液压四辊卷板机同步控制系统的研究与改进

第 卷第 期 年 月 焦 作 工 学 院 学 报 地 液压四辊卷板机同步控制系统的研究与改进 赵 铁 焦作工学院机械工程系 焦作 摘要 论述了 一 型液压四棍卷板机的同步控制系统改进过程中遇到的问题及研究 解决方法 , 介绍 了采用普通电磁换向阁配以机械反债放大机构解决液压 四辊卷板机同步运动的控 制精度问题 关盆词 液压缸 同步控制 反情 精度 中图法分类号 作者简介 赵铁 , 男 , 岁 , 工程师 , 主要研究方向 液压传动 、 机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 姗 沉 又 一 妙 只 公, , 肠 而 一 一 抓 一 皿 〔 川 主 液压同步系统在工业生产中应用很广泛 , 如液压卷板机 、 大型压力机 、 大型液压折边 机等 这类机械设备能否生产 出合格的产品或工件 , 液压缸的同步精度起着关键的作用 液压缸同步是指两 个或两个以上液压缸同时运动时 , 不管各 自的负载如何 , 都保持相同的 运动速度或位移 。 液压缸制造精度误差 、 液压控制系统的液压损失 、 空气的混人及外界负 载偏置和结构变形等 , 都是影响液压缸同步精度的因素 由于不同机械设备对液压缸同步 精度的要求有所不同 , 其机械结构的简繁程度 、 成本高低也就有所不同 。 采用哪种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 来 保证同步精度 , 要根据具体机械设备工作状况而定 面针对液压四辊卷板机同步控制问 题进行一些探讨 原液压卷板机出现加工工件质量不合格的原因 一 型液压 四辊卷板机是一种较早期的产品 该卷板机在卷制钢板圆筒 时 , 常出现工件质量不合格 , 圆筒两端直径不相等即大端周长变长等现象 , 其主要原因是 上辊与下辊作用力使被卷钢板一端产生压延现象 。 这种匹辊卷板机下辊的作用是提供一定 收稿 日期 司 一 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 焦 作 工 学 院 学 报 年 的向上力 设该力为夹紧力 叨 , 与上 辊一起夹紧所卷钢板 , 使上辊与被卷钢 板间产生足够的摩擦力 , 在上辊旋转时 能带动钢板运动 此外 , 在两侧辊作用 卷板时下辊还起着支承点作用 因此 , 要求下辊两端液压缸不仅提供压力 , 还 应具有保压的功能 在设计时下辊的作 用力 夹紧力 甲 小于所卷钢板受压 状态时塑性变形所需要的力 那么为什 么还会产生钢板一端压延现象 图 所 上辊 图 上 、 下两辊正确工作状态 示为上 、 下两辊正确的工作状态 , 这时上 、 下两辊轴线平行 , 在这种状态下 , 夹紧力 甲 均匀地作用在钢板整个宽度 上 , 这时夹紧力 甲 不会使钢板产生局部塑性变形 , 所卷制 出的工件是合格的 当下辊轴线与上辊轴 线处于不平行状态时 如图 所示 , 夹 紧力 分 不是均匀地作用在钢板整个宽度 线上 , 而是 出现 了集中载荷 通过计 算 , 最大值可达到 甲 的 倍 , 并且钢 板的一端与压辊呈现点接触状态 , 造成所 接触部分发生塑性变形 , 在卷制圆筒时出 现一端被压延 , 使圆筒一端直径变大 造 成上 、 下两辊轴线不平行的根本原因是由 于作用在下辊两端的液压缸在运动中的不 同步 根据以上存在的问题 , 有必要对该 上辊 矛谕 图 上 、 下两辊非正确工作状态 液压四辊卷板机液压缸同步控制系统作进一步的分析研究 , 并提出改进设计方案 原液压控制系统存在的主要问题分析 图 所示为原液压系统原理图 该系统用一个电动机驱动两个相同排量的定量齿轮 泵 , 并采用两套相同的液压控制回路 正常工作时 , 两个换向阀同时切换 , 由两个油泵向 两回路提供相同的流量 , 以实现两个液压缸同步动作 但是 , 这种液压回路影响同步精度 的因素较多 如 、 两液压缸的泄漏不同 , 、 两油泵容积效率不同等 , 都是影响同 步精度的重要因素 。 以上列举的两种影响因素可 以通过一些手段 , 在一定程度上得到解 决 但是在该回路中的减压阀对同步精度的影响就不易克服了 在这个系统中 , 减压阀串接在液压缸的进油管路 , 在液压缸柱塞上升至工作状态过程 中 , 起着使进人液压缸油液压力低于系统压力的作用 这个压力就是前述的夹紧力 甲 由于采用 的是 一 型定值式减压阀 , 这种定值式减压阀可以认为是 由一个直动式 锥阀作先导阀和 由一个节流形式的主阀组合而成 , 流经主阀的流量为 丈 下 , 一 , 一 式中 , 产一主阀流通面积 一流量系数 , 、 几一该阀进 、 出口压力 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 期 赵 铁 液压四辊卷板机同步控制系统的研究与改进 滑块 下辊 又又又 “““““ 兰兰甲甲甲甲 ,,, ‘‘ , 尸尸 图 原液压系统原理图 当 、 两液压缸受力不相 同 如被卷钢板出现偏置 及 液压缸 负载增大 , 由减压 阀 的特性可知会使该阀的流通面积 八咸小 , 则使 减小 , 出现 人 子么 , 液压缸 速度下降 , 产 生 、 两液压缸不 同步的现 象 这种同步控制是属于开环控 制系统 如图 所示 , 系统本 图 开环控制系统方框图 身无法补偿所产生的误差 , 因此原同步控制系统很难实现同步控制 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 焦 作 工 学 院 学 报 ” 年 同步控制方法与分析 由以上分析可知 , 液压缸同步误差的消除必须采取有 比较反馈装置的闭环控制方式 , 才能较好地解决 液压缸的同步控制方法有多种 , 如机械 、 电气 、 液压及其组合形式等 , 其控制系统的方框图如图 所示 在这种控制系统中首 先应给定该系统应能达到的 同步精度标准 其次要选择 被测量及控制量 、 第三 , 确定控制方式 , 选择 有关元件 根据使用单位提出的要 控控控 制制制 原原原 件件件 图 闭环同步控制方框图 求 , 在卷板时下辊两液压缸同步的绝对误差值 △ , 根据分析 , 液压缸在这种误差 的最大值工作时 , 所加工出的工件仅能达到合格的要求 , 要生产高质量的工件 , 两液压缸 的绝对误差值 △ 一 可见对液压缸同步精度要求较高 控制量的选择 , 可以选择流量 或位移 选择流量控制方法比较简单 如在 两液压缸的进油管路中设置同步阀 采用同步阀的控制系统 , 其同步精度最高能达到 一 。 但是 两液压缸在整个行程运动中的累积误差值较大 , 超出系统工作时绝对误差 值 流量控制方法尽管采用控制元件各异 , 但多少都会出现这种累积误差 , 并且这种控制 系统工作效率较低 , 选择流量控制方式不能满足工作要求 从卷板机的工作性质可知 , 选择两液压缸位移的相对量作为控制量较为合理 如图 所示 控制量是直接输出的位移量 , 减少了控制系统中其他因素对同步精度的影响 , 由 于反馈信号取 自输出位移量 , 消除了液压缸在运动过程中的累积误差 , 因此可以获得较高 的同步精度 根据以上分析选用位移传感器作为反馈元件 , 能较好地解决液压缸的同步间 题 。 但是 , 这种闭环控制系统对原系统需要改造的工作量较大 , 设备改造投资较多 , 具体 应用于现场有很大的困难 新液压同步控制系统研究及设计原理 在对上述几种实现两液压缸同步方法分析的基础上 , 提出用开关量即电磁换向阀直接 进行控制的方法 。 由于开关量一般都应用在开环控制回路中 , 电磁换向阀只起控制油路 通 、 断的作用 , 不能完成液压缸运动速度快慢的调节 因此 , 采用电磁换向阀控制必须考 慈以下几个间题 。 电磁换向阀切换时间能否适应液压缸运动速度要求 电磁换向 阀换向冲击 液压缸同步误差的反馈和 自动控制 电磁换向阀的使用寿命等 第一 个问题就是开关量能否应用在所研究的机械工作状态 中 , 当两液压缸出现同步误 差时 , 电磁换向阀只能采用使运动快的液压缸断 油 , 而使运动慢的液压缸通 油 的 方法来控制同步 需要考虑的问题是电磁换向阀在这个通断过程中所用的时间 , 是否超出 了在这段时间内运动液压缸 同步精度范围 由 一 型液压四辊卷板机技术参 数可知 , 下辊上升速度较慢 , 约为 , , 若采用 型湿式电磁换向阀 , 其接 通 断开 时间约为 。 若再考虑其他影响因素 , 则在电磁换向阀完成一个动作所需 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 期 赵 铁 液压四辊卷板机同步控制系统的研究与改进 要的时间 内 , 引起被控制液压缸在原同步误差基础上的增值量约小于 可见这个 误差值增量很小 , 没有超过前述液压缸同步精度控制范围 简称这个误差为控制系统的固 有误差用 一 表示 其次是冲击问题 电磁换向阀切换时会造成系统的冲击 田 于该机器使用的液压缸直径较大 , 而且控制流量较小 , 所以换向造成的冲击影响不大 如前所述 , 两液压缸同步精度 的控制量应选择两液压位移的相对 量较为合理 那 么采用什么方式及 元件进行误差的测量及完成信号反 馈呢 这里采用电磁换向阀作为控 制元件 、 用机械反馈杆与电器开关 配合实现电信号反馈的方案 如图 所示 , 将两个机械反馈杆分别与 下辊两液压缸上端滑块固接 , 两杆 在液压缸初始位置时处于同一直线 图 直动式反馈机构 ④一下辊油缸 ②一滑块 ③一机械反馈杆 ④一毛器开关 上 。 当液压缸 向上运动时 , 带动两杆同时平行 向上运动 。 当出现两液压缸位移相对误差 时 , 使得一个杆高于另一个杆 当高差达到所控制的误差时触动电器开关 , 实现对电磁阀 的控制 , 使运动快的油缸停止 当两液压缸重新平齐时 , 机械反馈杆脱离电器开关 , 这时 两液压缸同时运动 , 这就实现了同步控制 。 但是在两液压缸同步精度要求较高时 , 由于控 制量很小 , 使两杆的相对位置变化量很小 , 不易调节电器开关触点与机械反馈杆之间的距 离 , 会使信号的输出滞后或超前 , 造成误动作 。 因此 , 必须将被测量 控制量 进行放大 使之动作准确 , 以适应较高精度的要求 。 经过研究 , 设计出机械反馈放大机构 , 如图 双点划线框内所示 并且通过前述对原 液压系统存在问题的分析 , 进行了液压系统改进设计 见 图 。 机械反馈放大机构设计 的最大放大量为 , 即液压缸 同步误差值被放大近似 倍 。 例如 、 两液 压缸在运 动中出现不同步时 , 若 液压缸的位移量相对 液压缸超 出设定 同步误差值 , 通过机械反馈放大机构将误差放大近 倍 , 使电器开关咬 准确导 通 , 反馈给电磁换向阀控制其 通 电 , 阀芯 向左 移劫 , 使液压缸 断油 停 止 , 液压缸 通油 上升 。 当 、 两液压缸同步误差值重新 回到设定值内时 断电 , 、 两液压缸 同时进油 于是对液压缸 的同步控制得以实现 这套控制 系统符 合前述图 闭环同步控制方框图所示的闭环控制方式 由于设置 了达种反馈放大机构 , 控 制液压缸便具有很高的同步精度 由于该控制系统存在着固有误差值 尸 , 所 以有 设定这个系统液压生 ’一 鱿同 步精度时 , 两液压缸的仁移相对量控制范围最小值就大于 乓 。 据 前面分析可知 , 在这个 控制范围内足 以满足该卷板机下辊液压的同步精度 。 此外 , 在卷制不 同精度要求 的工件 时 , 其同步精度应可以调整 。 因此 , 设计反馈攻大机构中的电器开关在水平万 向位置可峨 无级调节 , 以满足不同精度的要求 。 然而 , 若在液压缸整个运动过程中电磁阀都参与同步 控制 , 不但降低电磁阀使用寿命 , 而且使卷板机工作效率降低 。 根据该卷板机的工作性 质 , 两液压缸并不要求在整个运动过程中同步 , 而是在下辊接近 于卷板工作状态这一小区 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 焦 作 工 学 院 学 报 年 域 内 如 图 的 材 段 要求同步 根据这 一特点 , 将机械反馈放 大机构设 在液压缸行 程上部 小 区 域 内 这样 , 既满足了工作要 求 , 又使电磁换向阀减 少了切换动作次数 改进设计后的掖压 四辊卷板机控制系统克 服了原同步控制系统存 在的间题 并将原来的 两套液压回路系统设计 成一套回路系统 , 使液 压系统更简单 、 合理 , 元件数量少 , 投资少 两液压缸 的同步控制 , 是用普通电磁换向阀 , 配以机械反馈放大机构 组成闭环控制方式 能 泛至」较高的液压缸同步 精度 , 满足卷制圆筒的 各项技术指标 参考文献 雷天觉 液压工程 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 北 京 机械工业出版社 , 陈城书 , 现代液压回路设 计基础 北京 中国农业 机械出版社 肺肺从冷笑夕产人尤心入丫犷洽 洲丫丫 」」 、、、‘ 、 、 、 ‘ 一 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 , 、 二 , , 一 · 的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的的 丫丫丫 一一一一一一一一一 于一卜卜卜卜 火火 伞伞 洲洲洲洲洲义义 今今今 ,,,, 图 改进后液压控制系统原理图 〔责任编辉 杨玉 东 〕 万一液压缸整个运动段 材一同步控制段 刀漏卷板工作段 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net