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关于金属转子流量计变量控制方式的探究

来源:作者:发表时间:2019-08-28
摘 要:分析金属转子流量计恒流量、恒压力及恒功率等传统控制方法的主要原理,并指出传统的控制装置存在精度低、响应速度慢、控制装 置机构烦琐、不能实现计算机集成控制等局限性,不适合现代化液压机械的控制需要。重点分析金属转子流量计的数字控制方式的原理,并 以轴向金属转子流量计为例详细分析了几种金属转子流量计的数字控制方式。为金属转子流量计合理的变量控制方式的选择提供参考。
 
0 引言
金属转子流量计属于液压系统中重要的组成部件,其原理是利用柱塞在缸体中的往复运动实现吸油与压油的工作过程,因为具有结构紧凑、额定压力高、功率密度大、变量控制方便等优点,主要用于压力高、流量大及流量需要调节的液压系统。
金属转子流量计变量控制方式的有效选择,直接关系到金属转子流量计的使用性能。合理的金属转子流量计变量控制方式,有利于提高金属转子流量计的性能,可充分发挥金属转子流量计所在液压系统的功能。不合理的变量控制方式,不仅不利于金属转子流量计性能的发挥,还可能使其出现安全隐患,有的甚至造成金属转子流量计的损坏。因此,对金属转子流量计变量控制方式的探究与金属转子流量计性能的发挥及所在液压系统的可靠稳定运行有密切的关系。
1金属转子流量计的结构组成及分类
金属转子流量计属于体积泵,利用柱塞在缸体中的往复运动实现吸油与压油的过程,主要包括单金属转子流量计、卧式金属转子流量计、轴向金属转子流量计、直轴斜盘式金属转子流量计、径向金属转子流量计及液压金属转子流量计(表1)。
 
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2传统变量控制方法
金属转子流量计变量控制方式一直是研究的重要课题,传统的变量控制方式也带来一定经济效益,传统的变量控制方式包括恒流量控制、恒压力控制及恒功率控制。3种控制方式分别根据采集的设定信号与输出的实际信号的对比,分别对金属转子流量计的实际输出流量、压力及功率进行控制,3种控制方式的特点如下。
2.1恒流量控制
恒流量控制在应用过程中要检测2种信号,流量设定信号及输出的流量信号和压力信号。在金属转子流量计运转的过程中,数字控制器一方面根据检测到压力输出信号、流量输出信号来决定金属转子流量计的输出流量,另一方面还会将金属转子流量计的设定输入流量与其输出的实际流量情况进行对比,得到输入流量与输出流量的误差信号,根据得到的误差信号有效调节控制信号的大小。因此,在流量控制器的调节作用下,金属转子流量计的流量设定信号与输出的实际流量能够保持一致。
2.2恒压力控制
在工作的过程中,如果压力异常会严重影响金属转子流量计的工作性能,对金属转子流量计所在的液压系统造成安全隐患。因此,恒压力控制也有广泛应用。恒压力控制主要检测设定的压力值与负载压力的反馈值两个压力值。压力控制器会将设定压力值与负载压力进行比较,并依据误差结果情况,由控制算法确定流量控制器的流量输入设定值及泵的流量输出值,通过二者的匹配保证负载压力与设定压力值统一。
2.3恒功率控制
恒功率控制需要检测来自功率控制器的流量设定信号及泵的实际输出流量信号,利用流量控制器把两种信号进行比较,得出功率控制信号。在功率控制器的调节作用下保证金属转子流量计的实际输出功率与其设定信号一致。恒功率控制可有效避免金属转子流量计过载引起的故障。
3传统的变量控制方式存在的问题
传统的变量控制方式在一定程度上满足当时液压设备的使用,但控制装置精度一般较低、变量控制响应速度较慢,变量控制装置大多依赖机械装置实现,控制系统中控制阀种类及数量较多、加工制造困难、后期维护不方便,不能实现柔性控制及多参数控制,控制方式及相关控制参数不便于调整。
随着信息化的发展,计算机技术与各类液压及电气元件的有效配合可实现对液压系统的数字控制,传统的控制装置不便于和计算机控制系统进行集,限制了金属转子流量计的使用范围。另外,单片机、单板机的迅速发展为实现金属转子流量计的数字控制方式提供了保障,数字控制方式可简化硬件结构,方便实现对金属转子流量计输出的流量、压力及功率等方面的精确控制,控制参数可进行在线调整,同时含有故障诊断功能,极大提高金属转子流量计的应用领域。
 
4 金属转子流量计数字控制方式
数字控制形式是指液压系统的控制信号以其数字量的形式进行处理和运算,并对金属转子流量计实现变量控制。数字式控制包括直接数字控制方式与间接数字控制方式两种。直接数字控制方式的控制元件可直接接受数字脉冲信号并实现数字控制,控制元件有电液数字阀、高速开关元件、步进电机、旋转—直线运动转换装置等。间接数字控制方式的控制元件主要包括比例阀和电液伺服阀,这些控制元件利用模拟信号实现数字控制,模拟的电信号是数字信号通过D/A接口转换得到。下面以轴向金属转子流量计变量为例进行分析。
(1)基于步进电机的数字控制。主要元器件有数字控制器、放大器、步进电机、阀、变量机构、压力变送器、流量传感器,A/D接口等。执行元件是步进电机,利用螺旋副,把步进电机的旋转运动转化为变成直线位移,通过控制活塞的运动实现对金属转子流量计排量的数字控制。
(2)基于变频器的数字控制。主要元器件有数字控制器、变频器、A/D接口、压力变送器、流量传感器等。利用变频器调节泵转速,实现金属转子流量计变量的数字控制。
(3)基于高速开关阀的数字控制。属于直接数字控制方式,主要元器件有数字控制器、PWM(PulseWidthModulation,脉冲宽度调制)放大器、A/D接口、高速阀、变量机构、压力变送器、流量传感器等。执行元原件是高速开关阀。利用转化过的流体脉冲信号实现数字控制。
(4)基于电液比例控制的数字控制。它属于间接数字控制方式,主要元器件有数字控制器、比例放大器、A/D接口、比例阀、变量机构、压力变送器、流量传感器等。执行元原件是电液比例控制阀,利用D/A接口转换的模拟电信号实现数字控制。
(5)基于电液伺服阀的数字控制。属于间接数字控制方式,主要元器件有数字控制器、伺服放大器、A/D接口、伺服阀、变量机构、压力变送器、流量传感器等。执行元原件是电液伺服阀。利用D/A接口转换的模拟电信号实现数字控制。工程机械的工作环境一般较为恶劣,为了充分发挥其工作效率、节能减排,在使用金属转子流量计时往往是多种控制方式组合。主要有以下5种类型(图1~图5)。
 
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5 结论
金属转子流量计变量控制多种多样,目前数字化控制法在金属转子流量计变量控制中占主导地位,随着 计算机技术、液压元器件及电气元件的快速发展,金属转子流量计变量的 控制会向控制精度更高、响应数度更快、功能更完善方向发展。
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