張垚

摘要：液壓升降裝置屬于高空作業(yè)設(shè)備，在礦井開采、碼頭、港口、建筑等行業(yè)中被廣泛應用。我國現(xiàn)階段使用的液壓升降裝置多以仿制的為主，缺少相應的設(shè)計標準及優(yōu)化改進。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用。剪叉式液壓升降裝置的起升結(jié)構(gòu)采用剪叉機構(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，滿足多人作業(yè)，從而提高高空作業(yè)的工作效率。本文對液壓升降裝置機液伺服系統(tǒng)響應特性進行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：液壓升降裝置;機液伺服;響應特性

引言

液壓插銷升降控制裝置作為海上可移動平臺的關(guān)鍵設(shè)備，主要實現(xiàn)平臺的升降控制功能。根據(jù)CCS船級社《海上移動平臺入級規(guī)范》要求“控制系統(tǒng)的設(shè)計應使控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障對控制過程產(chǎn)生的危險性盡可能降到最低的程度，并不會使備用的自動和/或手動控制失效”。在設(shè)計該控制系統(tǒng)時考慮采用西門子S7-400HPLC冗余系統(tǒng)作為液壓升降系統(tǒng)的控制器，通過PROFIBUS總線實現(xiàn)對各固樁室傳感器、執(zhí)行器的數(shù)據(jù)采集和控制，并通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)人機交互，對系統(tǒng)運行參數(shù)進行實時監(jiān)控。

1伺服控制原理

液壓舉升裝置的機械液壓伺服系統(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vi通過輸入增益Ki傳輸?shù)奖容^鏈路，輸出歐布利特信號vc輸出為負反饋，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δV，積分/比例Kd強化后得到閥門核心位移信號xv。此信號控制活塞缸以設(shè)定的速度運行?；钊俣入S輸入速度信號的變化而變化。信號轉(zhuǎn)換由構(gòu)成機床液壓調(diào)速伺服系統(tǒng)的機械零件和液壓元件完成。

2集成式機液伺服液壓缸動態(tài)性能分析

（1）泄漏對系統(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軟件進行仿真分析，得到了不同泄漏系數(shù)下的步驟響應圖。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)的響應速度，但超負荷和調(diào)節(jié)時間略有增加。超出這一范圍，系統(tǒng)反應速度會減慢，超音速會增加，穩(wěn)定性會大大降低。該系統(tǒng)泄漏系數(shù)約為3×10-9，系統(tǒng)響應速度加快，系統(tǒng)超音速度低，從而提高了系統(tǒng)的響應能力和穩(wěn)定性。因此，為了使綜合機械液壓伺服控制系統(tǒng)具有更好的動態(tài)性能，嘗試將系統(tǒng)的泄漏系數(shù)從原來的5.01×10-11提高到約3×10-9，即增加系統(tǒng)的泄漏量。對于機械液壓伺服系統(tǒng)來說，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孔，或者在系統(tǒng)中添加動態(tài)壓力反饋裝置，以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。（2）通過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)的響應速度，但調(diào)節(jié)時間略有增加。超出這一范圍，系統(tǒng)反應速度會減慢，超音速會增加，穩(wěn)定性會大大降低。系統(tǒng)泄漏系數(shù)約為3x10-9，系統(tǒng)響應速度加快，系統(tǒng)振蕩小，系統(tǒng)響應性能好，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）托盤拆除。在托盤上表面焊接4個吊點，將托盤升起，高出地面1.0m，并在地坑內(nèi)將液壓缸框架四個支腿用HW200×200×9×14型鋼固定住，防止液壓缸漏油下降，固定后，使用架板在托盤下部框架筋板上搭設(shè)檢修平臺，人員站在平臺上面，用2把18″扳手拆除托盤的16個M30×120螺釘（如果拆不動或絲斷，只能重新攻絲），拆除完畢后，將地坑四個支撐H型鋼拆除，主控室摘檢修牌，將托盤落至地面，用4根準18×6m鋼絲繩、4個10t卸扣與托盤吊點連接，利用行車吊起后放在頂升臺車上，倒運至東側(cè)，用行車轉(zhuǎn)運至地面。同步拆除吊頂東側(cè)橫梁，將噴補車開至大梁下部，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3t手拉葫蘆將橫梁固定，人員拴好安全帶站在噴補平臺上，將橫梁用氣割割斷，用手拉葫蘆放至臺車上，摘牌后倒運至工作位東側(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、機械限位、甘油潤滑裝置，拆除機械限位前要做好標記。（3）先將頂升臺車開至工作位西側(cè)，將4個35t卸扣安裝在液壓缸框架吊耳上，用4根準36×6m鋼絲繩掛在125t橋式行車主鉤上，將框架提升8.7m，使框架底部支腿高出頂升臺車，慢慢向東移動頂升臺車，至工作位，指揮行車將框架緩緩放置在臺車鋼包放置位，拆除鋼絲繩，移動頂升臺車將框架倒運至工作位東側(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)計不同的平臺形式;起升機構(gòu)主要是由剪叉臂及液壓缸組成，依據(jù)起升高度及負載的需求，進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，可以優(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，通過液壓缸的驅(qū)動實現(xiàn)升降作業(yè)，同時保證在升降過程中的安全性，避免造成沖擊。

5仿真結(jié)果分析

5.1柱塞直徑對響應性能的影響

如果其他因素保持不變，則隨著活塞直徑的增加，砂礫時間會延長。根據(jù)520毫米、550毫米、600毫米、650毫米和700毫米的活塞直徑，上行時間約為0.22秒、0.15秒、0.41秒、0.54秒。0.64秒，系統(tǒng)響應速度慢。響應穩(wěn)定性隨著活塞直徑的增大而提高。當活塞直徑為520毫米和550毫米時，出現(xiàn)振動現(xiàn)象，然后趨于穩(wěn)定，調(diào)整時間約為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)的開環(huán)增益系數(shù)Kv降低，響應速度減慢，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)強度等因素決定?；钊睆降臏p小可以提高系統(tǒng)的響應速度，降低系統(tǒng)的流量需求，但會增加機油缸的工作壓力，要求提高機油缸結(jié)構(gòu)的機械性能，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，但會增加系統(tǒng)的流量需求，增加氣缸的總尺寸。因此，應在合理范圍內(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)計范圍應為580mm～650mm。

5.2系統(tǒng)壓力對響應性能的影響

當其他因素保持不變時，隨著Ps系統(tǒng)壓力的增加，上升時間略有縮短，但系統(tǒng)反應速度基本相同;響應穩(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的曲線形狀基本相同，呈輕微振蕩上升趨勢，但總體穩(wěn)定;當系統(tǒng)壓力為24MPa和27MPa時，曲線振動的上升幅度略有增大?？梢钥闯?，隨著壓力的不斷增加，系統(tǒng)反應的不穩(wěn)定趨勢在增加。這是因為隨著系統(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，進而降低了系統(tǒng)反應的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

剪叉式液壓升降裝置是廣泛使用的升降裝置類型，剪叉式結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)作業(yè)平臺的垂直運動，結(jié)構(gòu)簡單，具有較大的承載能力，且升降的高度可以依據(jù)需要進行調(diào)整，可以依據(jù)作業(yè)需求，設(shè)定固定或者移動式的升降裝置，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力位置出現(xiàn)在中間銷孔的位置處，最大值小于材料的許用應力，滿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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