飛行影院升降平臺液壓控制系統(tǒng)單元的設(shè)計(jì)

張喜林，竇寶明，薛艷

(廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司廣州寶力特液壓密封有限公司，廣東廣州510700)

飛行影院升降平臺液壓控制單元是飛行影院升降平臺控制系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部分，其性能直接影響飛行影院升降平臺在運(yùn)行過程中的安全與可靠。

開發(fā)飛行影院升降平臺液壓控制系統(tǒng)單元，滿足飛行影院升降平臺液壓系統(tǒng)高效率低能耗、高可靠性及油缸低速時(shí)無爬行現(xiàn)象等要求，通過集成模塊化設(shè)計(jì)，開發(fā)出技術(shù)水平含量高、能夠滿足飛行影院升降平臺平穩(wěn)快速升降的液壓控制單元，滿足我國飛行影院行業(yè)的需求。

此液壓控制系統(tǒng)參數(shù)及技術(shù)要求如下:

(1)液壓系統(tǒng)系統(tǒng)壓力:≤3.5 MPa;

(2)系統(tǒng)流量:3 000 L/min;

(3)裝機(jī)功率:270 kW;

(4)主缸參數(shù):D280/d250 ×11 800;

(5)運(yùn)行時(shí)間:單程上升時(shí)間30 ～35 s，單程下降時(shí)間40 ～45 s;

(6)主油缸行程:11.66 m;

(7)單組缸承重:20 ×104N;

(8)主缸最低開啟壓力0.3 ～0.5 MPa (兩組主油缸的同步精度須滿足能夠控制在10 mm 內(nèi));

(9)油缸低速無爬行，無液壓沖擊及噪聲。

1 升降平臺控制單元液壓原理的設(shè)計(jì)

飛行影院升降平臺是通過兩條同步油缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推動載人的座椅平臺在高空上升和下降。一般情況下，載人升降平臺要求上升下降的速度非常快，約在385 mm/s 左右，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的流量非常大。為了滿足系統(tǒng)大流量的需求，升降平臺液壓控制系統(tǒng)采用了通油能力強(qiáng)、壓力損失小的二通插裝閥加先導(dǎo)控制閥來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速的上升與下降，執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸速度的快慢通過先進(jìn)的比例控制方案，因而流量可以按需要輸出，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行速度穩(wěn)定、性能安全可靠，從而提高了液壓系統(tǒng)的使用效率，同時(shí)減少了由于油路壓力損失導(dǎo)致的發(fā)熱現(xiàn)象。其控制原理圖如圖1 所示。

此控制單元由五部分組成:第一部分為油缸上升下降控制單元，第二部分為比例閥控制單元;第三部分為緊急下降控制單元;第四部分為液壓防爆控制單元;第五部分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

圖1 升降平臺控制單元液壓系統(tǒng)原理圖

1.1 液壓系統(tǒng)基本工作原理

P1、P2、P3、P4 提供動力源，電磁鐵SL1、SL3、SL4 帶電，其余電磁鐵不帶電，油缸6.1 及6.2開始上升;電磁鐵SL2、SL3、SL4、SL7、SL8 帶電，其余電磁鐵不帶電，油缸6.1 及6.2 開始下降，油缸上升到一定高度，切斷所有電磁閥的電信號，油缸處于保壓狀態(tài);如有緊急情況發(fā)生，伸出去的油缸需要安全縮回來，需要電磁鐵SL5、SL6、SL7、SL8 帶電，油缸下腔的油通過緊急下降控制單元流回油箱;油缸升降速度及同步精度由比例閥3.1、3.2 來控制。

1.2 液壓系統(tǒng)集成模塊化設(shè)計(jì)

升降平臺液壓控制單元每一個(gè)組成部分都采用集成模塊化設(shè)計(jì)，將電動控制與手動控制集成于一體。

圖1 中的第三部分控制單元4.1、4.2 是將電磁球閥、手動開關(guān)閥、先導(dǎo)溢流閥及直動溢流集成于一體，組成一個(gè)兩級調(diào)壓回路，先導(dǎo)溢流閥的壓力調(diào)至高于系統(tǒng)壓力1 ～2 MPa，直動溢流閥調(diào)至低于負(fù)載壓力0.5 MPa 左右，油缸需要緊急下降時(shí)，使油缸有一定的被壓而緩慢平穩(wěn)地下降。電磁球閥或手動開關(guān)閥作用是實(shí)現(xiàn)此回路高低壓力的切換。有電的情況下，升降油缸需要緊急下降，反向打開第四部分防爆閥，系統(tǒng)通過電磁球閥將油缸下腔切換到低壓狀態(tài)，使油缸慢慢地回落;如果有突發(fā)事件，整個(gè)系統(tǒng)突然斷電了，油缸需要回落，就必須通過手動開關(guān)閥，將油缸下腔的油切換到低壓回路，使油缸慢慢地下落。

第四部分控制單元是將二通插裝單向閥、電磁球閥、手動開關(guān)閥、壓力傳感器集成于一體，組成一個(gè)防爆回路，作用是萬一管路破裂時(shí)，單向閥能夠鎖死油缸，使得油缸保持在原位置不下降。油缸6.1、6.2 需要下降時(shí)，電磁球閥必須帶電，或打開手動開關(guān)閥，卸掉二通插裝閥上腔壓力，防爆閥才能反向打開，油缸才可以下降。因此電磁球閥或手動開關(guān)閥作用是切換二通插裝閥上腔的的壓力;手動開關(guān)閥作用是在斷電情況下，能保證防爆閥反向打開，油缸安全下降。壓力傳感器作用是油缸在保壓過程中，如果油缸保壓壓力下降，壓力傳感器就提供一個(gè)電信號給比例閥3．1、3．2，比例閥得到電信號后就打開閥口，給油缸補(bǔ)壓。

整個(gè)系統(tǒng)是將每個(gè)小模塊及比例控制閥集成為一個(gè)大的控制單元，安裝于升降油缸下腔油口，如圖1所示，這樣可減少元件之間的管路連接，降低管路之間的壓力損失，從而消除了管路接頭連接處的泄漏隱患，使得整個(gè)控制系統(tǒng)的安全可靠性能大為提升。

2 平臺同步控制系統(tǒng)

平臺在快速大流量運(yùn)行過程中，平臺同步控制精度要求高。油缸快速上升時(shí)，油缸速度最快為385 mm/s，此時(shí)單只油缸所需要的流量為1 420 L/min，而且兩條油缸的同步精度不能超過10 mm (平臺兩油缸跨度8 000 mm)。因此選用大流量二通型雙反饋比例流量插裝閥作平臺同步控制閥。

所選的二通型雙反饋比例流量插裝閥，能實(shí)現(xiàn)輸入電信號對流量的比例無級調(diào)節(jié)，電反饋閉環(huán)范圍大，可抑制除負(fù)載壓力變化外的干擾，具有很好的控制精度和動態(tài)響應(yīng)特性，而且在電閉環(huán)通道出現(xiàn)故障時(shí)在開環(huán)控制下能繼續(xù)工作，仍可連續(xù)控制閥的開口量，提高了系統(tǒng)的可靠性。因此這種二通型雙反饋比例流量插裝閥具有響應(yīng)時(shí)間快、動態(tài)性能高、通油能力強(qiáng)、小流量時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。其控制原理如圖2 所示。

圖2 雙反饋比例流量控制閥工作原理

3 應(yīng)用效果分析

為了評估此液壓系統(tǒng)的技術(shù)性能，在客戶現(xiàn)場進(jìn)行了大量的測試試驗(yàn)，主要的測試數(shù)據(jù)如下:系統(tǒng)壓力:空載時(shí)2 MPa，滿載時(shí)2.8 MPa;平臺上升時(shí)間:系統(tǒng)6 個(gè)油泵供油時(shí)，系統(tǒng)流量約3 000 L/min，油缸上升時(shí)間為32 s;油缸下降時(shí)間:44 s;油缸同步精度:4 ～8 mm。

測試結(jié)果表明，該液壓控制系統(tǒng)能夠滿足客戶提出的飛行影院升降平臺的使用要求，而且整個(gè)控制系統(tǒng)采用了人機(jī)畫面，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，便于檢測和監(jiān)控。

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