CN107542726A - 模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，包括：加载机架；伺服油缸，其设置于所述加载机架的底部；中间垫块，其底面位于所述伺服油缸的活塞杆上，其顶面与所述加载机架的顶部相接触；等效质量块，其对称地悬挂在所述中间垫块的两侧；阻尼液压缸，其油缸底部与所述加载机架的侧壁相接触，活塞杆与所述中间垫块相接触；侧撑板，其设置于所述中间垫块与所述加载机架的侧壁之间的空隙中，与所述阻尼液压缸相对于所述中间垫块的竖直中心线呈中心对称。本发明可以根据所试验的伺服油缸的实际工作轧机作用在该伺服油缸活塞上的等效质量、刚度、阻尼等负载参数。

Description

模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备

技术领域

本发明涉及一种模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备。

背景技术

在现代板带轧机中，轧机辊缝的控制通常是利用液压伺服系统来完成的。液压伺服阀油缸是轧机压下或推上液压伺服系统的关键元件之一，其性能的好坏直接影响液压伺服系统的正常工作，从而最终影响板带材的产品质量。

现有的对轧机压下或推上伺服油缸的性能测试主要包括静态测试和动态测试两个方面，静态测试主要包括伺服油缸的内泄漏、外泄露、带载动摩擦力、启动压力等指标，动态测试主要包括伺服油缸控制系统的频宽等项目的测试等。

在伺服油缸的测试过程中，诸如带载动摩擦力测试和动态测试的过程中，往往是将伺服油缸放在一个封闭的加载机架内，通过加载机架来给伺服油缸来加载。通常，在伺服油缸测试的过程中，为了保证伺服油缸的伸出杆能够与加载机架的顶端相接触，通常在伺服油缸与加载机架之间放上一个中间垫块来保证他们之间的紧密相接触，中间垫块的高度根据伺服油缸的规格不同而变化。

然而，在现有伺服油缸的测试过程中，测试系统中的负载参数包括等效质量、刚度、阻尼等，不同的伺服油缸实际工作轧机往往是不同的，直接影响到油缸性能测试结果。现有的测试方法只能提供一种质量、刚度、阻尼等负载参数确定的测试，要实现模拟实际工况的测试工作，只能是制造出更多不同负载参数的加载机架，无法在同一加载机架上实现变负载参数的测试。伺服油缸的测试工况与实际工作工况往往存在很大的差异，所以，这就对伺服油缸的测试结果的准确度造成了较大的影响，同时也加大了对测试设备的投资。

发明内容

为此，本发明的目的在于，针对以上现有伺服油缸的测试方法存在的问题，提出一种可模拟实际工况的伺服油缸性能综合测试设备，可以根据所测试的伺服油缸的实际工作轧机作用在该伺服油缸活塞上的等效质量、刚度、阻尼等负载参数，来设置测试设备中的各个组件，从而保证测试时的工况与实际伺服油缸在轧机中工作的工况的一致，以此保证测试结果的准确性和实用性。

本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，包括加载系统，所述加载系统包括负荷加载子系统和阻尼加载子系统，其中，所述负荷加载子系统包括：加载机架；伺服油缸，其设置于所述加载机架的底部；中间垫块，其底面位于所述伺服油缸的活塞杆上，其顶面与所述加载机架的顶部相接触；等效质量块，其对称地悬挂在所述中间垫块的两侧；所述阻尼加载子系统包括：阻尼液压缸，其设置于所述中间垫块与所述加载机架的侧壁之间，其油缸底部与所述加载机架的侧壁相接触，活塞杆与所述中间垫块相接触；侧撑板，其设置于所述中间垫块与所述加载机架的侧壁之间，其一面与所述加载机架的侧壁相接触，相对面与所述中间垫块相接触，所述侧撑板与所述阻尼液压缸相对于所述中间垫块的竖直中心线呈中心对称。

进一步地，该设备还包括用于为所述伺服油缸提供动力的液压伺服系统、以及对加载的负荷和阻尼进行控制的控制系统，其中，所述控制系统包括：压力传感器，其设置于所述中间垫块的顶面与所述加载机架的顶部之间，用于感测所述中间垫块的顶面受到的来自所述加载机架的顶部的压力；位移传感器，其设置于所述伺服油缸的活塞杆上，用于感测所述活塞杆的位移；所述液压伺服系统在所述控制系统的控制下，驱动所述伺服油缸的活塞杆伸出或缩回，以使得所述压力传感器感测到的压力以及所述位移传感器感测到的位移为预定值。

进一步地，所述对称地悬挂在所述中间垫块的两侧的所述等效质量块的总质量m₂为：m₂＝m₀-m₁，其中，m₀为所述伺服油缸的实际工作轧机的等效质量，m₁为所述中间垫块的质量。

本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，可以根据所测试的伺服油缸的实际工作轧机作用在该伺服油缸活塞上的等效质量、刚度、阻尼等负载参数，来设置测试设备中的各个组件，从而保证测试时的工况与实际伺服油缸在轧机中工作的工况的一致，以此保证测试结果的准确性和实用性。

附图说明

图1为本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备的正视图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备的液压伺服系统和控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，包括为该设备提供各种性能试验参数的加载系统、用于为加载系统提供动力的液压伺服系统、以及对加载的参数进行控制的控制系统。其中，加载系统包括负荷加载子系统和阻尼加载子系统。

参照图1和图2，负荷加载子系统包括：加载机架11；伺服油缸12，其设置于加载机架11的底部，其活塞杆13可以在液压伺服系统的驱动下伸出和缩回；中间垫块14，其底面位于伺服油缸12的活塞杆13上，其顶面与加载机架11的顶部相接触；等效质量块15，其对称地悬挂在中间垫块11的两侧。如图2所示，中间垫块14的两侧形成有向外突出的悬挂部141，等效质量块15可以通过悬挂杆悬挂在悬挂部141上，从而对称地悬挂在中间垫块11的两侧。

加载机架11为闭式的环状，伺服油缸12的底部抵住加载机架11的底部，伺服油缸12的活塞杆13通过中间垫块14抵住加载机架11的顶部，从而加载机架11对伺服油缸12提供加载力，使得伺服油缸12在带有载荷的工况下进行性能试验。

本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，可以配备有多个横截面积不同的中间垫块14。通过更换不同横截面积的中间垫块14，可以改变性能试验设备加载在伺服油缸12上的综合刚度，使性能试验设备加载在伺服油缸12上的刚度可变。

等效质量块15的作用在于，通过改变悬挂在中间垫块14上的等效质量块15的质量，来使得性能试验设备的负载等效质量与实际工作轧机的等效质量相等，从而使性能试验设备的负载工况与实际轧机负载工况相等。等效质量块15可以被制造成标准的质量块，比如每个标准质量块均为固定规格，以方便对等效质量块15的操作。

为了使得等效质量块15的质量满足测试需要，对称地悬挂在中间垫块14的两侧的等效质量块15的总质量m²为：m²＝m⁰-m¹，其中，m⁰为伺服油缸12的实际工作轧机的等效质量，m¹为中间垫块14的质量。

继续参照图1和图2，阻尼加载子系统包括：阻尼液压缸16和侧撑板17。阻尼液压缸16和侧撑板17分别相对地设置在中间垫块14的两侧，并相对于中间垫块14的竖直中心线呈中心对称。例如，当中间垫块14为圆柱体时，阻尼液压缸16和侧撑板17位于中间垫块14的同一条直径的延长线上。当中间垫块14为长方体时，阻尼液压缸16和侧撑板17分别与中间垫块14的两个向对面相接触，并位于两个向对面的相对的位置。

阻尼液压缸16设置于中间垫块14与加载机架11的侧壁之间，其油缸底部与加载机架11的侧壁相接触，活塞杆与中间垫块14相接触；侧撑板17设置于中间垫块14与加载机架11的侧壁之间，其一面与加载机架11的侧壁相接触，相对面与中间垫块14相接触。

阻尼液压缸16通过对中间垫块14进行加载从而为性能试验设备提供性能试验时的可变阻尼力，最终使性能试验设备的阻尼比与实际工作轧机的阻尼比相等。

参考图1和2，控制系统包括压力传感器21和位移传感器22。压力传感器21设置于中间垫块14的顶面与加载机架11的顶部之间，用于感测中间垫块14的顶面受到的来自加载机架11的顶部的压力，即记载到伺服油缸12的活塞杆13上的压力。位移传感器22设置于伺服油缸12的活塞杆13上，用于感测活塞杆13的位移。

参考图3，控制系统还包括控制器23。控制器23控制液压伺服系统，从而驱动伺服油缸12的活塞杆13伸出或缩回，以使得压力传感器感21测到的压力以及位移传感器22感测到的位移为预定值。

如图3所示，液压伺服系统包括液压泵31、溢流阀32、电液伺服阀36、电磁比例溢流减压阀35、电磁比例减压阀33、三位四通电磁换向阀34等。液压伺服系统为伺服油缸提供动力源，液压伺服系统将控制系统的电控信号转变成液压伺服系统的液压信号，来控制伺服油缸的动作和设备内各个压力的调整。

电液伺服阀36将控制系统发出的电信号转变成液压信号来控制伺服油缸的位移和压力大小，使之形成闭环控制系统。伺服油缸有杆腔输入一个固定压力的液压压力值，伺服油缸有杆腔的压力大小通过电磁比例减压溢流阀35进行设定和调整。

阻尼加载液压缸的压力通过电磁比例减压阀33进行动态设定和调整，所以阻尼力大小的改变也是通过电磁比例减压阀33来控制。阻尼液压缸的加载与卸载过程通过三位四通电磁换向阀34控制，其控制信号通过控制系统给定。整个液压伺服系统的系统压力值通过溢流阀32进行调节，液压泵31为系统提供系统所需的压力及流量。

本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备的使用方法描述如下。

首先，收集要测试的伺服油缸的实际工作轧机的等效质量m⁰、刚度k₀、以及阻尼比参数ξ₀。通过理论计算的方法计算出使试验设备的综合刚度k_e＝k₀时，中间垫块的刚度值k₁，并反推计算出此时中间垫块的直径D₀以及高度H₀，从而在本发明的性能试验设备配备的多个中间垫块中选择合适直径和高度的中间垫块进行加载。

其次，计算性能试验设备需要的等效质量块的质量。先根据中间垫块的尺寸和密度ρ计算中间垫块的质量m¹，即然后计算等效质量块的质量m₂＝m₀-m₁。在中间垫块的悬挂部上挂载总质量为m₂的等效质量块，这样就保证了作用在伺服油缸活塞上的等效质量与实际轧机作用在油缸上的等效质量相等。

利用系统辨识的方法，测得试验设备的阻尼比ξ₁，通过调整比例减压阀的压力值P₀，从而改变测试系统的阻尼比ξ₁与实际工作轧机的阻尼比ξ₀相等，即ξ₀＝ξ₁。

这样测试系统等效质量、刚度、阻尼参数与实际工作轧机的等效质量、刚度、阻尼参数相等，即m₀＝m₂、k₀＝k_e、ξ₀＝ξ₁，达到伺服油缸的测试工况与实际工作工况一致。可以通过控制系统控制液压伺服系统开始性能测试。

本发明的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，可以根据测试伺服油缸的不同、以及工况的不同来改变测试的负载等效质量、刚度、阻尼参数，从而使伺服油缸在测试过程中可根据测试工况和工作轧机的不同改变等效质量、刚度、阻尼参数的大小，从而更能反映出伺服油缸真实的性能特征，使伺服油缸的静态和动态性能的测试结果更加准确。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，其特征在于，包括加载系统，所述加载系统包括负荷加载子系统和阻尼加载子系统，其中，

所述负荷加载子系统包括：

加载机架；

伺服油缸，其设置于所述加载机架的底部；

中间垫块，其底面位于所述伺服油缸的活塞杆上，其顶面与所述加载机架的顶部相接触；

等效质量块，其对称地悬挂在所述中间垫块的两侧；

所述阻尼加载子系统包括：

阻尼液压缸，其设置于所述中间垫块与所述加载机架的侧壁之间，其油缸底部与所述加载机架的侧壁相接触，活塞杆与所述中间垫块相接触；

侧撑板，其设置于所述中间垫块与所述加载机架的侧壁之间，其一面与所述加载机架的侧壁相接触，相对面与所述中间垫块相接触，所述侧撑板与所述阻尼液压缸相对于所述中间垫块的竖直中心线呈中心对称。

2.根据权利要求1所述的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，其特征在于，该设备还包括用于为所述伺服油缸提供动力的液压伺服系统、以及对加载的负荷和阻尼进行控制的控制系统，其中，

所述控制系统包括：压力传感器，其设置于所述中间垫块的顶面与所述加载机架的顶部之间，用于感测所述中间垫块的顶面受到的来自所述加载机架的顶部的压力；位移传感器，其设置于所述伺服油缸的活塞杆上，用于感测所述活塞杆的位移；

所述液压伺服系统在所述控制系统的控制下，驱动所述伺服油缸的活塞杆伸出或缩回，以使得所述压力传感器感测到的压力以及所述位移传感器感测到的位移为预定值。

3.根据权利要求1所述的模拟实际工况的伺服油缸性能试验设备，其特征在于，所述对称地悬挂在所述中间垫块的两侧的所述等效质量块的总质量m₂为：

m₂＝m₀-m₁，

其中，m₀为所述伺服油缸的实际工作轧机的等效质量，m₁为所述中间垫块的质量。