液壓升降裝置機液伺服系統響應特性

張垚

摘要：液壓升降裝置屬于高空作業設備，在礦井開采、碼頭、港口、建筑等行業中被廣泛應用。我國現階段使用的液壓升降裝置多以仿制的為主，缺少相應的設計標準及優化改進。液壓升降裝置的結構多樣，在不同的結構形式中，剪叉式液壓升降裝置以其折疊的結構，可以具有兩種不同的工作狀態，并且以其靈活調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構采用剪叉機構，能夠保證較高的穩定性，并且承載較大，可以依據需求制作較大的作業平臺，滿足多人作業，從而提高高空作業的工作效率。本文對液壓升降裝置機液伺服系統響應特性進行分析，以供參考。

關鍵詞：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鍵設備，主要實現平臺的升降控制功能。根據CCS船級社《海上移動平臺入級規范》要求“控制系統的設計應使控制系統中出現的故障對控制過程產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”。在設計該控制系統時考慮采用西門子S7-400HPLC冗余系統作為液壓升降系統的控制器，通過PROFIBUS總線實現對各固樁室傳感器、執行器的數據采集和控制，并通過工業以太網實現人機交互，對系統運行參數進行實時監控。

1伺服控制原理

液壓舉升裝置的機械液壓伺服系統原理，在閥控式柱塞缸的基礎上形成閉環。伺服控制原理如下：給定輸入速度信號vi通過輸入增益Ki傳輸到比較鏈路，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。信號轉換由構成機床液壓調速伺服系統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性能分析

（1）泄漏對系統泄漏系數性能的影響直接代表系統泄漏。該系統由MATLAB軟件進行仿真分析，得到了不同泄漏系數下的步驟響應圖。泄漏系數在一定范圍內。泄漏系數的增加加快了系統的響應速度，但超負荷和調節時間略有增加。超出這一范圍，系統反應速度會減慢，超音速會增加，穩定性會大大降低。該系統泄漏系數約為3×10-9，系統響應速度加快，系統超音速度低，從而提高了系統的響應能力和穩定性。因此，為了使綜合機械液壓伺服控制系統具有更好的動態性能，嘗試將系統的泄漏系數從原來的5.01×10-11提高到約3×10-9，即增加系統的泄漏量。對于機械液壓伺服系統來說，增加系統泄漏主要是可以在液壓缸前后室中添加阻尼液導孔，或者在系統中添加動態壓力反饋裝置，以提高系統的動態性能。（2）通過改變集成液壓伺服缸的泄漏，可以確定泄漏系數在一定范圍內。泄漏系數的增加加快了系統的響應速度，但調節時間略有增加。超出這一范圍，系統反應速度會減慢，超音速會增加，穩定性會大大降低。系統泄漏系數約為3x10-9，系統響應速度加快，系統振蕩小，系統響應性能好，系統穩定性好。

3RH精煉爐鋼包升降裝置液壓缸更換技術

（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，用行車轉運至地面。同步拆除吊頂東側橫梁，將噴補車開至大梁下部，掛檢修牌。先將橫梁上部監控鏡頭拆除，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，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，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。

4剪叉式液壓升降裝置結構分析

剪叉式液壓升降裝置主體結構可以分為底座、起升結構和作業平臺三部分，底座提供整體結構的支撐，可以是固定式或者自行走的結構;作業平臺是為工作人員提供操作環境的結構，可以承受一定的載荷，依據作業需求可以設計不同的平臺形式;起升機構主要是由剪叉臂及液壓缸組成，依據起升高度及負載的需求，進行剪叉臂及液壓缸的結構及數量的選擇，液壓缸布置在升降裝置的內部，可以優化整體的結構，液壓缸多選用雙座泳的單桿活塞式液壓缸，通過液壓缸的驅動實現升降作業，同時保證在升降過程中的安全性，避免造成沖擊。

5仿真結果分析

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，系統響應速度慢。響應穩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，出現振動現象，然后趨于穩定，調整時間約為0.95秒或。1.80秒。分析了該規則理論后，隨著活塞直徑的增加，活塞的橫截面面積Ac增大，系統的開環增益系數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、系統流量和結構強度等因素決定。活塞直徑的減小可以提高系統的響應速度，降低系統的流量需求，但會增加機油缸的工作壓力，要求提高機油缸結構的機械性能，影響系統的穩定性。增大活塞直徑可以提高系統的穩定性，降低氣缸的工作壓力，但會增加系統的流量需求，增加氣缸的總尺寸。因此，應在合理范圍內控制活塞直徑。根據仿真結果，提出液壓升降裝置活塞直徑d的設計范圍應為580mm～650mm。

5.2系統壓力對響應性能的影響

當其他因素保持不變時，隨著Ps系統壓力的增加，上升時間略有縮短，但系統反應速度基本相同;響應穩定性隨系統壓力的增加而惡化，系統壓力在15MPa、18MPa和21MPa的曲線形狀基本相同，呈輕微振蕩上升趨勢，但總體穩定;當系統壓力為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，系統反應的不穩定趨勢在增加。這是因為隨著系統壓力的增加，伺服閥閥閥端口的壓力差增大，從而增加了Kq和Kv，進而降低了系統反應的穩定性。

結束語

剪叉式液壓升降裝置是廣泛使用的升降裝置類型，剪叉式結構可以實現作業平臺的垂直運動，結構簡單，具有較大的承載能力，且升降的高度可以依據需要進行調整，可以依據作業需求，設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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