液壓升降裝置機(jī)液伺服系統(tǒng)響應(yīng)特性

張垚

摘要：液壓升降裝置屬于高空作業(yè)設(shè)備，在礦井開(kāi)采、碼頭、港口、建筑等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。我國(guó)現(xiàn)階段使用的液壓升降裝置多以仿制的為主，缺少相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及優(yōu)化改進(jìn)。液壓升降裝置的結(jié)構(gòu)多樣，在不同的結(jié)構(gòu)形式中，剪叉式液壓升降裝置以其折疊的結(jié)構(gòu)，可以具有兩種不同的工作狀態(tài)，并且以其靈活調(diào)整的特性得到了廣泛的應(yīng)用。剪叉式液壓升降裝置的起升結(jié)構(gòu)采用剪叉機(jī)構(gòu)，能夠保證較高的穩(wěn)定性，并且承載較大，可以依據(jù)需求制作較大的作業(yè)平臺(tái)，滿(mǎn)足多人作業(yè)，從而提高高空作業(yè)的工作效率。本文對(duì)液壓升降裝置機(jī)液伺服系統(tǒng)響應(yīng)特性進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：液壓升降裝置;機(jī)液伺服;響應(yīng)特性

引言

液壓插銷(xiāo)升降控制裝置作為海上可移動(dòng)平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降控制功能。根據(jù)CCS船級(jí)社《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》要求“控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)生的危險(xiǎn)性盡可能降到最低的程度，并不會(huì)使備用的自動(dòng)和/或手動(dòng)控制失效”。在設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)時(shí)考慮采用西門(mén)子S7-400HPLC冗余系統(tǒng)作為液壓升降系統(tǒng)的控制器，通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)各固樁室傳感器、執(zhí)行器的數(shù)據(jù)采集和控制，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1伺服控制原理

液壓舉升裝置的機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)原理，在閥控式柱塞缸的基礎(chǔ)上形成閉環(huán)。伺服控制原理如下：給定輸入速度信號(hào)vi通過(guò)輸入增益Ki傳輸?shù)奖容^鏈路，輸出歐布利特信號(hào)vc輸出為負(fù)反饋，反饋增益Kf后獲得反饋速度vf，比較輸出和輸入生成偏差信號(hào)δV，積分/比例Kd強(qiáng)化后得到閥門(mén)核心位移信號(hào)xv。此信號(hào)控制活塞缸以設(shè)定的速度運(yùn)行。活塞速度隨輸入速度信號(hào)的變化而變化。信號(hào)轉(zhuǎn)換由構(gòu)成機(jī)床液壓調(diào)速伺服系統(tǒng)的機(jī)械零件和液壓元件完成。

2集成式機(jī)液伺服液壓缸動(dòng)態(tài)性能分析

（1）泄漏對(duì)系統(tǒng)泄漏系數(shù)性能的影響直接代表系統(tǒng)泄漏。該系統(tǒng)由MATLAB軟件進(jìn)行仿真分析，得到了不同泄漏系數(shù)下的步驟響應(yīng)圖。泄漏系數(shù)在一定范圍內(nèi)。泄漏系數(shù)的增加加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但超負(fù)荷和調(diào)節(jié)時(shí)間略有增加。超出這一范圍，系統(tǒng)反應(yīng)速度會(huì)減慢，超音速會(huì)增加，穩(wěn)定性會(huì)大大降低。該系統(tǒng)泄漏系數(shù)約為3×10-9，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，系統(tǒng)超音速度低，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)能力和穩(wěn)定性。因此，為了使綜合機(jī)械液壓伺服控制系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)性能，嘗試將系統(tǒng)的泄漏系數(shù)從原來(lái)的5.01×10-11提高到約3×10-9，即增加系統(tǒng)的泄漏量。對(duì)于機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，增加系統(tǒng)泄漏主要是可以在液壓缸前后室中添加阻尼液導(dǎo)孔，或者在系統(tǒng)中添加動(dòng)態(tài)壓力反饋裝置，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。（2）通過(guò)改變集成液壓伺服缸的泄漏，可以確定泄漏系數(shù)在一定范圍內(nèi)。泄漏系數(shù)的增加加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但調(diào)節(jié)時(shí)間略有增加。超出這一范圍，系統(tǒng)反應(yīng)速度會(huì)減慢，超音速會(huì)增加，穩(wěn)定性會(huì)大大降低。系統(tǒng)泄漏系數(shù)約為3x10-9，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，系統(tǒng)振蕩小，系統(tǒng)響應(yīng)性能好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

3RH精煉爐鋼包升降裝置液壓缸更換技術(shù)

（1）托盤(pán)拆除。在托盤(pán)上表面焊接4個(gè)吊點(diǎn)，將托盤(pán)升起，高出地面1.0m，并在地坑內(nèi)將液壓缸框架四個(gè)支腿用HW200×200×9×14型鋼固定住，防止液壓缸漏油下降，固定后，使用架板在托盤(pán)下部框架筋板上搭設(shè)檢修平臺(tái)，人員站在平臺(tái)上面，用2把18″扳手拆除托盤(pán)的16個(gè)M30×120螺釘（如果拆不動(dòng)或絲斷，只能重新攻絲），拆除完畢后，將地坑四個(gè)支撐H型鋼拆除，主控室摘檢修牌，將托盤(pán)落至地面，用4根準(zhǔn)18×6m鋼絲繩、4個(gè)10t卸扣與托盤(pán)吊點(diǎn)連接，利用行車(chē)吊起后放在頂升臺(tái)車(chē)上，倒運(yùn)至東側(cè)，用行車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至地面。同步拆除吊頂東側(cè)橫梁，將噴補(bǔ)車(chē)開(kāi)至大梁下部，掛檢修牌。先將橫梁上部監(jiān)控鏡頭拆除，在橫梁上安裝兩個(gè)3t手拉葫蘆將橫梁固定，人員拴好安全帶站在噴補(bǔ)平臺(tái)上，將橫梁用氣割割斷，用手拉葫蘆放至臺(tái)車(chē)上，摘牌后倒運(yùn)至工作位東側(cè)，再掛好檢修牌。（2）液壓缸固定。將4根型鋼支撐在液壓缸升降立筋位置，焊接固定，并拆除液壓油管、機(jī)械限位、甘油潤(rùn)滑裝置，拆除機(jī)械限位前要做好標(biāo)記。（3）先將頂升臺(tái)車(chē)開(kāi)至工作位西側(cè)，將4個(gè)35t卸扣安裝在液壓缸框架吊耳上，用4根準(zhǔn)36×6m鋼絲繩掛在125t橋式行車(chē)主鉤上，將框架提升8.7m，使框架底部支腿高出頂升臺(tái)車(chē)，慢慢向東移動(dòng)頂升臺(tái)車(chē)，至工作位，指揮行車(chē)將框架緩緩放置在臺(tái)車(chē)鋼包放置位，拆除鋼絲繩，移動(dòng)頂升臺(tái)車(chē)將框架倒運(yùn)至工作位東側(cè)。

4剪叉式液壓升降裝置結(jié)構(gòu)分析

剪叉式液壓升降裝置主體結(jié)構(gòu)可以分為底座、起升結(jié)構(gòu)和作業(yè)平臺(tái)三部分，底座提供整體結(jié)構(gòu)的支撐，可以是固定式或者自行走的結(jié)構(gòu);作業(yè)平臺(tái)是為工作人員提供操作環(huán)境的結(jié)構(gòu)，可以承受一定的載荷，依據(jù)作業(yè)需求可以設(shè)計(jì)不同的平臺(tái)形式;起升機(jī)構(gòu)主要是由剪叉臂及液壓缸組成，依據(jù)起升高度及負(fù)載的需求，進(jìn)行剪叉臂及液壓缸的結(jié)構(gòu)及數(shù)量的選擇，液壓缸布置在升降裝置的內(nèi)部，可以?xún)?yōu)化整體的結(jié)構(gòu)，液壓缸多選用雙座泳的單桿活塞式液壓缸，通過(guò)液壓缸的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降作業(yè)，同時(shí)保證在升降過(guò)程中的安全性，避免造成沖擊。

5仿真結(jié)果分析

5.1柱塞直徑對(duì)響應(yīng)性能的影響

如果其他因素保持不變，則隨著活塞直徑的增加，砂礫時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。根據(jù)520毫米、550毫米、600毫米、650毫米和700毫米的活塞直徑，上行時(shí)間約為0.22秒、0.15秒、0.41秒、0.54秒。0.64秒，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。響應(yīng)穩(wěn)定性隨著活塞直徑的增大而提高。當(dāng)活塞直徑為520毫米和550毫米時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，然后趨于穩(wěn)定，調(diào)整時(shí)間約為0.95秒或。1.80秒。分析了該規(guī)則理論后，隨著活塞直徑的增加，活塞的橫截面面積Ac增大，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益系數(shù)Kv降低，響應(yīng)速度減慢，工作精度降低。液壓提升裝置的活塞直徑由油缸外部載荷、系統(tǒng)流量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素決定?；钊睆降臏p小可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低系統(tǒng)的流量需求，但會(huì)增加機(jī)油缸的工作壓力，要求提高機(jī)油缸結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增大活塞直徑可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低氣缸的工作壓力，但會(huì)增加系統(tǒng)的流量需求，增加氣缸的總尺寸。因此，應(yīng)在合理范圍內(nèi)控制活塞直徑。根據(jù)仿真結(jié)果，提出液壓升降裝置活塞直徑d的設(shè)計(jì)范圍應(yīng)為580mm～650mm。

5.2系統(tǒng)壓力對(duì)響應(yīng)性能的影響

當(dāng)其他因素保持不變時(shí)，隨著Ps系統(tǒng)壓力的增加，上升時(shí)間略有縮短，但系統(tǒng)反應(yīng)速度基本相同;響應(yīng)穩(wěn)定性隨系統(tǒng)壓力的增加而惡化，系統(tǒng)壓力在15MPa、18MPa和21MPa的曲線(xiàn)形狀基本相同，呈輕微振蕩上升趨勢(shì)，但總體穩(wěn)定;當(dāng)系統(tǒng)壓力為24MPa和27MPa時(shí)，曲線(xiàn)振動(dòng)的上升幅度略有增大?？梢钥闯觯S著壓力的不斷增加，系統(tǒng)反應(yīng)的不穩(wěn)定趨勢(shì)在增加。這是因?yàn)殡S著系統(tǒng)壓力的增加，伺服閥閥閥端口的壓力差增大，從而增加了Kq和Kv，進(jìn)而降低了系統(tǒng)反應(yīng)的穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

剪叉式液壓升降裝置是廣泛使用的升降裝置類(lèi)型，剪叉式結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)的垂直運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較大的承載能力，且升降的高度可以依據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，可以依據(jù)作業(yè)需求，設(shè)定固定或者移動(dòng)式的升降裝置，具有良好的使用性。本文所分析研究的剪叉式液壓升降裝置的剪叉臂最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在中間銷(xiāo)孔的位置處，最大值小于材料的許用應(yīng)力，滿(mǎn)足剪叉臂的使用需求，可以保證剪叉臂的承載安全，保證液壓升降裝置的安全工作。

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