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Feedback linearization based control of a rotational hydraulic drive
Control Engineering Practice,?Volume 15, Issue 12,?December 2007, Pages 1495-1507
Jaho Seo, Ravinder Venugopal and Jean-Pierre Kenné
Abstract The technique of feedback linearization is used to design controllers for displacement, velocity and differential pressure control of a rotational hydraulic drive. The controllers, which take into account the square-root nonlinearity in the system's dynamics, are implemented on an experimental test bench and results of performance evaluation tests are presented. The objective of this research is twofold: firstly, to present a unified method for tracking control of displacement, velocity and differential pressure; and secondly, to experimentally address the issue of whether the system can be modeled with sufficient accuracy to effectively cancel out the nonlinearities in a real-world system.
Keywords: Nonlinear control; Feedback linearization; Hydraulic actuators; Real-time systems
1. Introduction
Electro-hydraulic hydraulic servo-systems (EHSS) are extensively used in several industries for applications ranging from hydraulic stamping and injection molding presses to aerospace flight-control actuators. EHSS serve as very efficient drive systems because they posses a high power/mass ratio, fast response, high stiffness and high load capability. To maximize the advantages of hydraulic systems and to meet increasingly exacting performance specifications in terms of robust tracking with high accuracy and fast response, high performance servo-controllers are required. However, traditional linear controllers ([Anderson, 1988] and [Merritt, 1967]) have performance limitations due to the presence of nonlinear dynamics in EHSS, specifically, a square-root relationship between the differential pressure that drives the flow of the hydraulic fluid, and the flow rate. These limitations have been well documented in the literature; see Ghazy (2001), Sun and Chiu (1999), for example.
Several approaches have been proposed to address these limitations, including the use of variable structure control (Ghazy, 2001; Mihajlov, Nikolic, & Antic, 2002), back-stepping (Jovanovic, 2002; [Kaddissi et al., 2005] and [Kaddissi et al., 2007]; Ursu & Popescu, 2002) and feedback linearization ([Chiriboga et al., 1995] and [Jovanovic, 2002]). Variable structure control in its basic form is prone to chattering (Guglielmino & Edge, 2004) since the control algorithm is based on switching; however, several modifications have been proposed to address this problem ([Ghazy, 2001], [Guglielmino and Edge, 2004] and [Mihajlov et al., 2002]). Back-stepping is a technique that is based on Lyapunov theory and guarantees asymptotic tracking ([Jovanovic, 2002], [Kaddissi et al., 2005], [Kaddissi et al., 2007] and [Ursu and Popescu, 2002]), but finding an appropriate candidate Lyapunov function can be challenging. The controllers obtained using this method are typically complicated and tuning control parameters for transient response is non-intuitive. Other Lyapunov based techniques address additional system nonlinearities such as friction, but are also prone to the same drawbacks as those listed for back-stepping (Liu & Alleyne, 1999). Feedback linearization, in which the nonlinear system is transformed into an equivalent linear system by effectively canceling out the nonlinear terms in the closed-loop, provides a way of addressing the nonlinearities in the system while allowing one to use the power of linear control design techniques to address transient response requirements and actuator limitations. The use of feedback linearization for control of EHSS has been described in Chiriboga et al. (1995) and Jovanovic (2002). In Br?cker and Lemmen (2001) disturbance rejection for tracking control of a hydraulic flexible robot is considered, using a decoupling technique similar to the feedback linearization approach proposed herein. However, this approach requires measurements of the disturbance forces and their time derivatives, which are unlikely to be readily available in a practical application. In contrast to the above mentioned techniques, which are all full-state feedback based approaches, Sun and Chiu (1999) describe the design of an observer-based algorithm specifically for force control of an EHSS. An adaptive controller which uses an iterative approach to update control parameters and addresses frictional effects with minimal plant and disturbance knowledge is proposed in Tar, Rudas, Szeghegyi, and Kozlowski (2005) based on the model described in Br?cker and Lemmen (2001).
Most of the literature on the subject shows simulation results; notable exceptions with actual experimental results are Liu and Alleyne (1999), Niksefat and Sepehri (1999), Sugiyama and Uchida (2004), and Sun and Chiu (1999). The focus of this study is on presenting a controller design approach that is comprehensive, that is, one that covers displacement, velocity and differential pressure control, addresses the nonlinearities present in EHSS and considers practical issues such as transient response and real-time implementation. Thus, a significant portion of the paper is dedicated to the experimental aspects of the study. In addition, this paper is intended to serve as a clear guide for the development and implementation of feedback linearization based controllers for EHSS.
The paper is organized as follows: Section 2 describes the rotational hydraulic drive that is used as an experimental test bench. In this section, the mathematical model of the system is also reviewed and validated using experimental data. Section 3 describes the design of PID controllers for this system with simulation and experimental results that serve as a baseline for evaluating the performance of the feedback linearization controllers; Section 4 describes the design and implementation of the feedback linearization controllers and finally, concluding remarks are provided in Section 5.
2. Modeling
System description
The electro-hydraulic system for this study is a rotational hydraulic drive at the LITP (Laboratoire d’intégration des technologies de production) of the University of Québec école de technologie supérieure (éTS). The set-up is generic and allows for simple extension of the results herewith to other electro-hydraulic systems, for example, double-acting cylinders.
Referring to the functional diagram in Fig. 1, a DC electric motor drives a pump, which delivers oil at a constant supply pressure from the oil tank to each component of the system. The oil is used for the operation of the hydraulic actuator and is returned through the servo-valve to the oil tank at atmospheric pressure. An accumulator and a relief valve are used to maintain a constant supply pressure from the output of the pump. The electro-hydraulic system includes two Moog Series 73 servo-valves which control the movement of the rotary actuator and the load torque of the system. These servo-valves are operated by voltage signals generated by an Opal-RT real-time digital control system.
Fig.?1.?Functional diagram of electro-hydraulic system.
The actuator and load are both hydraulic motors connected by a common shaft. One servo-valve regulates the flow of hydraulic fluid to the actuator and the other regulates the flow to the load. The actuator operates in a closed-loop while the load operates open-loop, with the load torque being proportional to the command voltage to the load servo-valve. While the actuator and load chosen for this study are rotary drives, the exact same set-up could be used with a linear actuator and load, and thus, they are represented as generic components in Fig. 1. The test set-up includes three sensors, two Noshok Series 200 pressure sensors with a 0–10?V output corresponding to a range of 20.7?MPa (3000 PSI) that measure the pressure in the two chambers of the rotational drive, as well as a tachometer to measure the angular velocity of the drive. In order to reduce the number of sensors used (a common preference for commercial application), angular displacement is obtained by numerically integrating the angular velocity measurement.
Fig. 2 shows the layout of the system and the Opal-RT RT-LAB digital control system.
Fig.?2.?Layout of LITP test bench.
The RT-LAB system consists of a real-time target and a host PC. The real-time target runs a dedicated commercial real-time operating system (QNX), reads sensor signals using an analog-to-digital (A/D) conversion board and generates output voltage signals for the servo-valves using a digital-to-analog (D/A) conversion board. The host PC is used to generate code for the target using MATLAB/Simulink and Opal-RT's RT-LAB software and also to monitor the system. Controller parameters can also be adjusted on-the-fly from the host in RT-LAB.
3. Conclusions
The goal of this research is to review the nonlinear dynamics of a rotational hydraulic drive, study how these dynamics lead to limitations in PID controller performance, and to design and implement servo-controllers appropriate for displacement, velocity and pressure control. Feedback linearization theory is introduced as a nonlinear control technique to accomplish this goal in this study, and the controllers designed using this method are validated using experimental tests.
From these tests, it can be seen that for hydraulic systems that have nonlinear characteristics, feedback linearization theory provides a powerful control strategy that clearly improves on PID control in terms of tracking precision and transient response. The results show that the system can be modeled with sufficient accuracy to effectively implement the controllers.
This study is limited to the control of a rotational hydraulic drive. The application of feedback linearization theory to the control of more complex integrated rotational and linear drives, as well as other effects such as friction, may be considered as future extensions of this work.
反饋線性化控制一臺轉(zhuǎn)動液壓傳動
控制工程實踐， 15卷， 12期， 2007年12月，頁1495至1507頁
Jaho Seo, Ravinder Venugopal 和 Jean-Pierre Kenné
摘要
線性反饋技術(shù)是用于設(shè)計控制器的位移、速度和控制液壓往復(fù)傳動的壓差。該控制器，應(yīng)用了平方根非線性系統(tǒng)的動力學(xué)，用于實施實驗性測試平臺和成果的績效評估測試。本研究的目的是雙重的：第一，以目前的一個統(tǒng)一的方法跟蹤控制的位移，速度和壓差;第二，通過實驗解決問題的系統(tǒng)是否可以以足夠的精確度模仿，從而有效地取消了非線性在實際體系中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：非線性控制;反饋線性化;液壓作動器;實時系統(tǒng)
1 導(dǎo)言
電液伺服液壓系統(tǒng)（ ehss ）廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，涉及到液壓沖壓、注塑成型機(jī)和航天飛行控制致動器。電液伺服液壓系統(tǒng)作為非常有效的動力驅(qū)動系統(tǒng)，擁有高功率/質(zhì)量比，反應(yīng)快，高剛度，高承載能力等優(yōu)點(diǎn)。最大限度地利用液壓系統(tǒng)，并滿足日益嚴(yán)格的性能要求，魯棒跟蹤精度高和快的響應(yīng)速度是高性能伺服控制器所需要的。但是，傳統(tǒng)的線性控制器（ [Anderson， 1988年]和[Merritt， 1967年] ）的局限性在于非線性動力學(xué)在電液伺服液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，具體地說，一個平方根關(guān)系壓差驅(qū)動流的液壓流體和流速。這些限制已在文獻(xiàn)上都有記載了，見Ghazy（ 2001 ） ，Sun and Chiu（ 1999 ） ，例如:
若干做法已被提出，以解決這方面的不足，包括使用變結(jié)構(gòu)控制（Ghazy ， 2001年; Mihajlov, Nikolic, & Antic ， 2002年） ，回步（Jovanovic， 2002年; [ kaddissi等人， 2005年]和[ kaddissi等人， 2007年]; ursu ＆Popescu, 2002年）和反饋線性（ [[Chiriboga et al.， 1995年]和[Jovanovic， 2002年] ） 。變結(jié)構(gòu)控制在其基本形式是容易的抖振（ guglielmino ＆Edge， 2004年）因為控制算法是基于轉(zhuǎn)換的;但是，提出了一些方案來解決這一問題（ [ ghazy ， 2001年] ， [ guglielmino and Edge， 2004 ] and [Mihajlov et al.， 2002年] ） 。回步這種技術(shù)，是基于Lyapunov理論，并保證漸近跟蹤（ [Jovanovic, 2002，] ， [ kaddissi等人， 2005年] ， [Kaddissi et al.， 2007年]和[[Ursu and Popescu, 2002]） ，但是，尋找一種適當(dāng)應(yīng)用函數(shù)的技術(shù)具有挑戰(zhàn)性。使用這種方法的控制器具有典型的復(fù)雜性而且校正控制參數(shù)瞬態(tài)響應(yīng)也不直觀。其他的Lyapunov為基礎(chǔ)的技術(shù)解決了系統(tǒng)的非線性如摩擦，但也容易產(chǎn)生同樣的缺點(diǎn)（Liu & Alleyne, 1999年） 。反饋線性化，實現(xiàn)了非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個等價的線性系統(tǒng)有效地抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的非線性計算，并提出了一種解決非線性系統(tǒng)的方法，同時也允許使用動力線性控制設(shè)計技術(shù)來研究瞬態(tài)響應(yīng)要求和舵機(jī)的局限性。使用反饋線性控制電液伺服液壓系統(tǒng)已被描述在Chiriboga et al. (1995) and Jovanovic (2002) 、Br?cker and Lemmen ( 2001 ）的書里，為跟蹤控制的液壓柔性機(jī)器人而進(jìn)行的抗擾被認(rèn)為是利用解耦技術(shù)類似的反饋線性化方法提出了此處。但是，這種方法需要測量干擾勢力及其衍變的時間，在實際應(yīng)用中這是不太可能的。與上述提到的都是以全狀態(tài)反饋為基礎(chǔ)的做法相比，Sun and Chiu（ 1999 ）提出了設(shè)計一個基于觀測器的算法，專門為部隊控制的一個電液伺服液壓系統(tǒng)。一個采用迭代的方法設(shè)計的自適應(yīng)控制器來更新控制參數(shù)并解決由于較小廠房和擾動知識造成的摩擦影響在這里被提出Tar, Rudas, Szeghegyi, and Kozlowski (2005)模型的基礎(chǔ)上，在Br?cker and Lemmen (2001) 描述了。
大部分的文獻(xiàn)就此有著相仿的記錄，與實際的試驗結(jié)果Liu and Alleyne (1999), Niksefat and Sepehri (1999), Sugiyama and Uchida (2004) 表現(xiàn)出的明顯的例外 。本研究的重點(diǎn)是介紹一種全面的控制器設(shè)計方法，也就是涵蓋位移、速度和壓差控制的設(shè)計，它提出非線性在電液伺服液壓系統(tǒng)中的弊端并探討像瞬態(tài)響應(yīng)和實時實現(xiàn)這樣的實際性問題。因此，文中重要的部分是關(guān)于實驗方面的研究。此外，這篇文章可以作為一個明確的指導(dǎo)，幫助其制定和實施反饋線性化控制器在電液伺服液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本文的組織結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)提出了旋轉(zhuǎn)液壓傳動是用來作為實驗測試平臺。在這一節(jié)中，該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，還審查和審定了實驗數(shù)據(jù)。第3節(jié)描述設(shè)計PID控制器通過模仿和實驗結(jié)果對反饋線性控制器的基線業(yè)績進(jìn)行考核;第4節(jié)描述了設(shè)計和實施反饋線性控制器，結(jié)束語提供在第5節(jié)。
2 建模
系統(tǒng)說明
這項研究的電液伺服系統(tǒng)是一種旋轉(zhuǎn)液壓傳動技術(shù)在LITP（實驗室Intégration萬德科技生產(chǎn)）的大學(xué)學(xué)院魁北克比涅技術(shù)高等學(xué)校（éTS ） 。此設(shè)立是通用，并允許簡單的延伸結(jié)果應(yīng)用于其他電動液壓系統(tǒng)，例如雙作用氣缸。 談到部分函數(shù)功能圖，如圖 1 ，直流電動機(jī)驅(qū)動泵，泵提供了石油在恒定的應(yīng)壓力下，從油箱到系統(tǒng)的每個部分。石油是用于運(yùn)轉(zhuǎn)該液壓致動器并通過大氣壓力經(jīng)由伺服閥回到油箱。一個蓄能器和一個減壓閥是通過泵的輸出量來維持一個穩(wěn)定的供應(yīng)壓力。電液伺服系統(tǒng)包括兩穆格系列73伺服閥來控制運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)致動器和系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。這些伺服閥操作，由歐泊-逆轉(zhuǎn)錄實時數(shù)字控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓信號所驅(qū)動。
圖。 1 。功能圖的電液控制系統(tǒng)
致動器和負(fù)載都和液壓馬達(dá)相連，由一個共同的軸、一個伺服閥調(diào)節(jié)動器流體流量和調(diào)節(jié)其他流量負(fù)載。動運(yùn)行在一個封閉的回路，而負(fù)荷運(yùn)行在開環(huán)中，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比并控制伺服閥電壓負(fù)荷，盡管動器和負(fù)載在此項研究中是一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，同樣的設(shè)立可用于直線驅(qū)動器和負(fù)載，因此，它們派代表作為通用組件圖。 1 。測試包括3個傳感器，兩個努肖克系列200個壓力傳感器，以0-10 V輸出相應(yīng)的一定范圍內(nèi)的20.7兆帕斯卡（ 3000 PSI ），可以測量這兩個商會旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的壓力，而且是一個測速儀測量角速度的驅(qū)動器。為了減少傳感器的個數(shù)（一種常見商業(yè)應(yīng)用程序） ，用于進(jìn)行數(shù)控整合角速度測量的角位移得到應(yīng)用。
圖 2 顯示該套系統(tǒng)的布局和蛋白石逆轉(zhuǎn)錄實驗室數(shù)字化控制系統(tǒng)。
圖 2 布局litp試驗臺。
該逆轉(zhuǎn)錄實驗室系統(tǒng)包括一個實時目標(biāo)和PC主機(jī)。實時目標(biāo)按照了一個專門的商業(yè)實時操作系統(tǒng)（ QNX的） ，采用模擬到數(shù)字（模擬/數(shù)字）轉(zhuǎn)換板來讀取傳感器信號來產(chǎn)生輸出電壓信號，伺服閥采用數(shù)字至模擬（ D /I）轉(zhuǎn)換顯示板。主機(jī)PC ，是用來產(chǎn)生代碼，利用Matlab / Simulink和蛋白石逆轉(zhuǎn)錄的逆轉(zhuǎn)錄實驗室軟件，并監(jiān)測系統(tǒng)?？刂茀?shù)，還可以調(diào)整來自RT-LAB的on-the-fly。
3 結(jié)論
這項研究的目標(biāo)是探討非線性動力學(xué)的輪訓(xùn)液壓傳動技術(shù)，研究這些如何動態(tài)產(chǎn)生PID控制器性能的局限性，以及設(shè)計和使用適合于位移、速度和壓力控制的伺服控制器。反饋線性理論被引入作為一種非線性控制技術(shù)，在這項研究中實現(xiàn)這一目標(biāo)，而且設(shè)計使用這種方法的控制器在實驗測試中惡道了很好的利用。
從這些測試中可以看出液壓系統(tǒng)有非線性特性，反饋線性理論提供了強(qiáng)有力的控制策略，這顯然提高了對PID應(yīng)用在跟蹤精度和瞬態(tài)響應(yīng)方面的控制。研究結(jié)果表明該系統(tǒng)可以以足夠被模仿，從而有效地應(yīng)用于控制器。
這項研究僅限于控制輪訓(xùn)液壓傳動。應(yīng)用反饋線性理論來控制更復(fù)雜的綜合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和線性驅(qū)動器，以及如摩擦等方面的影響，可被視為未來擴(kuò)展這方面工作的方向。
液壓系統(tǒng)污染的分析與控制
Analysis of Contamination and Countermeasure of Hydraulic System
摘 要:對產(chǎn)生液壓系統(tǒng)污染的種類、 原因及影響進(jìn)行分析 ,進(jìn)而找出影響因素及控制污染的措施。
Abstract: This paper analyzes the type, reason and impact hydraulic system pollution and also proposes relevant factors as well as measures to control pollution.
關(guān)鍵詞:液壓系統(tǒng);污染;液壓油
Key words: hydraulic system; pollution; hydraulic oil
液壓系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備中 ,一個液壓系統(tǒng)能否正常地工作 ,除系統(tǒng)設(shè)計、 元件制造和維護(hù)外 ,油的清潔度是十分重要的因素。油液的污染將會影響系統(tǒng)的正常工作和使元件過度的磨損 ,甚至?xí)斐稍O(shè)備事故。液壓油對液壓設(shè)備猶如血液對于生命 ,清潔的液壓油在機(jī)械內(nèi)循環(huán)流動是保證設(shè)備正常運(yùn)行和潤滑的重要條件。有關(guān)資料表明 ,現(xiàn)場 70 %～80 %液壓系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定和出現(xiàn)故障都與液壓油污染有關(guān)。
1. 液壓系統(tǒng)污染的種類與產(chǎn)生污染的原因
液壓系統(tǒng)污染主要是液壓油被污染,即指液壓油中含有水、 空氣、 固體顆粒、 化學(xué)物質(zhì)和微生物等雜物 ,另外油溫的變化導(dǎo)致油的變質(zhì)也是一種污染。
按系統(tǒng)劃分 ,污染大致可分為原有污染物、 侵入污染物和生成污染物3種。
1) 原有污染物是指潛藏在元件和管道內(nèi)的污染物。主要是系統(tǒng)元件、 組合件在加工、 裝配、 包裝、 儲存和運(yùn)輸?shù)冗^程中殘留的污染物 ,如金屬切屑、 氧化皮、焊渣、 型砂及塵埃等;
2) 侵入污染物是指外界侵入的污染物。如油箱呼吸口密封性差、 液壓缸的活塞桿表面未設(shè)置防塵圈 ,引起外界的污染物侵入;還有如維修過程中不注意清潔 ,將環(huán)境周圍的雜物帶入油箱和管道內(nèi);另外 ,忽視油液的過濾 ,從而把污染物帶入;以粗代細(xì)、 甚至不用過濾器、 過濾器幾年不清洗、 濾網(wǎng)不經(jīng)常清洗、 換油或補(bǔ)油時不重視油的過濾、 臟的油桶未經(jīng)嚴(yán)格清洗就拿來用 ,從而把污染物帶入;
3) 內(nèi)部生成污染物指工作期間所產(chǎn)生的污染物。系統(tǒng)在組裝、 運(yùn)行、 調(diào)試過程中元件磨損所產(chǎn)生的金屬磨耗物 ,管道內(nèi)銹蝕剝落物 ,密封件磨耗物和碎片 ,以及油液氧化變質(zhì)生成沉淀物和膠質(zhì)。油中的水使金屬腐蝕形成水銹等。
2. 污染對液壓系統(tǒng)的影響
在液壓系統(tǒng)的各類污染物中 ,固體顆粒最常見且危害最大。有關(guān)資料表明 ,在污染引發(fā)的液壓系統(tǒng)故障中 ,除了30 %源于腐蝕外 ,其余 70 %都是由于固體顆粒存在造成液壓元件表面機(jī)械磨損。固體顆粒不僅加快液壓元件磨損 ,而且會堵塞元件的間隙和孔口 ,使控制元件動作失靈而引起系統(tǒng)失效。系統(tǒng)失效主要有3種模式:即突然失效、 退化失效、 瞬時失效。突然失效主要是進(jìn)入元件的大顆粒污染物 (一般超過 100μm)造成的 ,它通過妨礙元件表面的相對運(yùn)動直至元件卡死來造成損壞。退化失效是由滲入運(yùn)動間隙的小顆粒引起的 ,其特點(diǎn)是系統(tǒng)性能逐漸降低 ,顆粒破壞了潤滑油膜 ,并與元件表面相作用 ,通過輕微形式的疲勞造成磨損 ,直到情況嚴(yán)重時產(chǎn)生磨粒磨損。研究表明 ,當(dāng)污染等級高時 ,系統(tǒng)工作不到 100 h 就會失效 ,而在特別清潔的情況下 ,系統(tǒng)工作 10000 h 性能才會適度降低。瞬時失效是顆粒瞬間干擾元件性能所致。另外 ,固體顆粒還起著催化劑的作用。并促使油液氧化導(dǎo)致其性能下降。由于固體顆粒的存在還增加了油液的熱容量 ,所以還將影響到周圍傳遞熱的能力。
除了固體顆粒外 ,液壓油中的氣泡或泡沫是一種無形的污染物。它可以使油液本身的剛度減小 ,容積效率減小或可靠性降低 ,油中的氣泡瞬時壓縮還會使氣泡溫度急劇升高 ,加速油液的氧化、 降低油的潤滑性和加速密封件的老化。據(jù)報道 ,到達(dá)允許溫度上限后 ,每超過10 ℃ 則液壓油的氧化速度加快 1 倍 ,易形成不溶解的泥垢狀沉淀物 ,這種沉淀物會堵塞濾網(wǎng)和液壓閥的孔及通道;另一方面又使油液氣化、 水分蒸發(fā) ,液壓元件因此而受穴蝕破壞。液壓油的堵塞和氣化 ,使油流不暢 ,致使熱量不能及時帶走、 散發(fā) ,這反過來又進(jìn)一步加劇了油液的溫升 ,造成了惡性循環(huán) ,最終導(dǎo)致故障。
油液污染會使系統(tǒng)工作不正常 ,常出故障 ,元件磨損加快 ,壽命縮短直至損壞。具體危害如下:
①污染物會加速泵的運(yùn)動零件的磨損 ,導(dǎo)致液壓裝置內(nèi)泄漏增加 ,造成泵的容積效率降低 ,機(jī)械效率降低 ,元件壽命縮短 ,動力利用率低下 ,最后導(dǎo)致執(zhí)行元件運(yùn)動減慢;
②污染物會使閥的滑動零件被磨損 ,控制閥磨損 ,則導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位精度差 ,泄漏增加 ,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)過熱。污染物沉淀使滑閥粘結(jié) ,從而導(dǎo)致電磁線圈失效 ,閥芯粘結(jié)可能產(chǎn)生大的沖擊負(fù)載 ,進(jìn)而損壞軟管、 管件、 接頭以及其他部件;
③污染物會使節(jié)流口和壓力閥的阻尼孔時堵時通 ,引起系統(tǒng)工作壓力和速度不穩(wěn)定、 動作不靈敏;
④污染物會加速密封件的損壞和缸筒或活塞桿負(fù)載能力降低 ,還會使缸的緩沖失靈;
⑤污染物會把濾網(wǎng)堵死 ,使泵吸油困難而吸入空氣產(chǎn)生噪聲、 并使泵發(fā)熱;
⑥污染物會把閥芯卡住 ,使閥動作失靈 ,造成事故;
⑦油液混入水分使油變質(zhì) ,這不僅腐蝕機(jī)件和影響聚氨脂橡膠密封件的性能 ,同時 ,由于油膜變化會使工作臺運(yùn)行時產(chǎn)生 “爬行” 。
3. 簡易測定液壓油污染變質(zhì)的方法
在科研單位或?qū)嶒炇依铮瑱z測油液污染變質(zhì)又很多科學(xué)可靠的方法。例如定性、定量分析法；過濾稱重法；顆粒計數(shù)法等。但是有些施工現(xiàn)場不具備這樣的檢測條件，只能憑經(jīng)驗?zāi)繙y評定，或采用個寫簡易方法測評油液的污染程度，并據(jù)此決定是否更換液壓油。
1）對固體和液體污染物的測定。常采用如下簡易方法：
①類比法
取系統(tǒng)中的油液與純凈新油作比較，通過“一看，二聞，三摸“來估測油液的污染程度。
一看，即看液壓油的顏色變化。凡變淡或變成乳白色，說明液壓油已混入了空氣、水或其他液體；變黑色，說明油液已反應(yīng)變質(zhì)，生成瀝青類雜質(zhì)；又沉淀物，且沉淀物中有小黑點(diǎn)或亮點(diǎn)，說明混入了金屬磨屑或粉塵等固體顆粒。
二聞，即聞油液的氣味。如有異味，說明油液已氧化變質(zhì)。
三摸，即用手指沾油液摩擦，感覺粘性差，潤滑感差，可能混入了水或液壓油已經(jīng)變質(zhì)失效。
②濾紙測定法
去系統(tǒng)中油液少許，滴在240目的濾紙上，數(shù)分鐘后觀察濾紙上的痕跡。凡油滴有分布的暗色中心，外圈清晰，說明油液污染嚴(yán)重，應(yīng)換油。
2）對空氣污染的測定
一般采用經(jīng)驗識別法來估測空氣含量是否過量。地昂機(jī)械出現(xiàn)如下現(xiàn)象時，應(yīng)視為空氣含量過量：
①液壓泵出現(xiàn)不正常的噪聲。
②當(dāng)外載變化時，液壓泵或安全閥偶爾發(fā)生異響，同時工作記過出現(xiàn)爬行或抖動。
③油液透明度降低，回油管口處有大量氣泡。
④油液乳化變色。
4. 控制污染的措施
有效地控制液壓系統(tǒng)中的污染物侵入和污染物生成是污染控制關(guān)鍵所在,如何防止 ,有以下措施:
1) 合理設(shè)置過濾器
要根據(jù)系統(tǒng)和元件的不同要求 ,分別在泵的吸油口、 壓力管路、 泵的吸油管路、 回油管路、 伺服閥或調(diào)速閥的進(jìn)油口等處 ,按照要求的過濾精度 ,設(shè)置過濾器 ,選用過濾器時還要考慮納垢容量。在精度相同的情況下 ,應(yīng)盡量選用濾油面積大的過濾器。這樣可減少過濾器濾芯更換次數(shù)和降低外界污染物的侵入概率。在需要時 ,還可增設(shè)外循環(huán)過濾系統(tǒng)(此時βn 可選用大些) ,從而使系統(tǒng)的污染物控制等級得到提高;
2) 合理設(shè)計油箱
油箱內(nèi)部應(yīng)裝設(shè)濾網(wǎng)式隔板 ,油箱蓋要封閉嚴(yán)密 ,在油箱的注油口應(yīng)設(shè)置空氣濾清器 ,油箱蓋上部安裝的元件或管接頭若有外泄油 ,不應(yīng)讓這些外泄油回入油箱內(nèi)使用 ,而應(yīng)將廢油引出處理 ,并及時排除外泄漏;
3) 嚴(yán)格控制工作油的溫度
在沒有特定要求的情況下 ,可優(yōu)先考慮選用體積式調(diào)速回路 ,此種調(diào)速回路溫升小、 效率高;用擴(kuò)大油箱容量和通風(fēng)自然冷卻來緩解油溫的升高;另外還可采用雙油箱結(jié)構(gòu)方案 ,以實現(xiàn)不同溫升情況下的油溫調(diào)節(jié);當(dāng)系統(tǒng)功率損失較大 ,發(fā)熱量大而結(jié)構(gòu)又不允許有較大的油箱容量情況下 ,可采用冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻;
4) 加強(qiáng)液壓系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)和管理
①定期清洗濾芯、 油箱、 管道和元件內(nèi)部的污垢 ,定期更換濾網(wǎng)、 油箱。建立液壓系統(tǒng)一級保養(yǎng)制度;
②通過檢驗油質(zhì)來確定是否應(yīng)該換油。因為不同液壓油的使用壽命不同 ,同一種液壓油在不同的設(shè)備、 不同的環(huán)境、 不同的維護(hù)條件下 ,使用期限相差很大。常用來檢測液壓油污染度的方法有以下幾種:鐵譜分析法(此方法無法檢測非磁性污染物) 、 光譜分析法(此法不能分析大于 5μm的顆粒) 、 重量分析法(此方法無法核查污染顆粒的尺寸大小及分布) 、 顯微鏡計數(shù)法(可定性地比較固體污染物的尺寸大小及分布) 、自動顆粒計數(shù)法(可以直接讀出顆粒的大小和分布) 。前面這些方法在某些場合 ,如野外和生產(chǎn)現(xiàn)場就受到限制 ,這些場合可使用便攜式污染測量儀來檢測。如DCA數(shù)顯式污染報警儀、 CM20 測試儀、 KLOTZ污染檢測儀、 PFC200 顆粒計數(shù)器、 PCM100 污染度檢測儀。若沒有這些儀器 ,則可采用目測法和比色法。目測法就是通過看油液的顏色、 嗅油液的味道、 摸油液的光滑度來估測液壓油的污染程度。比色法是指將一定體積油樣中的污染物用濾紙過濾出來 ,然后根據(jù)濾紙顏色來判斷介質(zhì)污染程度。具體方法:取同數(shù)量使用油和同號純油各少許 ,分別滴在濾紙上 ,過一定時間后 ,比較兩種濾紙的顏色 ,從而確定油液污染程度和確定是否換油。
③加強(qiáng)油品管理。為保證出庫油品的質(zhì)量 ,必須定期對庫存油料進(jìn)行取樣化驗。新油入庫時應(yīng)化驗 ,不合格的油品不準(zhǔn)入庫;油應(yīng)妥善保管;建立液壓設(shè)備“用油卡” ;油液轉(zhuǎn)筒或注入時應(yīng)過濾;并注意油桶、 注油口、 漏斗口等容器的清潔。
5) 設(shè)計液壓油污染狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)
①對于過濾精度要求較高的液壓系統(tǒng) ,可使用帶堵塞指示信號的過濾器;
②大型液壓設(shè)備或自動線的回油系統(tǒng)可在總回油管路的回油過濾器前安裝一個壓力傳感器 ,也可在獨(dú)立過濾系統(tǒng)中加一個壓力傳感器 ,由壓力傳感器檢測油液流動和污染情況。
5. 結(jié)束語
總之,在產(chǎn)品設(shè)計上應(yīng)完善污染控制系統(tǒng) ,在制造安裝時加強(qiáng)工藝控制 ,如對液壓元件和油路進(jìn)行嚴(yán)格的清洗 ,對油箱內(nèi)表面進(jìn)行除銹拋光 ,刷涂防銹漆進(jìn)行防銹處理 ,這樣可減少系統(tǒng)被污染的機(jī)會。
產(chǎn)生液壓油污染的原因有很多 ,液壓系統(tǒng)被污染后的影響也很大。液壓油在使用過程中又在不斷產(chǎn)生污染物 ,所以徹底解決液壓油污染問題是不可能的 ,但通過采取一些確實可行的方法可控制液壓油污染 ,使液壓油的清潔度保持在一定的等級內(nèi)是可行的 ,從而能保證液壓系統(tǒng)正常工作 ,減小設(shè)備故障率 ,延長液壓元件的使用壽命。
參考文獻(xiàn):
[1 ] 史紀(jì)定 ,嵇光國. 液壓系統(tǒng)故障診斷與維修技術(shù)[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,1990.
[2 ] 管龍根 ,等.油溫和液壓系統(tǒng)故障[J ] .礦山機(jī)械 ,2002(4) .
[3 ] 田少民. 液壓油污染檢測技術(shù)現(xiàn)狀[J ] . 工程機(jī)械 ,1999