3支液壓缸同步控制技術(shù)研究

卜睿, 張瑞廷， 姚小衛(wèi)， 童太坤， 韓利萍, 高楊, 金新

（1.山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西長治 046012；2.火箭軍駐長治地區(qū)軍代室，山西長治 046012）

0 引言

某工作艙蓋通過左右各3支液壓缸來實(shí)現(xiàn)左右艙蓋的開合，由于艙蓋材料特殊，長度方向跨距大，剛性差，因此工作艙需通過控制系統(tǒng)同步驅(qū)動3根液壓缸活塞桿伸縮，實(shí)現(xiàn)大蓋繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行開啟與閉合要求。液壓缸的技術(shù)參數(shù)為：1）相鄰2支液壓缸間距分別為4000、4050 mm；2）單支液壓缸最大推力不小于4 t，單支液壓缸最大拉力不小于3 t；3）有效工作行程為240 mm。

基于工作艙蓋3支液壓缸的同步精度要求較高（≤6 mm），若3支液壓缸伸縮時不完全同步，將導(dǎo)致艙蓋兩端鉸鏈?zhǔn)芰顩r進(jìn)一步惡化，會產(chǎn)生左右艙蓋撕裂的風(fēng)險，并且在投標(biāo)比測試驗(yàn)時艙體曾出現(xiàn)過因不同步而導(dǎo)致左右艙蓋損傷的現(xiàn)象。根據(jù)上述情況，本文對3支液壓缸的同步控制技術(shù)進(jìn)行研究，主要從同步控制元件、同步控制參數(shù)兩方面展開。

1 同步控制元件

目前采用的同步控制元件主要是同步分流閥及液壓同步馬達(dá)。通過市場和技術(shù)對比，選擇了3種型號的控制元件，并對它們的控制精度進(jìn)行了對比試驗(yàn)。

同步分流閥型號為FJL—B15H，同步馬達(dá)有上海華歌ADRA010622、上海毅歐FDR 3/4等2種型號。圖1、圖2分別采用兩種不同的同步控制回路原理[1]。

圖1 分流閥控制的同步回路

圖2 同步馬達(dá)控制的同步回路

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 同步控制元件控制精度

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)同步分流閥FJL—B15H同步精度較低，而同步馬達(dá)ADRA010622和FDR 3/4 精度較高，但低于液壓缸同步精度（≤6 mm），于是從控制參數(shù)方面進(jìn)行研究。

2 同步控制參數(shù)

同步控制參數(shù)主要包括流量、壓力、介質(zhì)黏度[2]。通過理論分析，先找出引起不同步的不合理參數(shù)值，從而采取優(yōu)化改進(jìn)措施，摸索出合理的參數(shù)值。試驗(yàn)采用上海華歌ADRA010622和上海毅歐FDR 3/4同步馬達(dá)。

1）控制流量。目前工作艙蓋開合速度非常低，系統(tǒng)流量控制在10 L/min以下，但此小流量造成同步馬達(dá)分流器轉(zhuǎn)速較低，達(dá)不到使用技術(shù)要求值（1000～2300 r/min）。為保證艙蓋開合過程中的安全性，通過增大系統(tǒng)流量來提高同步馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

2）控制壓力。由于工作艙蓋質(zhì)量較輕，使得3支驅(qū)動液壓缸工作壓力較小，工作時小于5 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同步馬達(dá)正常工作壓力范圍（10～21 MPa）。為增大同步馬達(dá)工作壓力，通過施加背壓，增大系統(tǒng)控制壓力，使同步馬達(dá)工作壓力達(dá)到10 MPa以上。

3）控制介質(zhì)黏度。根據(jù)同步馬達(dá)技術(shù)要求，其工作介質(zhì)最佳黏度為40 mm2/s，而目前的工作介質(zhì)為10#航空液壓油，其黏度較低，僅為10 mm2/s。為增大工作介質(zhì)黏度，將工作油液更換成46#耐磨液壓油。

優(yōu)化改進(jìn)措施確定后，通過設(shè)計一套完整的3缸同步測試試驗(yàn)裝置，在不同參數(shù)值的控制下試驗(yàn)3支液壓缸的同步精度，從而總結(jié)優(yōu)化出一套最佳參數(shù)值。

3 三缸同步測試試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 三缸同步測試系統(tǒng)原理圖

試驗(yàn)裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)及測試系統(tǒng)三大部分[3]。將3只油缸置于試驗(yàn)平臺上，3支加載油缸活塞桿分別與3只油缸活塞桿通過加載塊聯(lián)結(jié)成“對頂”模式，通過調(diào)節(jié)加載油缸正、反腔壓力，實(shí)現(xiàn)推、拉兩種施載方式，同時測量3只油缸活塞桿的相對位移，得出其在不同工況下的同步精度。該試驗(yàn)裝置具有以下功能：1）可以模擬空載及多種帶載工況，并且分推力載荷、拉力載荷2種施載方式。在不同工況下，3只油缸可承受不同的負(fù)載。2）試驗(yàn)可在動載狀態(tài)下進(jìn)行，使試驗(yàn)狀態(tài)更接近于實(shí)際工況，測試數(shù)據(jù)更加可靠。模擬負(fù)載的施加是通過3支加載缸實(shí)現(xiàn)，通過這3支加載缸，模擬了12種工況進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)工況如表2所示。

表2 試驗(yàn)工況

在上述12種工況下，通過采集3支油缸在全行程過程中某一時間點(diǎn)的相對位移差，來考察其同步性能。

4 三缸同步測試試驗(yàn)

試驗(yàn)前將3支加載缸活塞桿分別與3只油缸活塞桿通過加載塊聯(lián)結(jié)成“對頂”樣式，并調(diào)整各自中心水平重合。試驗(yàn)過程中，調(diào)整控制流量、壓力、介質(zhì)黏度。

1）工況1：空載試驗(yàn)。圖5為空載同步試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 空載同步誤差

圖4 調(diào)整參數(shù)值

圖5 空載同步試驗(yàn)

工況1的試驗(yàn)結(jié)果為：空載狀態(tài)下，通過增大系統(tǒng)流量、背壓、油液黏度，分流馬達(dá)FDR 3/4可達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求；同步馬達(dá)ADRA010622的同步精度超差。

2）工況2：均載試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 均載同步誤差

工況2的試驗(yàn)結(jié)果為：均載狀態(tài)下，分流馬達(dá)FDR 3/4與同步馬達(dá)ADRA010622均可達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，但FDR 3/4同步精度更高。

3）工況3：偏載試驗(yàn)。同步試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 偏載同步誤差

工況3下的試驗(yàn)結(jié)果為：偏載狀態(tài)下，分流馬達(dá)FDR 3/4可達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求；同步馬達(dá)ADRA010622同步精度部分超差。通過不同工況下的試驗(yàn)，分流馬達(dá)FDR 3/4同步精度更高、更穩(wěn)定，用于左、右艙蓋開合時2組油缸的同步控制。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，2020年10月—2020年11月采用分流馬達(dá)FDR 3/4對工作艙蓋進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如圖6所示，控制參數(shù)如表6所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表6 工作艙蓋液壓缸控制系統(tǒng)參數(shù)

表7 同步精度試驗(yàn)數(shù)據(jù) mm

圖6 工作艙蓋試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

5 結(jié)語

某工作艙蓋3支液壓缸伸縮時不能完全同步，導(dǎo)致艙蓋兩端鉸鏈?zhǔn)芰ν蛔儯瑫a(chǎn)生艙蓋撕裂的嚴(yán)重后果等問題，本文對3支液壓缸的同步控制技術(shù)進(jìn)行研究，首先優(yōu)選出同步控制單元，通過對油量、壓力、介質(zhì)黏度單一變量進(jìn)行控制，優(yōu)化出3支液壓油缸同步的最優(yōu)參數(shù)。最后通過試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了3支液壓缸同步，滿足了產(chǎn)品的設(shè)計要求，該方法可為液壓缸的同步提供技術(shù)參考。