广一泵丨主分配器控制系统发展

目前泵-蓄势器传动主要采用的是主分配器控制系统。主分配器利用操纵手柄控制主分配器的转动轴跟随操纵手柄运动，进而控制水压机完成整个工作过程。主分配器控制系统可分为“水控水”、“油控水”、“电控水”三种类型。原始的水压机主分配器系统一般采用“水控水”的方式，“水控水”主要是指连杆反馈机构和活塞式接力器控制系统，是典型的机液控制系统，如图1所示。它利用操作手柄驱动连杆机构动作，控制进入接力器的高压水，进而控制分配器转轴的动作。这种控制系统的控制特性主要依赖于连杆机构的设计及各铰链点采用的方式和材料，往往机构比较庞大、复杂，维修困难，运动平稳性差，逐渐退出了历史舞台。
现在，“油控水”的控制系统被广泛应用。早期“油控水”控制系统采用旋转滑阀式钢丝绳轮反馈原理，原理如图2所示。
广一泵由图2可以看出，旋转滑阀式钢丝绳轮反馈原理主要是利用钢丝绳反馈信号，通过小手柄控制旋转阀阀芯的工作状态，进而控制油路的通断来达到控制分配器转动轴的目的。这种控制系统的动态特性主要是由旋转滑阀和钢丝绳决定，它属于油压控制机械反馈，旋转滑阀主要是依靠1978年颁布的《水压机零部件标准》进行单件的加工制造，加工精度要求不高，且各工作边加工时留有很大的遮盖量，导致控制系统响应慢，控制精度低，而且钢丝绳在频繁的变载荷工作状态下容易断裂，造成水压机失控，容易发生事故。
随着电液比例技术和计算机技术的发展，一种新型的“油控水”控制系统被设计和应用。这种控制系统是典型的电液伺服系统，其控制原理如图3所示。电液伺服控制系统为角度闭环控制系统。工作时，给予电液伺服阀指令信号，两柱塞缸(接力器)控制摇杆轴按要求的方向转动，通过角位移传感器检测转角，与指令信号对比实现闭环控制。和旋转滑阀控制系统相比，电液伺服系统采用成品件比例阀，其性能稳定，互换性好；采用电液伺服系统，操作台的位置不会因钢丝绳的设置而受限制，可任意放置，且操作台装备轻型化；电液伺服系统动态性能好，角位移控制精度在±0.5°，反馈部分完全采用电信号，系统大大简化，维修方便；电液伺服系统还可以通过设计液压回路做到比例阀卡死或者失电时，水压机处于“安全”状态，不至于造成重大事故。本课题的研究对象60MN自由锻造水压机，其传动形式为广一水泵-蓄势器，属于“油控水”控制系统。
“电控水”控制系统经历了自整角机控制系统、伺服电机控制系统两个阶段。自整角机控制系统又分为电子管放大的自整角机控制系统和可控硅放大的自整角机控制系统，其原理方框图如4所示。它是利用发送自整角机和接受自整角机的相位差来控制直流电动机，通过减速装置稳定分配器转轴的转角。此控制系统电器部分复杂，电子管相敏放大器容易产生零漂，要求经常调整，而可控硅放大的控制系统，对放大器和晶体管线性要求很高，惯性较大，动作迟缓，目前这两种自整角机控制系统已不采用。取代它们的为伺服电机控制系统，其控制原理如图5所示。伺服电机控制系统一般采用进口低惯量交流伺服电机经齿轮减速机连接主分配器凸轮轴和四阀分配器摇杆轴，驱动水压机活动横梁完成锻造动作。双编码器的作用是组成闭环反馈控制系统：分配器转轴转动角度和采样信号通过PLC进行比较，处理后再与转速度设定值进行比较，终信号进入交流伺服系统，驱动各分配器，控制凸轮轴或摇杆轴打开不同的高压水阀杆，实现水压机各种动作。伺服电机控制系统思想是从德国引进的，此系统对伺服电机要求很高，一般采用进口，而且必须购置配套的PLC驱动定 位单元，才能使其控制性能达到理想状态。
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