化工设备成型三梁四柱液压机电液动力装置的压力控制

压力补偿泵通常用于与控制相关的应用中，但有时需要蓄能器的辅助。

使用化工设备成型三梁四柱液压机电液比例阀或伺服阀的控制通常通过使用保持控制阀的恒定入口压力的动力单元来实现。这样的设计策略提供了几个优点，并提出了几个问题：

通过高压供应，当给出打开阀门的信号时，立即可以获得液压动力。也就是说，在流动发生并且负载移动之前，不需要等待泵压力建立。
可以使用传统的伺服和比例阀，因为几乎所有的都具有闭中心的中心阀芯位置。
由于阀门是封闭的中心，因此必须使用压力调节供应。压力补偿泵是调节压力的常用选择。
通过将阀门供应压力调节到最低实际公差来实现最高精度。也就是说，无论负载的流量需求的变化如何，供应压力都保持恒定。

化工设备成型三梁四柱液压机压力补偿泵可以在流量需求变化的情况下以相对恒定的压力供应液压动力，该流量需求变化可以从零突然增加到最大，反之亦然。然后，它可能不会。根据具体情况，蓄能器可用于在峰值流量需求的短暂时期内补充泵流量。但通常情况下，压力补偿泵本身就足够了。

这引出了一个问题：是否有任何简单的经验法则可以帮助电路设计人员确定是否需要累加器？简短的回答是肯定的，我在这里的直接目标是解释它是如何运作的。我将介绍一个示例系统来解释这个过程。

示例场景

样品系统是典型的位置反馈伺服系统，遵循命令配置文件（图1）。左侧的图表显示了加速度，速度和距离运动命令配置文件。右侧是简化电路，底部显示了物理安装的图示。该圆柱体的孔径为2英寸，杆直径为1 3/8英寸，以适应磁致伸缩位置传感器的枪钻​​。带有传统压力补偿机构的活塞泵驱动系统。


与所有电液位置伺服机构一样，液压缸配有位置传感器，可将信号反馈到伺服放大器的求和点。进入求和点的命令信号是来自图1的曲线图的位置曲线。当然，该信号将由来自可编程逻辑控制器（PLC）的控制计算机或运动控制卡提供。

当命令配置文件电压上升时，它与反馈之间的误差在伺服放大器中被放大。然后放大器打开阀门，阀门将流量引导到液压缸，使其运动试图跟上命令。结果是只要命令配置文件重复，就会继续进行常规的循环柱面运动。

选择该系统是因为它是我的IDAS工程研究实验室中使用的研究工具。本文提供的性能图表是实际数据，而非理论数据。它们可以是从经历规则的，合理均匀的循环运动的任何工业机器收集的数据。实验室只是提供监控和记录所有关键性能变量的机会。

制定测试

将对样品系统进行两项测试。第一种只使用没有蓄能器的压力补偿泵。它将由命令配置文件控制，该命令配置文件需要四秒钟才能完成一个周期。两个完整的命令运动周期显示在图2中的图表中。该显示策略改进了关于压力变化的图形数据表示。


命令距离曲线和产生的压力端口流向阀门如图2所示。请注意，图2中的命令配置文件与图1中的命令配置文件略有不同。这是因为此系列测试中使用的命令略短延伸和缩回两端的停留时间。这种差异对我们所涉及的观察或结论没有影响; 它只是记录在案。

第二次测试也将在没有辅助蓄电池的情况下进行。但是，运动命令配置文件将被加速，以便其循环仅在1秒内完成。它具有与图2所示相同的一般形状，但一切命令发生的速度要快四倍。

在图2中的每个汽缸循环期间存在两个不同的流动峰值。较高的一个对应于经历延伸的汽缸。下部峰值对应于缩回期间的圆柱体。当然，差异是由液压缸的杆端和帽端侧之间的面积差异引起的。移动液压缸消耗的流体体积仅为流动图下的面积。

现在，让我们来回顾在图2中的运动有一个很短的停留运动和流动分布，在其发生均匀的加速，在到达引起的在约14的延伸流动的速度的结尾。3 /秒。加速时间约为0.6秒。接下来，恒定速度周期在14英寸处持续约0.6秒。3 /秒流痕; 然后在另一个0.6秒内减速到零。流量在1.9秒时再次返回到零。

在延伸时发生约0.2秒的停留，然后是缩回，其沿着与时间增量相同的运动曲线开始。但是，液压缸面积差（的1.896：1的比率）导致的在约7.5的峰流。3 /秒。同时，液压缸运动几乎是正弦的，导致最大延伸到约5.7英寸，然后缩回到约0.3英寸。

流量曲线必须由压力补偿泵提供。如果泵出口处的压力在流量变化时保持恒定，则泵排量必须经历实质性变化。没有补偿器可以完美地调节化工设备成型三梁四柱液压机泵排量，因此一些压力变化必须始终伴随流量变化。目的是将压力波动保持在可容忍的范围内。当然，当压力变化如此极端以至于液压缸在可接受的限度内不遵循命令曲线时，会出现无法忍受的限制。

第二次测试

第二次测试也将在没有辅助蓄电池的情况下进行。但是，动作命令配置文件将被加速，以便其循环仅在一秒钟内完成。它具有与图2中相同的一般形状，但是命令发生的速度要快四倍。

图3显示了使用第一个命令配置文件的结果 - 即需要4秒才能完成的配置文件。显示了四种不同的痕迹。命令轮廓和测量位置（活塞运动）几乎彼此顶上。这是因为建立了非常好的伺服回路。由于伺服放大器增益非常高，因此命令和实际位置之间存在很小的误差。


图3还显示了执行器速度。通过将测量位置相对于时间进行微分来计算该值。它清楚地显示了伸展和缩回时的停留时间，加速和减速周期以及几乎平顶的“恒速”部分。

速度轨迹的上极端和下极端处的波浪线不是由实际速度变化引起的，而是由测量噪声的不可避免的后果引起的，该测量噪声通过测量数据的区分而增强。

供给（P端口）压力也显示为略微翘曲的曲线，由泵补偿器的动态响应引起一些小的波形。它位于图轴顶部附近。

最初调节泵的补偿器以产生约1,400psi的死角压力。正如预期的那样，供应压力的平均动态值略低于1,400 psi。但更重要的是，最高和最低测量值之间的压力变化仅为约100 psi。除了非常关键的应用程序之外，这种性能可能完全可以接受，并且它是在没有累加器的情况下完成的。

加快速度

图4和图5显示了将循环时间从每四秒一个循环减少到每秒一个完整循环的结果。这是一个相当严重的增长，但在当今的工业环境中并非不合理。同样，在该测试中没有使用累加器。


请注意，图4中命令与测量位置配置文件之间的符合性较差。它们之间存在较大的误差，这表示伺服环路的性能非常差，并且在任何应用中都可能是不可接受的。液压缸速度不再是干净的梯形，如图3所示。由于泵无法补偿快速的流量需求变化，速度被破坏。

化工设备成型三梁四柱液压机伺服回路中跟随性能差的原因如图5所示，即供给压力。它的变化范围从大约1,900 psi到大约200 psi的低压。同时，伺服阀电流从-70 mA摆动到+ 70 mA-饱和极限 - 伺服回路试图使液压缸与指令曲线保持同步。

这里有两个主要问题：首先，流量需求曲线要求流量增加和减少，泵的压力补偿机制无法跟上。这极大地促进了泵供应压力的剧烈波动。其次，命令轮廓时间的减少是用相同的总液压缸行程距离“构造”的。这在这个更快的周期中使峰值流量需求翻了两番。

尽管未示出，理想的峰值流量是英寸约56 3 /秒，与之相比，14。3在第一测试/秒。显然，要求泵增加和减少其排量四倍的量，从而“惩罚”泵 - 即，在第二种情况下施加更严格的测试条件。但这对于必须提供可变生产率的工业应用来说是现实的。液压缸必须行进相同的量，应用要求它的速度要快四倍。


现在，随着这一启示，在第二种情况下平均流量必须是四倍 - 而不仅仅是峰值流量。显然，较高的循环速率将受益于直接连接到控制阀入口的增压蓄能器。

总结一下

在这些测试中使用的泵被宣传为具有大约145毫秒的响应时间。换句话说，它可以在那段时间内从零到全行程。因此，需要一个简单易用的经验法则来帮助设计人员了解何时一个蓄能器是绝对必要的，何时它们可以在没有蓄能器的情况下通过。我们只需将公布的化工设备成型三梁四柱液压机泵响应时间与更改应用程序中的流量所需的时间进行比较。

回想一下第一次测试（使用四秒曲线），0.6秒用于将需求流量从零改为最大值。这比泵的响应时间长四倍。相反，较高的循环速率曲线将流量增加时间减少到仅150毫秒，这导致了明显的性能故障。

这里有一个经验法则来决定是否可以在没有增压蓄能器和压力补偿泵的情况下使用：如果流量从零到最大流量，或从最大流量到零流量，则不需要累加器，比泵的全行程响应时间长三倍或更多倍。

具有较短循环时间的该应用可以从蓄电池中受益。在安装蓄能器的情况下，阀门在流量增加时的打开将使用来自蓄能器的流量来满足突然的流量需求。这不仅适用于蓄电池的放电，也适用于充电。泵悠闲地改变排量以满足平均流量需求，并且化工设备成型三梁四柱液压机蓄能器对需求的快速变化作出反应。