多举缸液压起竖系统的同步升举设计.pdf
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1、321第4 0 卷第6 期2023年6 月真机仿算文章编号:10 0 6-934 8(2 0 2 3)0 6-0 32 1-0 6多举缸液压起竖系统的同步升举设计洪学峰1,李承宇,王勒铭,王崴3(1.空军工程大学研究生院,陕西西安7 10 0 51;2.武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉4 30 0 7 0;3.空军工程大学防空反导学院,陕西西安7 10 0 51)摘要:为了解决在实际的工程中多举缸的液压起竖系统其多个液压举缸所受负载不同或者因外界干扰导致的液压举缸举升运动不同步问题,设计了一种同步回路,通过将设计出的智能电磁换向阀运用到回路中用于控制不同液压举缸的供油路的通断以达到“负载小,
2、举升速度快的举缸”与“负载大,举升速度慢的举缸”其在同一时间段里面的举升位移保持一致,就此实现多举缸液压起竖系统举升运动的同步性。同时,对上述设计中因为油路的频繁通断产生的压力和流量脉冲,造成的能量损失、响应不及时等问题,又设计了一种液压软开关加人到同步回路中。关键词:同步回路;液压控制系统;软开关中图分类号:TH137.7文献标识码:BDesign of Synchronous Lift Lift of Hydraulic VerticalSystem with Multi-cylinder LiftHONG Xue-feng,LI Cheng-yu,WANG Le-ming,WANG We
3、i?(1.Air Force Engineering University,Graduate School,Xian Shaanxi 710051,China;2.Wuhan University of Technology,College of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan Hubei 430070,China;3.Air Force Engineering University,Air Defense Anti-Missile College,Xian Shaanxi 710051,China)ABSTRACT:In order t
4、o solve the problem of different loads on multiple hydraulic lifting cylinders in the hydrauliclifting system with multiple lifting cylinders in actual engineering or the asynchronous lifting motion caused by externalinterference,a synchronous loop is designed in this paper.By applying the designed
5、intelligent electromagnetic revers-ing valve to the circuit to control the on-off of the oil supply circuit of different hydraulic lifting cylinders,the liftingcylinder with small load and fast lfting speed is consistent with the lifting displacement in the same time period.Atthe same time,a hydraul
6、ic soft switch is designed to be added to the synchronous circuit because of the energy losscaused by the pressure and flow pulse caused by the frequent on-off of the oil circuit.KEYWORDS:Synchronous loop;Hydraulic control system;Soft switch1引言在实际的工程中,液压的起竖装置往往不是用一个液压缸进行举升工作,而是由多个液压缸配合共同完成对目标物的升举工作。
7、对于多举缸的液压起竖装置,首先要保证的就是实现多个举缸的同升同降,即要保证每个液压举缸起竖的速度要保持一致。但是,现实的工程里,多举缸的起竖系统的目标物的质量分布不一定均匀,这样就使得不同液压举缸上的负载大小也不相同。而且,即使目标物是质量分布均匀收稿日期:2 0 2 1-0 9-0 9修回日期:2 0 2 1-0 9-15的物体,其在进行起竖工作的进程中不可避免的也会有外部的干扰,这样仍然会对多举缸的起竖过程造成影响,同样会使得不同的液压举缸上的负载大小会有不同。当液压举缸上的负载不同时,势必会导致举缸的升举速度不同,这样就会导致目标物无法按原有设想的运动过程进行举升,严重的还会导致目标物变
8、形、撕裂、掉落,甚至会使整个起竖装置损害报废,产生极大的危险,造成不可挽回的经济损失和人员伤亡。针对此种情况,设计一种同步回路应用在多举缸的液压起竖系统上,用于解决不同液压举缸上负载不同导致的举缸的升举速度不同的问题3222智能调节式液压同步回路设计1首先,对问题先明确化。要解决的问题是,由于多举缸液压起竖系统升举的目标物应附加在不同举缸上的负载的差异,引起的举缸的升举速度差异,使得同一时间下目标物不同位置的举缸的升举位移不同,从而导致升举工作失败,产生极大危险。然后再对问题的分析,可知引起升举工作失败的直接原因是液压举缸的升举位移不同,产生位移不同的原因是因为不同举缸的升举速度不同从而在同样
9、的时间下举缸的运动位移有所差异,而导致速度不同的原因是不同举缸的附加负载不一样。最后面对分析的结果,要想解决这一问题无非从一下几个方面人手。第一,解决不同举缸的负载不同问题。第二,解决在不同负载的条件下,举缸举升速度不同的问题。第三,改变不同举缸作用的时间,即在不同举缸的速度不同的条件下,保证在同一的时间中举缸的举升位移相同。在现实的工程中,要想保证不同的液压举缸的负载保持相同是很困难的,通过对举缸补充负载的方式在面对较重的目标物就很浪费能量,而且此种方法在受到外界干扰时极易失效。而要使不同负载下举缸速度一致,通常是通过对负载大、速度慢的举缸补充能量,这样造成的能量损失不说,多举缸上负载差异多
10、样,这就对补充能量损失的控制系统要求很高了,所以此方案并不容易实现。而改变不同举缸的作用时间的方案,操作简单,控制方便,抗干扰和稳定性也能满足工作需求。综上所述,面对此问题,解决方案定为通过改变不同举缸的作用时间来保证在同一时间下举缸的举升位移相同。2.1具体设计方案2 此设计的设计思想简单论述为:当负载小、速度快的液压举缸的举升位移超过了负载大、速度慢的举缸时,控制装置通过切断供油路停止对速度快的液压举缸供油使得速度快的举缸停止举升动作,直到速度慢的液压举缸的举升位移与速度快的举缸一致时,控制装置才会再次接通供油路。以此循环保证各个液压举缸的举升位移保持一致。那么面向本文所设计的具体的方案时
11、,其方案的工作原理为:由于不同液压缸负载存在差异,造成液压缸位移的不同步,该不同步经过测试,同样体现在伺服阀出油口压力的不同步,因此可以通过智能电磁比例换向阀测量压力差,反馈给计算机进行闭环控制,算法流程图如图1所示。其液压同步控制系统原理图如图2 所示,智能电磁比例换向阀中的压力传感器检测压差信息,传送给数字计算机进行信息比对、信息处理,然后将反馈信息输送给智能电磁比例换向阀进行相应的伺服调节。2.2基于AMESim的建模与仿真3-5为了验证此设计理念的可行性,对设计的智能调节式的液压同步系统进行基于AMESim的建模与仿真。由于此仿真是为了验证两个液压举缸的同步效果,所以液压缸开始同步运动
12、设定压差阙值KY压差PKP映iP款2缺2 停止运动NYN继续运动缺1停止运动N是否达到指定位置N压差APKY结束同步运动图1设计算法流程计算机891011141213山图2液压同步控制系统原理图注:1-计算机;2,3-液压缸4,5-单向节流阀;6,7-压力表;8,9-智能电磁比例换阀;10-分流阀;11,13-过滤器;12-油泵;14-溢流阀在不影响同步效果的前提下,对AMESim建模进行了一些简化。采用了Signal、M e c h a n i c a l 和Hydraulic库中的模块进行搭建,根据文中论述,建立整体系统液压原理模型如图3所示。在元件参数设定时,由于管道较短,则可忽略液压系
13、统323口P-O-O图3液压同步回路AMESim仿真模型中的管道效应。设置仿真时间为10 s,通信间隔为0.0 0 1s。各模型元件主要参数如下:1)负载与液压缸等效质量M=100kg;2)液压缸负载压力差F=50N;3)液压缸初始位置为中位X=0.15m;4)阀节流孔通量均为2 0 L/min;5)泵转速为10 0 0 r/min,排量为10 0 cc/r,动力源转速为1500r/min;6)溢流阀压力设定为15 0 bar。基于上述内容进行仿真,得出的仿真结果如下:当不用上述的设计的智能调节举缸同步的系统时,可得如图4所示的仿真结果。结果显示系统存在较大的压力差,且位移曲线存在明显的不同步
14、。7300N负载压力曲线7350N负载压力曲线7350N负载压力曲线7300N负载压力曲线图4普通的同步回路中不同负载下位移曲线和压力曲线使用本文设计的智能液压调节同步系统进行仿真后,结果如图5 所示,可以明显看出位移曲线以及压力曲线有着明显的趋近。7300N负载压力曲线7350N负载压力曲线7300N负载压力曲线7350N负载压力曲线图5本文设计下不同负载下位移曲线和压力曲线对仿真结构进行分析,可以得出使用了本文设计的智能液压调节同步系统后,确实可以做到在不同的负载下液压举缸的同步升举,但是其同步控制的过程中存在一些明显的系统震荡与冲击。在计算机控制智能电磁换向阀通断的过程中,其在由通到断或
15、由断到通的时候会产生较高的流量脉冲和压力脉冲。这种流量和压力脉冲会大量的浪费能量,还会因为脉冲而导致这个系统的相应变得不准确,而且脉冲本身就会对系统的硬件造成一定的损伤,影响系统的寿命。为了解决这一问题本文做出了如下的设计补充。3液压软开关设计通过电路上使用电路软开关解决电压和电流脉冲的启发,本文设计一种适用于液压的液压软开关以解决在液压的回路中由于压力脉冲和流量脉冲导致的能量损失和系统响应不及时、不准确的问题。3.1液压软开关工作原理及其数学模型6,7 液压软开关的工作原理与电路中的软开关的工作原理类似。液压软开关是通过液容(C)、液阻(R)、液感(L)到达电路中电容(C)、电阻(R)、电感
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