CN110499602B - 一种均匀轧车油压稳定性控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均匀轧车轧辊内腔油压稳定性控制系统，其特征在于，包括控制器、上位机测控平台、用于将两个均匀轧辊入液口与液压源连通的高速开关阀、用于检测液压源压力的油压表及用于检测均匀轧辊出液口油压的油压检测器。本发明的工作原理是：工作时，首先设定安全阀的压力值，接着在上位机测控平台输入PWM信号的占空比和频率，控制器根据上位机指令输出高速脉冲，驱动高速开关阀工作，调节轧辊内腔油压。同时，油压检测器将辊腔油压数据传递给控制器，再反馈至上位机测控平台进行处理与分析，使油压稳定在一个数值上。本发明提供的均匀轧车油压稳定性控制系统提高了油压稳定性，可更好地用于工艺研究及实际生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种均匀轧车轧辊内腔油压稳定性控制系统，属于纺织机械技术领域。
背景技术
轧车是纺织品染整加工中的通用单元。通过轧车轧辊的挤压作用，可促进织物内部处理液的均匀渗透，提高织物染整效果。相对于普通轧车，均匀轧车可向轧辊辊体与辊轴之间通入一定量的液压油，以补偿轧辊的挠曲变形，改善辊间线压力分布状况，不仅可用于均匀轧压，还可应对不均匀工况需求，调节辊间幅向压力，以获得更高的落布质量。
均匀轧车油压控制的关键技术是利用气控油液调节阀，使气室内气压作用在活塞杆上，间接控制轧辊内腔油压。由于空气具有可压缩性，调节时间长且难以保证油压稳定。此外，均匀轧车通过手动旋钮调节油压，调整过程费时、费力、重现性差。生产实践表明，轧辊油压每调整一个最小分度即0.01MPa时，辊间横向线压力分布的变化就会影响织物幅向左中右三点处轧余率的变化。当幅向左中右轧余率差值大于5％时，会产生无法通过工艺调节的边中色差弊病。因此，轧辊油压的稳定性控制是提高轧压质量的关键因素之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种均匀轧车油压稳定性控制方案，可在轧车压力使用范围内对轧辊内腔油压进行调节。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，包括：
控制器；
上位机测控平台，基于LabVIEW软件环境，用户可在上位机测控平台上输入所需的占空比和频率，将指令发送给控制器，使其输出高速脉冲，驱动高速开关阀工作；
用于将两个均匀轧辊入液口与液压源连通的高速开关阀；
用于检测液压源压力的油压表；
用于检测均匀轧辊出液口油压的油压检测器，油压检测器通过截止阀与油箱连通。
优选地，所述控制器为NI USB-6002多功能数据采集卡，带有数字量输入与输出功能，经固态继电器与直流电源相连，输出可变占空比和频率的高速脉冲；所述上位机测控平台通过数据采集、油压模糊控制器、脉冲输出对油压进行微量控制。
更优选地，以油压的给定值Pr与实测油压值P的偏差e、偏差的变化率ec＝de/dt为输入量，以PID控制器三个整定值的调整量ΔKP、ΔKI、ΔKD为输出。
优选地，还包括用于保护高速开关阀的安全阀，其设于液压源与高速开关阀之间。高速开关阀设于均匀轧车油路上，利用液压压力差复位，连接方式为螺纹插装式，具有响应速度快、使用寿命长、零泄露等优点。
更优选地，所述的高速开关阀采用HSV3023S3型二位三通常闭式开关阀，额定压差2MPa，额定流量3～5L/min，脉宽有效调节范围20％～80％；所述安全阀采用直动式溢流阀，标称压力0.34～4.14MPa，具有响应快、尺寸紧凑的特点。
更优选地，所述高速开关阀集成于液压集成块中，液压集成块的进油口经安全阀与液压源的出口连接，排出的液压油分两路进入两个均匀轧辊的压力腔，回油口与油箱连通；液压集成块上方设有蓄能器接口，用于连接蓄能器，以防止波动信号对油路压力的影响。液压集成块的材料为铝合金，加工时经去除毛刺处理。
优选地，所述油压表设于高速开关阀的进油口前，其量程为0～2.5MPa。
优选地，所述均匀轧辊内辊体与辊轴之间的空隙分为两个腔，轧点一侧的半环形空腔为压力腔，另一半为泄油腔，通过向压力腔注入液压油使其处于工作状态；辊体两端通过伸缩式加压气袋加压。
优选地，所述油压检测器采用扩散型压力变送器，设于均匀轧车油路上，用于检测轧辊内腔油路压力值，量程0～0.4MPa，模拟量输出1～5VDC。
优选地，所述油箱，夏季使用120#液压导轨油，冬季使用100#液压导轨油；液压油温度控制在25～38℃之间。
本发明提供的均匀轧车油压稳定性控制方案，可实现油压的数字化输入和稳定性控制。相比现有技术，本发明提供的均匀轧车油压控制方案具有如下有益效果：
1.能实现油压值的准确输入。
2.能实时监测均匀轧辊内腔压力值。
3.能保证均匀轧辊腔内油压稳定。
4.控制系统结构简单，成本低，稳定性高，可靠性好，操作和维修方便。
附图说明
图1为均匀轧车油压稳定性控制结构的模块简图；
图2为均匀轧车油压控制系统布局图；
图3为油压稳定性模糊PID控制源程序框图；
图4为高速开关阀标定曲线；
图5a为气压0.2MPa、油压0.14MPa时固有系统的油压实测曲线；
图5b为气压0.2MPa、油压0.14MPa时本发明的油压实测曲线。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
如图1、2所示，为本发明提供的一种均匀轧车油压稳定性控制系统，其包括：
控制器1；
上位机测控平台2，基于LabVIEW软件环境，用户可在上位机测控平台2上输入所需的占空比和频率，将指令发送给控制器1，使其输出高速脉冲，驱动高速开关阀工作；
用于将两个均匀轧辊7入液口与液压源3连通的高速开关阀6；
用于检测液压源3压力的油压表5；
用于检测均匀轧辊7出液口油压的油压检测器8，油压检测器8通过截止阀9与油箱10连通；
用于保护高速开关阀6的安全阀4，其设于液压源3与高速开关阀6之间。
所述控制器1为NI USB-6002多功能数据采集卡，带有数字量输入与输出功能，经固态继电器与直流电源相连，输出可变占空比和频率的高速脉冲；所述上位机测控平台2通过数据采集、油压模糊控制器、脉冲输出对油压进行微量控制。油压模糊控制器，以油压的给定值Pr与实测油压值P的偏差e(即e＝Pr-P)、偏差的变化率ec＝de/dt为输入量，以PID控制器三个整定值的调整量ΔKP、ΔKI、ΔKD为输出。油压稳定性模糊PID控制源程序如图3所示。
高速开关阀6设于均匀轧车油路上，利用液压压力差复位，连接方式为螺纹插装式，具有响应速度快、使用寿命长、零泄露等优点。的高速开关阀6采用HSV3023S3型二位三通常闭式开关阀，额定压差2MPa，额定流量3～5L/min，脉宽有效调节范围20％～80％；所述安全阀4采用直动式溢流阀，标称压力0.34～4.14MPa，具有响应快、尺寸紧凑的特点。
高速开关阀6集成于液压集成块中，液压集成块的进油口经安全阀4与液压源3的出口连接，排出的液压油分两路进入两个均匀轧辊7的压力腔，回油口与油箱10连通；液压集成块上方设有蓄能器接口，用于连接蓄能器，以防止波动信号对油路压力的影响。液压集成块的材料为铝合金，加工时经去除毛刺处理。
油压表5设于高速开关阀6的进油口前，其量程为0～2.5MPa。
均匀轧辊7内辊体与辊轴之间的空隙分为两个腔，轧点一侧的半环形空腔为压力腔，另一半为泄油腔，通过向压力腔注入液压油使其处于工作状态；辊体两端通过伸缩式加压气袋加压。
油压检测器8采用扩散型压力变送器，设于均匀轧车油路上，用于检测轧辊内腔油路压力值，量程0～0.4MPa，模拟量输出1～5VDC。
油箱10，夏季使用120#液压导轨油，冬季使用100#液压导轨油；液压油温度控制在25～38℃之间。
油压表5和油压检测器8分别检测进入高速开关阀6的油压和轧辊内腔油压；所述的油压检测器8能将辊腔油压信号反馈给控制器1，显示在上位机测控平台2上，并由上位机进行处理与分析，控制辊腔油压大小。
本发明的工作原理是：工作时，首先设定安全阀4的安全压力，接着在上位机测控平台2上输入PWM信号的占空比和频率，控制器1根据上位机指令输出高速脉冲，驱动高速开关阀6工作，调节轧辊7内腔油压。同时，油压检测器8将辊腔油压数据传递给控制器1，再反馈至上位机测控平台2进行处理与分析。
下面以MH552CF-180型液压内支撑式均匀轧车为例，分别测试均匀轧车固有油压控制方案与本发明油压控制系统获得的油压数据，并进行对比与分析。
MH552CF-180型均匀轧车油压工作范围为0～0.3MPa。将均匀轧辊转速设置为10rpm、左右两端气压保持为0.1MPa、安全阀4的安全压力设置为1.5MPa、高速开关阀6的工作频率设为10Hz，改变输入PWM信号占空比范围，记录辊腔油压值。占空比与油压的标定关系如图4所示。
由图4可见，随着输入PWM信号占空比由0增至100％，轧辊内腔油压由0.023MPa增至0.299MPa，两者之间具有较好的线性度，说明使用HSV3023S3型二位三通常闭式开关阀能满足MH552CF-180型均匀轧车油压使用要求。
根据MH552CF-180型均匀轧车工作指示牌上气压与油压的工作范围，设定气压0.20MPa、内腔油压0.14MPa时，采集5分钟内油压数据，经小波去噪后，均匀轧车固有油压控制方案与本发明油压控制系统的统计数据如图5a、5b所示。
由图5a、5b比较可知，气压0.20MPa、油压0.14MPa时，MH552CF-180型均匀轧车固有油压系统与本发明的油压系统5分钟内油压的平均值分别为0.138MPa和0.141MPa；极差分别为0.0023MPa和0.0012MPa，方差分别为1.134E-03MPa和0.301E-03MPa。可见，相对于轧车固有油压系统，本发明的油压系统油压更为稳定，可更好地用于实际生产。
Claims (9)
1.一种均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，包括：
控制器(1)；
上位机测控平台(2)，基于LabVIEW软件环境，用户可在上位机测控平台(2)上输入所需的占空比和频率，将指令发送给控制器(1)，使其输出高速脉冲，驱动高速开关阀工作；
用于将两个均匀轧辊(7)入液口与液压源(3)连通的高速开关阀(6)；
用于检测液压源(3)压力的油压表(5)；
用于检测均匀轧辊(7)出液口油压的油压检测器(8)，油压检测器(8)通过截止阀(9)与油箱(10)连通；
所述控制器(1)为NIUSB-6002多功能数据采集卡，带有数字量输入与输出功能，经固态继电器与直流电源相连，输出可变占空比和频率的高速脉冲；所述上位机测控平台(2)通过数据采集、油压模糊控制器、脉冲输出对油压进行微量控制。
2.如权利要求1所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述油压模糊控制器，以油压的给定值Pr与实测油压值P的偏差e、偏差的变化率ec＝de/dt为输入量，以PID控制器三个整定值的调整量ΔKP、ΔKI、ΔKD为输出。
3.如权利要求1所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，还包括用于保护高速开关阀(6)的安全阀(4)，其设于液压源(3)与高速开关阀(6)之间。
4.如权利要求3所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述的高速开关阀(6)采用HSV3023S3型二位三通常闭式开关阀，额定压差2MPa，额定流量3～5L/min，脉宽有效调节范围20％～80％；所述安全阀(4)采用直动式溢流阀，标称压力0.34～4.14MPa。
5.如权利要求3所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述高速开关阀(6)集成于液压集成块中，液压集成块的进油口经安全阀(4)与液压源(3)的出口连接，排出的液压油分两路进入两个均匀轧辊(7)的压力腔，回油口与油箱(10)连通；液压集成块上方设有蓄能器接口，用于连接蓄能器。
6.如权利要求1所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述油压表(5)设于高速开关阀(6)的进油口前，其量程为0～2.5MPa。
7.如权利要求1所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述均匀轧辊(7)内辊体与辊轴之间的空隙分为两个腔，轧点一侧的半环形空腔为压力腔，另一半为泄油腔，通过向压力腔注入液压油使其处于工作状态；辊体两端通过伸缩式加压气袋加压。
8.如权利要求1所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述油压检测器(8)采用扩散型压力变送器，设于均匀轧车油路上，用于检测轧辊内腔油路压力值，量程0～0.4MPa，模拟量输出1～5VDC。
9.如权利要求1所述的均匀轧车油压稳定性控制系统，其特征在于，所述油箱(10)，夏季使用120#液压导轨油，冬季使用100#液压导轨油；液压油温度控制在25～38℃之间。
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