液壓翻板地磅的雙液壓缸同步控制問(wèn)題分析

本文針對液壓翻板地磅雙液壓缸運行出現的同步問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并對常用的同步控制方法進(jìn)行了比較，根據系統的具體情況提出了問(wèn)題解決思路和方法。

一、概述

液壓翻板地磅是集電子稱(chēng)重和自動(dòng)卸載于一體的散狀物料汽車(chē)卸車(chē)裝置，已經(jīng)廣泛用于糧油加工、飼料加工、造紙制漿和港口等行業(yè)，對散狀物料進(jìn)行自動(dòng)卸載，如小麥、大豆、玉米、花生和稻谷等的稱(chēng)重和卸載，同時(shí)也廣泛適用于化工、冶金、礦山及一切有散狀物料接收作業(yè)的部門(mén)和單位。

載重汽車(chē)按指令沿導向線(xiàn)就位翻板平臺，起升擋輪器，檔位器擋住汽車(chē)后輪；主起升油缸升起，使翻板平臺傾斜到一定角度，在這個(gè)過(guò)程中車(chē)內的物料被逐漸卸出；當物料卸凈后，翻板平臺落下到位，擋輪器收回；汽車(chē)沿導向線(xiàn)離開(kāi)翻板平臺，完成整個(gè)卸料過(guò)程，其優(yōu)點(diǎn)是人工干涉小，卸車(chē)效率高。

翻板平臺的翻轉是由平臺兩側的兩個(gè)三級起升液壓缸的頂升實(shí)現的，平臺可由液壓缸抬至傾角40°左右，傾角大小由操作員根據物料特性設定和調節，為了實(shí)現平臺的平穩頂升，保證兩個(gè)三級液壓缸的同步運行是保證設備穩定運行的前提條件，否則將出現爬行、別勁、振顫等問(wèn)題，甚至出現上不能上，下不能下的尷尬情形，嚴重時(shí)還會(huì )出現車(chē)輛傾覆等安全事故，因此必須高度重視液壓翻板汽車(chē)衡雙液壓缸的同步控制問(wèn)題。

二、三級液壓缸

1.油缸

即液壓缸，液壓缸是輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比的直線(xiàn)運動(dòng)式執行元件，它的職能是將液壓能轉換成機械能。液壓缸的輸入量是流體的流量和壓力，輸出的是直線(xiàn)運動(dòng)速度和力。液壓缸的活塞能完成直線(xiàn)往復運動(dòng)，輸出的直線(xiàn)位移是有限的，液壓缸是將液壓能轉換為往復直線(xiàn)運動(dòng)的機械能的能量轉換裝置。液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。

多級油缸又稱(chēng)套疊式柱塞油缸，其閉合高度小、行程大，因此當油缸長(cháng)度尺寸受到嚴格限制，而要求有油缸長(cháng)度的兩倍或三倍行程時(shí)，就需要要采用這種油缸。三級油缸的簡(jiǎn)圖如圖1所示。柱塞為三級套疊，最大行程約可為油缸長(cháng)度的三倍。

通過(guò)三級液壓缸套裝在一起的結構方式，當液壓油作用時(shí)推動(dòng)一級缸頂出，到規定長(cháng)度時(shí)帶動(dòng)二級缸、三級缸，減少了安裝空間。在輸出力要求不變的場(chǎng)合，便于系統壓力的設定和調節，在一定流量下實(shí)現多級速度伸出，降低材料損耗、減輕主機的重量，便于運輸吊裝。

長(cháng)行程三級同步伸縮液壓缸結構復雜、加工難度大，在生產(chǎn)過(guò)程中由于鋼管材料、密封件規格以及加工成本的限制，各級柱塞的結構尺寸不可能達到完全同步的要求尺寸，只能在現有條件的基礎上使各級柱塞的相對速度近似相等。

2.造成液壓缸不同步的原因分析

根據液壓缸的特性，任何兩個(gè)以上的液壓缸同時(shí)完成同一個(gè)工作就存在一個(gè)液壓缸的同步問(wèn)題，在本文討論的液壓翻板地磅中，同時(shí)使用兩只三級液壓缸進(jìn)行平臺的頂升工作就存在一個(gè)兩只液壓缸的同步控制問(wèn)題，否則將出現兩只液壓缸運行不同步，易造成頂升運行發(fā)生顫動(dòng)、不平穩，造成無(wú)法正常頂升問(wèn)題，甚至出現汽車(chē)側翻事故，因此有必要對這兩只液壓缸進(jìn)行同步控制問(wèn)題進(jìn)行研究分析。

通過(guò)對液壓翻板地磅進(jìn)行分析研究，造成兩只液壓缸不同步（翻板兩側不同步）的原因主要是：

（1）兩只液壓缸參數不一致；一致性差。

（2）多級液壓缸固有的特性。

（3）兩側機械結構有差異，摩擦力不同。

（4）液壓缸的控制方法

所有這些原因，有些是可以通過(guò)保證安裝質(zhì)量或完善結構降低影響量，但有些影響使無(wú)法完全避免的，同時(shí)，本系統的動(dòng)力都是由兩側的液壓缸來(lái)提供的，一旦結構固定，相關(guān)影響也就固定了，因此，如何設計對兩只液壓缸的同步控制是保證平臺頂升穩定運行的關(guān)鍵。

三、常用同步控制器件

1.分離集流閥

分流集流閥也稱(chēng)速度同步閥，是液壓閥中分流閥、集流閥、單向分流閥、單向集流閥和比例分流閥的總稱(chēng)。同步閥主要是應用于雙缸及多缸同步控制液壓系統中。通常實(shí)現同步運動(dòng)的方法很多，但其中以采用分流集流閥—同步閥的同步控制液壓系統具有結構簡(jiǎn)單、成本低、制造容易、可靠性強等許多優(yōu)點(diǎn)，因而同步閥在液壓系統中得到了廣泛的應用。分流集流閥的同步是速度同步，當兩油缸或多個(gè)油缸分別承受不同的負載時(shí)，分流集流閥仍能保證其同步運動(dòng)。

分流閥的作用是使液壓系統中由同一個(gè)油源向兩個(gè)以上執行元件供應相同的流量（等量分流），或按一定比例向兩個(gè)執行元件供應流量（比例分流），以實(shí)現兩個(gè)執行元件的速度保持同步或定比關(guān)系。

集流閥的作用，則是從兩個(gè)執行元件收集等流量或按比例的回油量，以實(shí)現其間的速度同步或定比關(guān)系。分流集流閥則兼有分流閥和集流閥的功能。

2. 流量控制閥

流量控制閥簡(jiǎn)稱(chēng)流量閥，它通過(guò)改變節流口通流面積或通流通道的長(cháng)短來(lái)改變局部阻力的大小，從而實(shí)現對流量的控制，進(jìn)而改變執行機構的運動(dòng)速度。流量控制閥包括節流閥、調速閥、分流集流閥。

3.同步馬達

同步馬達在液壓系統中用于同步控制時(shí)，比其他調速閥控制精度要高得多。但是同步馬達仍然存在著(zhù)明顯的誤差，如果能正確使用，就能更好地發(fā)揮同步液壓馬達的同步功效，實(shí)現更精準的同步控制。

影響液壓同步馬達同步誤差的主要因素：

液壓同步馬達是由加工精度較高、尺寸相同的若干個(gè)液壓馬達組成。

相同的尺寸和較高的加工精度，使得通過(guò)每一個(gè)液壓馬達的流量（排量）近似相同，再者，由于液壓執行器的截面積（排量）相同，從而實(shí)現速度同步。液壓同步馬達精度較高，但實(shí)際使用中還存在著(zhù)明顯的誤差，其同步精度主要受以下一些因素的影響：

（1）液壓馬達及液壓執行器的加工精度；

（2）負載的均勻程度；

（3）液壓管道的布置；

（4）介質(zhì)中氣體的含量；

由于以上原因，液壓同步馬達在實(shí)際使用時(shí)，存在著(zhù)明顯的誤差，所以要解決液壓同步馬達的同步誤差，就必須解決以上問(wèn)題，正確、合理地使用液壓同步馬達。

四、常用液壓多缸同步的優(yōu)缺點(diǎn)

1.分流集流閥同步

使用分流截流方式實(shí)現同步，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、安裝方便、流量范圍大。缺點(diǎn)是精度低、抗偏載能力差、需要反復調節，只適用同步要求不高、沒(méi)有同步危險的地方。屬于低端產(chǎn)品，也比較成熟，誤差終點(diǎn)補償，正常同步精度5%-10%。

2.同步馬達

同步馬達也是采用容積同步方式，用同心軸連接，同步性能好，抗偏載能力強，抗污染能力強，缺點(diǎn)：體積大，噪聲較大，價(jià)格高，維修困難，使用有限制，必須在轉速范圍才可以，目前是主流，使用范圍廣。同步精度1%-10%。

3.復合控制

用分流、截流、調速閥、單向閥等組成一個(gè)控制回路，是目前采用的比較多，效果比同步閥稍好，缺點(diǎn)也是抗偏載能力差，需要反復調節，油路多，需要有專(zhuān)業(yè)知識。

4. 比例伺服系統

用比例閥或者伺服閥，位移傳感器組成一個(gè)閉環(huán)回路，體積小、結構緊湊，運用電腦程序控制，高速響應，動(dòng)態(tài)調整，抗偏載能力強、精度高、專(zhuān)業(yè)性強，對油品和操作環(huán)境有相當的要求，關(guān)鍵部件依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格高，維護保養困難。只適應與小流量、大流量?jì)r(jià)格極高精度難控。精度0.01%-1%具體看傳感器精度，閥精度和CPU處理能力。

5. 程控液壓同步分流器

采用PLC將模擬量流量數字化,用容積同步的方式保證精度和安全,采用多點(diǎn)電控修正誤差,高精度可加裝位移傳感器和電控比例修正精度可堪比伺服,運行平穩無(wú)噪音,可以不加傳感器也可高精度，無(wú)爬行。集成同步模塊，可以實(shí)現免調試，還可以無(wú)極調速，一個(gè)系統多個(gè)速度控制，缺點(diǎn)體積較大、性?xún)r(jià)比高、目前正在推廣。

五、同步控制分析

由于液壓系統的泄漏、執行元件等存在的非線(xiàn)性摩擦阻力、控制元件間的性能差異、結構剛度、負載和系統各組成部分的制造誤差等因素的影響，使得液壓同步的高精度問(wèn)題還未能完全得到解決。

實(shí)現液壓同步驅動(dòng)一般有開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種基本形式。

采用開(kāi)環(huán)控制的液壓同步驅動(dòng)因為它完全依靠液壓控制元件（如同步閥、各類(lèi)節流閥或調速閥）本身的精度來(lái)控制執行元件的同步驅動(dòng)，而不對執行元件的輸出進(jìn)行檢測與反饋來(lái)形成閉環(huán)控制，所以它不能消除或抑制對高精度同步的不利因素的影響，因此，只適用于同步要求較低的場(chǎng)合。

在同步要求較高的場(chǎng)合就需要采用閉環(huán)控制，需要對輸出量進(jìn)行檢測與反饋，從而形成閉環(huán)控制，最大程度消除器件差異、結構等不利因素的影響以獲得高精度的同步驅動(dòng)。隨著(zhù)現代控制理論以及計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓同步閉環(huán)控制已經(jīng)越來(lái)越得到人們的重視，這種控制形式幾乎在所有需要高精度液壓同步驅動(dòng)的各類(lèi)主機上都得到了較好的應用。

六、液壓翻板地磅工作分析

液壓翻版一般是3.5米寬，18米長(cháng)的平臺，可以承載需要卸料的汽車(chē)，載重一般在60t以上，一端（卸料端）的兩側是固定軸端（如圖2所示中的A點(diǎn)，）翻板以此點(diǎn)為固定圓心頂起，在平臺中間部位（如圖2所示中的B點(diǎn)）的兩側設置兩個(gè)多級液壓缸，作為頂升動(dòng)力，液壓缸的固定端固定在設備基礎上（如圖2所示中的C點(diǎn)）。

當需要卸料時(shí)，啟動(dòng)液壓缸頂升翻板平臺，使可安全?？吭诜迤脚_上的汽車(chē)隨翻板平臺一起傾斜到需要角度從圖2所示狀態(tài)到圖3所示狀態(tài)，從而將物料依靠重量自動(dòng)卸載，傾斜角度可根據物料特性不同而進(jìn)行調整，卸料完成后再啟動(dòng)油缸回收，恢復到圖2所示狀態(tài)。

七、液壓翻板工作工程中的同步問(wèn)題

由于液壓翻板工作工程中（從圖2所示狀態(tài)到圖3所示狀態(tài)或從從圖3所示狀態(tài)到圖2所示狀態(tài)）是靠翻板兩側的三級液壓油缸提供動(dòng)力的，兩個(gè)油缸一同完成一個(gè)工作就存在一個(gè)工作同步問(wèn)題。

仔細分析設備工作過(guò)程和狀態(tài)，兩個(gè)液壓缸在工作過(guò)程中受到的壓力是變化的，剛開(kāi)始頂升時(shí)壓力最大，隨著(zhù)頂升角度的加大，液壓缸所受到的壓力減??；同時(shí)由于汽車(chē)上車(chē)的位置有偏差，也造成兩個(gè)液壓缸的受力不同，有大有小，這些也能造成液壓缸不同步問(wèn)題發(fā)生。

所謂液壓翻板的同步問(wèn)題就是保證兩個(gè)液壓缸的運行平穩，不犯別，從整個(gè)系統來(lái)分析，造成設備運行不同步的可能原因主要有以下幾點(diǎn)：

1.設備固定端（A點(diǎn)）兩側軸不同心；

2.兩個(gè)液壓缸的安裝位置不對稱(chēng)、軸不同心，造成兩側頂升同樣高度或角度需要的液壓缸行程不同；

3.兩個(gè)多級液壓缸的加工精度低，不能保證兩個(gè)多級液壓缸的參數一致；

4.翻轉平臺剛性差，造成兩個(gè)液壓缸在運行過(guò)程中的受力不穩定。

5.兩個(gè)液壓缸在運行過(guò)程中受到的摩擦阻力不同。

6.液壓缸的同步控制比較簡(jiǎn)單或未考慮。

7.未采用可靠的閉環(huán)控制方式，或采用的采樣點(diǎn)不合理。

八、解決同步問(wèn)題的方法

1.解決好制造、安裝問(wèn)題，保證各軸的同心度和位置的對稱(chēng)一致，各連接處保證潤滑良好，確保各活動(dòng)連接處運轉良好。

2.保證翻轉平臺的剛性滿(mǎn)足要求（一般沒(méi)有問(wèn)題）。

3.購買(mǎi)加工精度高、一致性好的質(zhì)量穩定的三級液壓缸。

4.采用閉環(huán)控制方式

仔細分析翻板平臺的運行過(guò)程，所以看出，所謂的同步問(wèn)題最根本的是保證翻轉平臺在液壓缸的作用下兩側的上升角度一致，只要平臺角度一致了就不會(huì )出現液壓缸別勁問(wèn)題，從而影響液壓缸的平穩運行。

因此，解決液壓缸的同步問(wèn)題根本就是解決翻轉平臺兩側上升角度一致問(wèn)題，所以在翻轉平臺兩側的合適位置增加角度傳感器實(shí)時(shí)檢測平臺上升的角度，并根據檢測結果進(jìn)行兩個(gè)液壓缸的控制從而保證平臺兩側上升角度差在合適范圍內（具體參數需要根據實(shí)際確定）是解決液壓翻板地磅液壓缸同步問(wèn)題的根本思路。

在液壓缸上增加拉伸傳感器，實(shí)際就是控制兩個(gè)液壓缸的行程一致，但由于液壓缸行程一致了并不能完全保證平臺上升角度一致，從而造成兩個(gè)液壓缸有可能在平臺的影響下出現別勁問(wèn)題，進(jìn)而影響液壓缸的平穩運行，出現不同步問(wèn)題。因此若保證通過(guò)控制兩個(gè)液壓缸行程一致來(lái)解決同步問(wèn)題必須在保證制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、維護質(zhì)量的前提下，才能達到較好的控制效果。

九、結束語(yǔ)

影響液壓翻板地磅雙液壓缸同步運行的因素很多，通過(guò)對翻板平臺工作過(guò)程進(jìn)行分析可以看出，要解決同步問(wèn)題，首先要保證設備的各運行點(diǎn)的加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量和維護質(zhì)量，以及液壓缸的采購質(zhì)量，在此基礎上可以有多種同步控制方法得到較好的兩個(gè)三級液壓缸的同步運行效果，但最可靠的控制方法還是增加角度傳感器以實(shí)現平臺兩側上升角度一致的閉環(huán)控制方式，從而保證兩個(gè)液壓缸的穩定可靠同步運行。