液壓伺服系統在輪胎里程試驗機上的應用

陶奇偉，倪亞勤，鄭學平，郭鵬，隗雋蕊

（北京橡膠研究設計院，北京 100143）

液壓伺服系統在輪胎里程試驗機上的應用

Hydraulic servo system on tire mileage testing machine

陶奇偉，倪亞勤，鄭學平，郭鵬，隗雋蕊

（北京橡膠研究設計院，北京 100143）

介紹輪胎里程試驗機裝置的結構組成及液壓伺服系統的工作原理，并詳細闡述了液壓伺服系統在輪胎里程試驗機中的應用及系統維護。

輪胎里程試驗機；液壓伺服系統；應用

輪胎里程試驗機是以轉鼓作為活動的模擬路面，對輪胎進行高速、耐久性能檢測的設備。按照試驗方法不同，輪胎里程試驗機可分為高速性能試驗機和耐久性能試驗機；按照輪胎種類不同，可分為摩托車輪胎、轎車輪胎、輕卡輪胎、載重輪胎、工程輪胎等試驗機；按照工位的數量，又可分為2工位和4工位試驗機。圖1是四工位載重輪胎耐久/高速性能試驗機外形圖。輪胎里程試驗機主要有轉鼓、直流電動機、液壓伺服系統、機架及防護裝置、電氣控制系統、計算機等組成，下面著重介紹液壓伺服系統。

1 液壓伺服系統工作原理

輪胎里程試驗機液壓伺服系統，通過加載油缸給旋轉的輪胎施加一定的作用力，從而對其進行高速、耐久試驗。圖2為傳動示意圖。

圖1 四工位載重輪胎耐久/高速性能試驗機外形圖

圖2 傳動示意圖

液壓系統主要有液壓站、伺服閥塊和加載油缸等組成。液壓站部分是一個整體組裝件，包括：油箱、變量泵、電動機、濾油器、調壓閥塊、壓力表、冷卻器等。

里程試驗機液壓系統原理（如圖2），系統由兩組液壓缸（包含兩組伺服閥組）、安全閥組以及液壓泵裝置等部分組成。伺服液壓缸6-01、6-02為加載系統的執行元件，系統的油源為變量泵2-01，泵的供油壓力和卸荷有電磁溢流閥2-03控制，壓力可由壓力表3-04顯示。

系統組成元件明細見表1。

圖3 液壓伺服系統原理圖

表1 元件明細表

系統的工作原理為：以一組液壓缸為例，系統啟動后，電磁鐵DT1通電，液壓泵由卸荷狀態轉為供油狀態，電磁鐵1DT1，1DT4通電使電磁換向閥4-01、 4-04切換至右位，1SV給定為正電流值，伺服閥4-02切換至左位，壓力油經電磁換向閥4-01、伺服閥4-02進入液壓缸的無桿腔，推動液壓缸前進，輸入相應的力作用在輪胎上。當液壓缸快速前進時，將伺服閥4-02給定相應的正電流值增大；當液壓缸慢速前進時，將給定伺服閥4-02的正電流值減小來實現；同理，當液壓缸快速后退時，將伺服閥4-02給定相應的負電流值增大；當液壓缸慢速后退時，將給定伺服閥4-02給定相應的負電流值減小來實現。

當系統斷電時，伺服閥不起作用，此時蓄能器釋放的液壓油通過各組的節流閥、換向閥使各組液壓都退回。

2 電液伺服閥

液壓伺服控制是以液壓伺服閥為核心的高精度控制系統。液壓伺服閥是一種通過改變輸入信號，連續、成比例地控制流量和壓力而進行液壓控制的控制閥。根據輸入信號的不同，可分為電液伺服閥和機液伺服閥。電液伺服閥具有結構簡單、工作性能穩定可靠、動態響應高、流量范圍寬、體積小等優點，如圖4所示。

圖4 電液伺服閥外形圖

中國航空工業集團公司第609研究所研制的FF系列電液伺服閥是一種高性能、雙噴檔、力反饋的流量控制閥，由于控制精度高、響應速度快，在國產輪胎里程試驗機液壓伺服系統中得到廣泛使用，其結構原理如圖5所示。

工作原理為：FF系列電液伺服閥的力矩馬達采用永磁力矩馬達。液壓油連續的從供油腔Ps通過內部過濾器及兩個固定節流孔，然后流過噴嘴擋板形成的可變節流口，在經過回油節流孔流回回油腔Pr。

圖5 結構原理圖

當力矩馬達線圈組件輸入控制電流時，由于控制磁通和極化磁通的相互作用，在銜鐵上產生一個力矩，該力矩使銜鐵組件繞彈簧管旋轉中心旋轉，從而使擋板運動，它導致一邊的噴嘴—擋板可變節流口可變節流面積減少，另一邊的可變節流面積增大，致使噴嘴腔產生壓差，推動閥芯移動，此移動一直持續到由于反饋桿彎曲產生的反饋力矩與控制電流產生的控制力矩相平衡為止。由于力矩馬達的力矩與輸給閥的控制電流基本成正比關系，反饋力矩與發信位移成正比，輸出流量與輸入電流之間成比例關系。

下面是伺服閥空載流量特性曲線和壓力特性曲線，如圖6、圖7所示。其中Q為空載流量，I為輸入電流，ΔP為壓力增益。

3 壓力閉環調節

圖6 空載流量特性曲線

圖7 壓力特性曲線圖

根據試驗要求，載荷給定信號有PLC通過模擬量D/A模塊發出指令電壓信號（DC-10～10 V）作用與系統時，液壓缸活塞變輸出負載壓力，負載壓力由力傳感器檢測（mV信號），經過隔離放大（DC0～10 V），反饋到伺服控制器，與給定信號相比較，得出偏差信號。此偏差信號經伺服放大器放大后，再經過電壓/電流變換（-40～40 mA），輸入電液伺服閥，伺服閥產生負載壓力差作用于液壓缸的活塞上，使液壓缸的輸出力向減小誤差的方向變化，直至這個力等于指令信號所規定的值為止，保證最終作用在輪胎上的負載保持在一個恒定的設定值上。圖8為壓力閉環調節示意圖，圖9為伺服放大器接線圖。

圖8 壓力閉環調節示意圖

圖9 伺服控制器接線圖

4 載荷標定

由于每個測力傳感器特性曲線不一樣，需要用標準測力裝置進行載荷標定。如果傳感器在某一范圍內線性很好，可以用直線代替；反之，可用多段直線代替。載荷標定畫面如圖產10。

5 系統維護

由于電液伺服閥對油液污染敏感，維護保養顯得更為重要。

（1）向油箱中注油前，必須認真徹底清洗油箱。在注油時，一定要經過5 μ的濾油器向油箱注油。特別注意：新油未必清潔干凈。

圖10 工位載荷標定載圖

（2）伺服閥在安裝前，需要用沖洗蓋板先將系統油液循環沖洗48 h以上，然后更換新濾芯，再沖洗2 h以上方可使用。

（3）當濾油器發出堵塞信號后，應盡快停機，更換新濾芯。

（4）由于里程試驗機24 h連續運轉，液壓系統油溫比較高，必須進行冷卻處理。可以采用風冷或水冷，使用水冷時，必須使用凈化后的淡水，并安裝進水過濾器，否則容易結水垢，影響冷卻效果。

（5）由于伺服閥結構復雜、精密，當伺服閥動作不靈敏或堵塞時，不要自己處理，要送到專業廠家清洗、調試。

6 結束語

在輪胎里程試驗機中，使用液壓伺服控制載荷，比其他方式（如機械重錘式和液壓比例閥）加載，控制精度高，小于±1%，動態響應速度快，滿足了試驗標準要求，取得了較好的使用效果。

（R-03）

TQ330.73

1009-797X（2015）23-0042-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.011

陶奇偉（1965-），男，高級工程師，學士，從事自動化控制設計及調試工作。

2014-09-09