基于LVDT的六面頂液壓機(jī)控制系統(tǒng)

吳嘉宜　李劍飛　王耀凱　趙鶴鳴

作為大規(guī)模應(yīng)用于磨礪金剛石工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備，六面頂液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有簡(jiǎn)捷、精確的特點(diǎn)，配合工業(yè)PLC控制系統(tǒng)，充分滿足金剛石合成工藝的要求。

主流的液壓系統(tǒng)原理均源于DS-029型六面頂液壓機(jī)的設(shè)計(jì)，從目前使用情況看，此液壓系統(tǒng)存在以下弊端：由于采用進(jìn)口節(jié)流方式調(diào)整六缸活塞同步，易產(chǎn)生同步不穩(wěn)定的現(xiàn)象，并且在連通超壓階段，此同步控制處于失效狀態(tài)，各工作缸活塞實(shí)際上各自運(yùn)動(dòng)工作。這將影響大合成腔體內(nèi)的壓力場(chǎng)狀態(tài)分布。

六面頂液壓機(jī)的工作原理：調(diào)整好機(jī)器后，將工件放在加工位置，如圖1所示，六個(gè)頂錘同時(shí)擠壓工件，如圖2所示。在高溫高壓下的條件下，晶體從工件里析出。

本論文主要介紹一種基于LVDT的六面頂液壓機(jī)控制系統(tǒng)。LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是線性可變差動(dòng)變壓器縮寫，屬于直線位移傳感器。LVDT可以用來(lái)測(cè)量物體的伸長(zhǎng)度、震動(dòng)頻率、振幅、物體厚薄程度和膨脹度等精確數(shù)據(jù)。具體還可以用在機(jī)床工具和液壓缸的定位，以及輥縫和閥門的控制等。它的工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是給LVDT一個(gè)正弦信號(hào)，由于探頭位移的變化，LVDT的輸出信號(hào)會(huì)有變化，高精度LVDT的精度可達(dá)到萬(wàn)分之一?，F(xiàn)在將LVDT應(yīng)用到六面頂液壓機(jī)的控制系統(tǒng)上，如圖3、4所示。

六面頂液壓機(jī)工作時(shí)，工件受到超高壓，必然會(huì)產(chǎn)生變形，LVDT探頭與工件緊密接觸，工件的變形量反映到LVDT探頭的位移量上，則LVDT的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可得到工件的變形量，根據(jù)工件變形量與所受壓力大小的關(guān)系，即可得出LVDT輸出信號(hào)與工件所受壓力的關(guān)系。將該信號(hào)反饋給六面頂液壓機(jī)的控制系統(tǒng)，則可有效控制工件的壓力，使生產(chǎn)質(zhì)量提高。

本論文選用無(wú)需調(diào)節(jié)線性可變差分變壓器 （LVDT），可精確測(cè)量線性位移，具有無(wú)摩擦測(cè)量、無(wú)限的機(jī)械壽命、無(wú)限的分辨率、零位可重復(fù)性、輸入/輸出隔離、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于磨粒金剛石的生產(chǎn)完全可行。它的零位可重復(fù)性和高穩(wěn)定性對(duì)于可以有很高的測(cè)量精度，工件的微量形變就可以有相應(yīng)的測(cè)量變化，得到較好的輸出結(jié)果。

LVDT具有許多卓越的品質(zhì)，有很好的線性性能，但還有輸出信號(hào)對(duì)輸入被測(cè)量存在一定的非線性，這一段對(duì)于六面頂液壓機(jī)工件的壓力與LVDT輸出信號(hào)之間關(guān)系來(lái)講，是非常不好的，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出較好關(guān)系結(jié)果。采用專門的調(diào)節(jié)技術(shù)，可以改進(jìn)行程對(duì)外殼的長(zhǎng)度比和非線性問(wèn)題，將LVDT與微控制器的連接起來(lái)是一可行的技術(shù)，此外，還可以簡(jiǎn)化測(cè)量工作，從而產(chǎn)生無(wú)諧波、波幅與頻率穩(wěn)定的正弦信號(hào)。

結(jié)語(yǔ)：LVDT已經(jīng)存在很多年，它的結(jié)構(gòu)提供了良好的穩(wěn)定性和可靠性，非常適合小于3in距離測(cè)量，而六面頂液壓機(jī)工件的形變量很小，所以LVDT應(yīng)用六面頂液壓機(jī)的控制系統(tǒng)上，是一個(gè)值得考慮的

作者簡(jiǎn)介

吳嘉宜（1993-），女，漢族，河南漯河人，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2014級(jí)研究生，機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)