法則來決定是否可以在沒有增壓蓄能器和壓力補償泵的情況下使用:如果流量從零到最大流量,或從最大流量到零流量,則不需要累加器,比泵的全行程響應時間長三倍或更多倍。

具有較短循環時間的該應用可以從蓄電池中受益。在安裝蓄能器的情況下,閥門在流量增加時的打開將使用來自蓄能器的流量來滿足突然的流量需求。這不僅適用于蓄電池的放電,也適用于充電。泵悠閑地改變排量以滿足平均流量需求,并且化工設備成型三梁四柱液壓機蓄能器對需求的快速變化作出反應。


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