3支液壓缸同步控制技術研究

卜睿, 張瑞廷， 姚小衛， 童太坤， 韓利萍, 高楊, 金新

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

0 引言

某工作艙蓋通過左右各3支液壓缸來實現左右艙蓋的開合，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同步驅動3根液壓缸活塞桿伸縮，實現大蓋繞鉸鏈軸旋轉進行開啟與閉合要求。液壓缸的技術參數為：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，將導致艙蓋兩端鉸鏈受力狀況進一步惡化，會產生左右艙蓋撕裂的風險，并且在投標比測試驗時艙體曾出現過因不同步而導致左右艙蓋損傷的現象。根據上述情況，本文對3支液壓缸的同步控制技術進行研究，主要從同步控制元件、同步控制參數兩方面展開。

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。通過市場和技術對比，選擇了3種型號的控制元件，并對它們的控制精度進行了對比試驗。

同步分流閥型號為FJL—B15H，同步馬達有上海華歌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 同步馬達控制的同步回路

試驗數據如表1所示。

表1 同步控制元件控制精度

通過試驗發現同步分流閥FJL—B15H同步精度較低，而同步馬達ADRA010622和FDR 3/4 精度較高，但低于液壓缸同步精度（≤6 mm），于是從控制參數方面進行研究。

2 同步控制參數

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

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

2）控制壓力。由于工作艙蓋質量較輕，使得3支驅動液壓缸工作壓力較小，工作時小于5 MPa，遠遠低于同步馬達正常工作壓力范圍（10～21 MPa）。為增大同步馬達工作壓力，通過施加背壓，增大系統控制壓力，使同步馬達工作壓力達到10 MPa以上。

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

優化改進措施確定后，通過設計一套完整的3缸同步測試試驗裝置，在不同參數值的控制下試驗3支液壓缸的同步精度，從而總結優化出一套最佳參數值。

3 三缸同步測試試驗裝置

試驗系統原理圖如圖3所示。

圖3 三缸同步測試系統原理圖

試驗裝置包括機械系統、液壓控制系統及測試系統三大部分[3]。將3只油缸置于試驗平臺上，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結成“對頂”模式，通過調節加載油缸正、反腔壓力，實現推、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載。2）試驗可在動載狀態下進行，使試驗狀態更接近于實際工況，測試數據更加可靠。模擬負載的施加是通過3支加載缸實現，通過這3支加載缸，模擬了12種工況進行試驗，試驗工況如表2所示。

表2 試驗工況

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的相對位移差，來考察其同步性能。

4 三缸同步測試試驗

試驗前將3支加載缸活塞桿分別與3只油缸活塞桿通過加載塊聯結成“對頂”樣式，并調整各自中心水平重合。試驗過程中，調整控制流量、壓力、介質黏度。

1）工況1：空載試驗。圖5為空載同步試驗。試驗數據如表3所示。

表3 空載同步誤差

圖4 調整參數值

圖5 空載同步試驗

工況1的試驗結果為：空載狀態下，通過增大系統流量、背壓、油液黏度，分流馬達FDR 3/4可達到技術指標要求；同步馬達ADRA010622的同步精度超差。

2）工況2：均載試驗。試驗數據如表4所示。

表4 均載同步誤差

工況2的試驗結果為：均載狀態下，分流馬達FDR 3/4與同步馬達ADRA010622均可達到技術指標要求，但FDR 3/4同步精度更高。

3）工況3：偏載試驗。同步試驗數據如表5所示。

表5 偏載同步誤差

工況3下的試驗結果為：偏載狀態下，分流馬達FDR 3/4可達到技術指標要求；同步馬達ADRA010622同步精度部分超差。通過不同工況下的試驗，分流馬達FDR 3/4同步精度更高、更穩定，用于左、右艙蓋開合時2組油缸的同步控制。根據試驗結果，2020年10月—2020年11月采用分流馬達FDR 3/4對工作艙蓋進行了試驗，試驗系統原理圖如圖6所示，控制參數如表6所示，試驗數據如表7所示。

表6 工作艙蓋液壓缸控制系統參數

表7 同步精度試驗數據 mm

圖6 工作艙蓋試驗系統原理圖

5 結語

某工作艙蓋3支液壓缸伸縮時不能完全同步，導致艙蓋兩端鉸鏈受力突變，會產生艙蓋撕裂的嚴重后果等問題，本文對3支液壓缸的同步控制技術進行研究，首先優選出同步控制單元，通過對油量、壓力、介質黏度單一變量進行控制，優化出3支液壓油缸同步的最優參數。最后通過試驗，實現了3支液壓缸同步，滿足了產品的設計要求，該方法可為液壓缸的同步提供技術參考。