适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法技术

本发明专利技术提供的适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法，具体是：通过光纤光栅传感器对活塞杆Y形密封圈、活塞Y形密封圈的接触压力进行监测，并将光纤光栅传感信号输入光纤光栅传感器数据分析处理单元，然后由数据分析处理单元进行伺服缸的动态摩擦力计算并输出动态摩擦特性曲线。本发明专利技术能够对伺服缸在实际负载工况下的动态摩擦特性变化进行实时监测和分析，为进一步实现伺服缸摩擦力的动态补偿提供重要的数据支持；在不影响现有伺服缸性能和功能的前提下，只需对其中的活塞和缸头部位进行改进，增加测试环和导向套单元即可适应安装要求，具有较高的模块化和通用性。

Dynamic friction performance monitoring method suitable for servo hydraulic cylinder operation process

The invention provides a dynamic friction performance monitoring method suitable for the operation process of a servo hydraulic cylinder, in particular: the contact pressure of a piston rod Y-ring and a piston Y-ring is monitored by a fiber Bragg grating sensor, and the fiber Bragg grating sensing signal is input into a data analysis and processing unit of a fiber Bragg grating sensor, and then the contact pressure of a piston rod Y-ring and a piston The data analysis and processing unit calculates the dynamic frictional force of the servo cylinder and outputs the dynamic friction characteristic curve. The invention can real-time monitor and analyze the dynamic friction characteristic change of the servo cylinder under the actual load condition, and provide important data support for further realizing the dynamic friction compensation of the servo cylinder. The test ring and guide sleeve unit can be added to meet the installation requirements and have high modularity and versatility.

【技术实现步骤摘要】
适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法
本专利技术涉及一种适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法。
技术介绍
伺服缸是液压伺服控制系统中的重要执行元件，是伺服控制系统实现高频响和高精度控制的关键。伺服缸在负载工况下的动态摩擦力，主要包括活塞杆Y形密封圈的摩擦力与活塞Y形密封圈的摩擦力之和。而伺服缸动态摩擦性能是指伺服缸运行过程中动态摩擦力的变化规律，是影响伺服缸运行精度的重要因素。在伺服缸的实际工作过程中，其动态摩擦特性会受到负载、运动状态和密封圈接触状态等多个因素变化的影响，如果摩擦力过大不仅会影响伺服缸的稳定性和频宽，还会带来静态死区和动态死区。如果要使伺服缸保持较小的摩擦力，就必须有一定的泄漏量，否则就会使摩擦力变大，并导致密封磨损量的增加。目前，伺服缸的动态摩擦特性主要是根据产品出厂测试结果来制定的控制策略。但是，在伺服缸的实际工作过程中，随着密封副的逐渐磨损会导致伺服缸的摩擦性能随之发生变化，如果仍然按照出厂试验时的测试结果来进行补偿的会导致误差变大。针对上述问题，本专利技术根据现有伺服缸的结构，提出一种能够在伺服液压缸的实际工作过程中对其动态摩擦性能变化进行监测的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法，可以在伺服缸的实际工作过程中对它的动态摩擦性能进行监测，为进一步提高伺服缸运行过程控制精度提供支持。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供的适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法，具体是：通过光纤光栅传感器对活塞杆Y形密封圈、活塞Y形密封圈的接触压力进行监测，光纤光栅传感信号输入光纤光栅传感器数据分析处理单元，然后由数据分析处理单元进行伺服缸的动态摩擦力计算并输出动态摩擦特性曲线，为进一步实现伺服缸的摩擦力动态补偿提供反馈量。所述的动态摩擦性能监测方法，是在伺服缸现有结构的基础上增加活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元、活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元以及光纤光栅传感器数据分析处理单元，实现伺服缸的动态摩擦性能监测。所述活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元装在缸头处，用于测量活塞杆Y形密封圈的接触压力。所述活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元主要由压盖、测试环、法兰、缸头、活塞杆光纤光栅应变传感器、活塞杆光纤光栅温度传感器组成，其中：测试环的外表面开有n条光纤光栅铺设槽，n＝L/0.2，其中L为活塞杆Y形密封圈轴向宽度，单位mm；活塞杆光纤光栅应变传感器采用RodFBG2i(i＝1,2，…，n)；活塞杆光纤光栅温度传感器采用RodFBG2n+1。所述活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元有两个，分别是活塞第一Y形密封圈表面接触状态监测单元和活塞第二Y形密封圈表面接触状态监测单元，它们结构相同，对称地装在活塞杆上。所述活塞第二Y形密封圈表面接触状态监测单元，用于测量活塞第二Y形密封圈的接触压力，该单元主要由右导向套(11)、右定位环(16)、活塞光纤光栅应变传感器PistonFBG11j(j＝1,2，…，m)、活塞光纤光栅温度传感器PistonFBG11m+1组成，其中：在右导向套(11)的内表面即活塞第二Y形密封圈的背面处分别铺设了m根压力光纤光栅传感器，m＝L/0.2，L为活塞Y形密封圈轴向宽度，单位mm。活塞第一Y形密封圈表面接触状态监测单元的组成及功能与活塞第二Y形密封圈表面接触状态监测单元相同。所述光纤光栅传感器数据分析处理单元装在伺服液压缸的系统控制柜中，该单元由光纤光栅信号解调仪、触摸屏、摩擦力计算软件组成，其中：光纤光栅信号解调仪主要是完成活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元和活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元的光纤光栅信号解调，触摸屏主要是完成各光纤光栅传感器压力灵敏度系数，温度灵敏度系数输入和显示输出伺服缸的动态摩擦特性曲线。所述光纤光栅传感器数据分析处理单元主要是完成光纤光栅信号的解调、并根据布置于活塞Y形密封圈和活塞杆Y形密封圈部位的各光纤光栅传感器实时采集数据分析得到活塞杆Y形密封圈和活塞Y形密封圈的接触压力分布状态，进而求出伺服缸的动态摩擦力，并输出伺服缸的动态摩擦特性曲线。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的优点：1.能够对伺服缸在实际负载工况下的动态摩擦特性变化进行实时监测和分析，为进一步实现伺服缸摩擦力的动态补偿提供重要的数据支持。2.在不影响现有伺服缸性能和功能的前提下，只需对现有伺服缸活塞和缸头部位改进，增加测试环和导向套单元即可适应安装要求，具有较高的模块化和通用性。附图说明图1伺服缸结构示意图。图2活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元局部放大视图。图3活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元局部放大视图。图4活塞杆Y形密封圈光纤光栅传感器铺设位置。图5活塞Y形密封圈光纤光栅传感器铺设位置。图6动态摩擦性能监测原理图。图中：1.压盖；101.光纤引出口；2.测试环；2i.活塞杆光纤光栅应变传感器RodFBG2i(i＝1，2，…，n)，2n+1.活塞杆光纤光栅温度传感器RodFBG2n+1；3.活塞杆Y形密封圈；4.法兰；5.缸头；6.缸筒；7.活塞杆；8.左定位环；9.活塞第一Y形密封圈；10.左导向套；11.右导向套；11j.活塞光纤光栅应变传感器PistonFBG11j(j＝1，2，…，m)，11m+1.活塞光纤光栅温度传感器11m+1；12.螺栓；13.导向带；14.活塞第二Y形密封圈；15.O形密封圈；16.右定位环；17.锁母；18.位移传感器；19.缸底；20.伺服缸；21.光纤光栅传感器数据分析处理单元；22.伺服缸控制单元。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但不限定本专利技术。本专利技术提供的适用于伺服缸运行过程的动态摩擦性能监测方法，可以通过伺服缸活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元、活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元和光纤光栅传感器数据分析处理单元21实现对伺服缸动态摩擦性能的监测。在实际应用时，首先进行活塞杆Y形密封圈状态监测单元和活塞Y形密封圈状态监测单元的制作，并对各光纤光栅传感监测单元进行标定，然后完成伺服缸的组装。在伺服缸20的实际工作过程中，首先将活塞杆Y形密封圈状态监测单元和活塞Y形密封圈状态监测单元采集的光纤光栅传感信号传送给光纤光栅传感数据分析处理单元，经过光纤光栅传感数据分析处理单元处理后得到伺服缸的动态摩擦力，然后，将动态摩擦力作为反馈量输入到伺服缸控制单元22，为进一步实现伺服缸摩擦力的动态补偿提供数据支持。所述伺服缸控制单元22，主要是根据光纤光栅传感器数据分析处理单元反馈的伺服缸动态摩擦力大小实现伺服缸动态摩擦力调节作用。在伺服缸20中，除了压盖1、法兰4、缸头5、缸筒6、活塞杆7、缸底19和内置式的位移传感器18等组成部分之外，还包括位于缸头处的伺服缸活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元和位于活塞杆内端处的活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元，如图1所示。所述活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元，如图2所示，主要由测试环2、活塞杆Y形密封圈3、活塞杆光纤光栅应变传感器RodFBG2i(i＝1，2，…，n)、活塞杆光纤光栅温度传感器2n+1组成。其中，活塞杆Y形密封圈3装配于测试环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法，其特征在于通过光纤光栅传感器对活塞杆Y形密封圈、活塞Y形密封圈的接触压力进行监测，光纤光栅传感信号输入光纤光栅传感器数据分析处理单元，然后由数据分析处理单元进行伺服缸的动态摩擦力计算并输出动态摩擦特性曲线，为进一步实现伺服缸的摩擦力动态补偿提供反馈量。

【技术特征摘要】
1.一种适用于伺服液压缸运行过程的动态摩擦性能监测方法，其特征在于通过光纤光栅传感器对活塞杆Y形密封圈、活塞Y形密封圈的接触压力进行监测，光纤光栅传感信号输入光纤光栅传感器数据分析处理单元，然后由数据分析处理单元进行伺服缸的动态摩擦力计算并输出动态摩擦特性曲线，为进一步实现伺服缸的摩擦力动态补偿提供反馈量。2.根据权利要求1所述的动态摩擦性能监测方法，其特征是在伺服缸现有结构的基础上增加活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元、活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元以及光纤光栅传感器数据分析处理单元，实现伺服缸的动态摩擦性能监测。3.根据权利要求2所述的动态摩擦性能监测方法，其特征在于所述活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元装在缸头处，用于测量活塞杆Y形密封圈的接触压力。4.根据权利要求3所述的动态摩擦性能监测方法，其特征在于所述活塞杆Y形密封圈表面接触状态监测单元主要由压盖(1)、测试环(2)、法兰(4)、缸头(5)、活塞杆光纤光栅应变传感器、活塞杆光纤光栅温度传感器组成，其中：测试环(2)的外表面开有n条光纤光栅铺设槽，n＝L/0.2，其中L为活塞杆Y形密封圈轴向宽度，单位mm；活塞杆光纤光栅应变传感器采用RodFBG2i(i＝1,2，…，n)；活塞杆光纤光栅温度传感器采用RodFBG2n+1。5.根据权利要求2所述的动态摩擦性能监测方法，其特征在于所述活塞Y形密封圈表面接触状态监测单元有两个，分别是活塞第一Y形密封圈表面接触状态监测单元和活塞第二Y形密封圈表面接触状态监测单元，它们结构相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀栩，王继政，王锐，阳群，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42