液压翻转机构系统改进及同步控制

　　1　研究问题的提出

　　液压翻转机构的结构示意图如图1,其作用是将辊道上的钢坯从0°翻转到90°,再由提升机构送至感应加热炉加热。具体过程是液压缸伸出先将翻转臂翻到-1°(如图示位置)等待钢坯,钢坯靠辊道电机控制运动到指定位置停止,由2个液压缸驱动6个翻转臂绕着旋转中心轴旋转,从而托着钢坯往上翻,直到翻转成90°。

　　开机试运行调试时,此翻转部分故障现象表现为:①液压缸伸出即向90°方向翻时速度极不稳定;②液压缸不断地滑行,速度为0. 3 mm/min,方向是朝翻转臂90°方向,即液压缸拉伸方向。

　　2　分析问题和解决方案

　　原始设计的液压系统结构图如图2a所示。图中所示的是单个液压缸的原理图。随着电子技术和数字化技术的发展,电液比例技术的应用已经相当普遍,它能实现元件或系统的被控制量与控制量之间的线性关系。与伺服系统相比其成本相对较低。综合考虑系统到系统要求的位置精度及环境、经济等要求,系统采用比例控制。为了在负载不均衡的条件下进行同步控制,必须对每个液压缸采取单独控制,因此系统采用2台比例方向阀分别控制2个液压缸,压力油源由恒压变量泵提供,其设定压力为12 MPa,当负载压力超过设定压力时安全卸载。控制油路压力由专门的1台齿轮泵提供,提高安全性和可操作性。图中2个溢流阀起缓冲和安全作用。液控单向阀4的作用是防止软管3爆管和与Y型机能比例换向阀组合起锁紧作用,防止液压缸失控。以下分析故障现象。

　　(1)空载时即不带钢坯,实测液压缸有杆腔一侧压力波动很大,结合图①发现配重给了液压缸一个向前伸出的拉力,根据计算翻转臂得力矩得出,液压缸存在负负载,被迫前伸。而且配重在随轴的旋转过程中其力是非线性的,所以导致有杆腔压力波动,速度难以控制。故改进的系统图(图2b)中采用了压力补偿器5来代替原本的平衡阀,该阀是叠加式的,与比例换向阀1叠加在一起,可方便地更换,其作用实际上就是在有杆腔一侧又加了一个平衡阀。平衡阀中其流量控制功能的开口面积是逐渐打开的,主要靠主阀芯控制棱边逐渐打开阀套上的小孔实现。从而可起到速度控制和缓冲作用,提高系统得平稳性;(2)分析滑动现象,结合原理图分析,此时原理图只是在2a的基础上将平衡阀2换成压力补偿器5。由于配重的作用,有杆腔一侧始终憋有压力,此压力经实测达到5MPa,高于液控单向阀的开启压力,所以分析问题得出液压缸的滑行是由于液控单向阀被强制打开的缘故,考虑到现有的液控单向阀的功能在此系统中是必须的,故系统采用了事故切断阀6来代替液控单向阀,该阀的作用是为了防止软管3爆管,当软管3爆管时,由于另一侧压力的缘故,大量的油从反方向流经该阀,由于该阀的内部结构,使该阀迅速切换到截止位置,从而防止液压缸失控。液压缸两腔上都有平衡阀,其作用也能起到缸在任意位置锁紧的作用。