针对非对称静压支承抗偏载卧式重载伺服缸结构,在定压供油的情况下,为实现对上、下油垫油膜厚度的控制,通过建立该结构伺服缸的流量连续性方程以及活塞杆动力学方程,推导出上、下油膜厚度的传递函数,设计了位置伺服同步控制系统,并且对该控制系统存在的耦合关系进行了解耦运算,运用李雅普诺夫第二法进行了稳定性分析。利用MATLAB/Simulink搭建控制系统仿真模型,分别给系统输入正弦、阶跃、随机3种负载信号进行仿真,结果表明:在随机信号干扰下,控制系统同步性能最快,稳定性最好。验证了该控制系统的可靠性与稳定性,实现了对油膜厚度的精准控制,保证了伺服缸在运行过程中,活塞杆时刻对中,改善了伺服缸的密封性能,克服了偏载造成的不利影响。

全液压滚切剪是冶金生产线上的重要设备,重载伺服缸是其核心元件,通常需卧式铰接安装输出曲线力。但由于自身重量的影响会导致密封圈摩损、泄漏以至于输出力不足等现象。针对该问题提出了重载卧式伺服液压缸端底连接一个支撑小缸的新型结构,并设计了压力-位置双闭环独立PID控制系统。将内模控制引入到PID控制器设计中,提出IMC-PID控制器,建立滤波器参数与PID控制器参数之间的关系,解决了由于双闭环独立PID整定参数多且复杂的问题。运用Simulink仿真平台,进行IMC-PID与PID仿真对比,其结果表明,IMC-PID能够稳定精准地跟踪给定信号,快速达到目标值,且抗干扰能力强。采用该方法能够有效地改善系统的动态特性,提高系统的鲁棒性,其控制品质优于常规PID,为实际工程提供了重要的理论依据。

静压支承能够实现金属间无需直接接触,以达到纯液体摩擦,大大减小两者之间的摩擦力。伺服液压缸导向套可采用静压支承来减小摩擦,提高液压缸使用寿命。但在特殊工况下,液压缸往往还受到径向偏载力,针对新型非对称静压支承结构进行了油膜性能研究。利用Fluent软件分别对传统四垫静压支承和新型非对称静压支承结构进行流场仿真,对比在不同进口压力、不同活塞杆速度、不同偏心量下的压力云图分布及其摩擦力变化。通过分析压力云图,比较两种不同静压支承结构的承载性能。仿真结果表明:新型非对称静压支承结构的摩擦力小,当活塞杆受到径向偏载时能够自适应达到平衡。

卧式重载缸的密封问题一直是元件设计的难点.全液压滚切剪上的重载伺服缸需卧式铰接安装,为滚切剪输出精准曲线位移,这就会引起密封结构破损、拉缸、漏油等问题而致使输出力不足.针对卧式重载缸的密封问题,在全液压滚切剪的伺服缸底端加一支撑小缸的新结构并配套控制系统,用来平衡实时动态自重.端盖导向套与活塞杆的摩擦力是此设计的重要控制力,通过建立动力学模型,运用ADAMS与SIMULINK进行联合仿真和实验台试验,对比分析配套小缸之前和之后的摩擦力大小.结果表明,配套小缸后,导向套与活塞杆的摩擦力迅速减小,通过联合仿真和实验验证了该系统的可行性,大大提高了滚切剪的整机效率.