液壓翻板地磅的雙液壓缸同步控制問(wèn)題分析

本文針對(duì)液壓翻板地磅雙液壓缸運(yùn)行出現(xiàn)的同步問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并對(duì)常用的同步控制方法進(jìn)行了比較，根據(jù)系統(tǒng)的具體情況提出了問(wèn)題解決思路和方法。

一、概述

液壓翻板地磅是集電子稱重和自動(dòng)卸載于一體的散狀物料汽車卸車裝置，已經(jīng)廣泛用于糧油加工、飼料加工、造紙制漿和港口等行業(yè)，對(duì)散狀物料進(jìn)行自動(dòng)卸載，如小麥、大豆、玉米、花生和稻谷等的稱重和卸載，同時(shí)也廣泛適用于化工、冶金、礦山及一切有散狀物料接收作業(yè)的部門(mén)和單位。

載重汽車按指令沿導(dǎo)向線就位翻板平臺(tái)，起升擋輪器，檔位器擋住汽車后輪；主起升油缸升起，使翻板平臺(tái)傾斜到一定角度，在這個(gè)過(guò)程中車內(nèi)的物料被逐漸卸出；當(dāng)物料卸凈后，翻板平臺(tái)落下到位，擋輪器收回；汽車沿導(dǎo)向線離開(kāi)翻板平臺(tái)，完成整個(gè)卸料過(guò)程，其優(yōu)點(diǎn)是人工干涉小，卸車效率高。

翻板平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)是由平臺(tái)兩側(cè)的兩個(gè)三級(jí)起升液壓缸的頂升實(shí)現(xiàn)的，平臺(tái)可由液壓缸抬至傾角40°左右，傾角大小由操作員根據(jù)物料特性設(shè)定和調(diào)節(jié)，為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的平穩(wěn)頂升，保證兩個(gè)三級(jí)液壓缸的同步運(yùn)行是保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件，否則將出現(xiàn)爬行、別勁、振顫等問(wèn)題，甚至出現(xiàn)上不能上，下不能下的尷尬情形，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)車輛傾覆等安全事故，因此必須高度重視液壓翻板汽車衡雙液壓缸的同步控制問(wèn)題。

二、三級(jí)液壓缸

1.油缸

即液壓缸，液壓缸是輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比的直線運(yùn)動(dòng)式執(zhí)行元件，它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。液壓缸的輸入量是流體的流量和壓力，輸出的是直線運(yùn)動(dòng)速度和力。液壓缸的活塞能完成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出的直線位移是有限的，液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。

多級(jí)油缸又稱套疊式柱塞油缸，其閉合高度小、行程大，因此當(dāng)油缸長(zhǎng)度尺寸受到嚴(yán)格限制，而要求有油缸長(zhǎng)度的兩倍或三倍行程時(shí)，就需要要采用這種油缸。三級(jí)油缸的簡(jiǎn)圖如圖1所示。柱塞為三級(jí)套疊，最大行程約可為油缸長(zhǎng)度的三倍。

通過(guò)三級(jí)液壓缸套裝在一起的結(jié)構(gòu)方式，當(dāng)液壓油作用時(shí)推動(dòng)一級(jí)缸頂出，到規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)帶動(dòng)二級(jí)缸、三級(jí)缸，減少了安裝空間。在輸出力要求不變的場(chǎng)合，便于系統(tǒng)壓力的設(shè)定和調(diào)節(jié)，在一定流量下實(shí)現(xiàn)多級(jí)速度伸出，降低材料損耗、減輕主機(jī)的重量，便于運(yùn)輸?shù)跹b。

長(zhǎng)行程三級(jí)同步伸縮液壓缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大，在生產(chǎn)過(guò)程中由于鋼管材料、密封件規(guī)格以及加工成本的限制，各級(jí)柱塞的結(jié)構(gòu)尺寸不可能達(dá)到完全同步的要求尺寸，只能在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上使各級(jí)柱塞的相對(duì)速度近似相等。

2.造成液壓缸不同步的原因分析

根據(jù)液壓缸的特性，任何兩個(gè)以上的液壓缸同時(shí)完成同一個(gè)工作就存在一個(gè)液壓缸的同步問(wèn)題，在本文討論的液壓翻板地磅中，同時(shí)使用兩只三級(jí)液壓缸進(jìn)行平臺(tái)的頂升工作就存在一個(gè)兩只液壓缸的同步控制問(wèn)題，否則將出現(xiàn)兩只液壓缸運(yùn)行不同步，易造成頂升運(yùn)行發(fā)生顫動(dòng)、不平穩(wěn)，造成無(wú)法正常頂升問(wèn)題，甚至出現(xiàn)汽車側(cè)翻事故，因此有必要對(duì)這兩只液壓缸進(jìn)行同步控制問(wèn)題進(jìn)行研究分析。

通過(guò)對(duì)液壓翻板地磅進(jìn)行分析研究，造成兩只液壓缸不同步（翻板兩側(cè)不同步）的原因主要是：

（1）兩只液壓缸參數(shù)不一致；一致性差。

（2）多級(jí)液壓缸固有的特性。

（3）兩側(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)有差異，摩擦力不同。

（4）液壓缸的控制方法

所有這些原因，有些是可以通過(guò)保證安裝質(zhì)量或完善結(jié)構(gòu)降低影響量，但有些影響使無(wú)法完全避免的，同時(shí)，本系統(tǒng)的動(dòng)力都是由兩側(cè)的液壓缸來(lái)提供的，一旦結(jié)構(gòu)固定，相關(guān)影響也就固定了，因此，如何設(shè)計(jì)對(duì)兩只液壓缸的同步控制是保證平臺(tái)頂升穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

三、常用同步控制器件

1.分離集流閥

分流集流閥也稱速度同步閥，是液壓閥中分流閥、集流閥、單向分流閥、單向集流閥和比例分流閥的總稱。同步閥主要是應(yīng)用于雙缸及多缸同步控制液壓系統(tǒng)中。通常實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)的方法很多，但其中以采用分流集流閥—同步閥的同步控制液壓系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制造容易、可靠性強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因而同步閥在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。分流集流閥的同步是速度同步，當(dāng)兩油缸或多個(gè)油缸分別承受不同的負(fù)載時(shí)，分流集流閥仍能保證其同步運(yùn)動(dòng)。

分流閥的作用是使液壓系統(tǒng)中由同一個(gè)油源向兩個(gè)以上執(zhí)行元件供應(yīng)相同的流量（等量分流），或按一定比例向兩個(gè)執(zhí)行元件供應(yīng)流量（比例分流），以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件的速度保持同步或定比關(guān)系。

集流閥的作用，則是從兩個(gè)執(zhí)行元件收集等流量或按比例的回油量，以實(shí)現(xiàn)其間的速度同步或定比關(guān)系。分流集流閥則兼有分流閥和集流閥的功能。

2. 流量控制閥

流量控制閥簡(jiǎn)稱流量閥，它通過(guò)改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長(zhǎng)短來(lái)改變局部阻力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制，進(jìn)而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥。

3.同步馬達(dá)

同步馬達(dá)在液壓系統(tǒng)中用于同步控制時(shí)，比其他調(diào)速閥控制精度要高得多。但是同步馬達(dá)仍然存在著明顯的誤差，如果能正確使用，就能更好地發(fā)揮同步液壓馬達(dá)的同步功效，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的同步控制。

影響液壓同步馬達(dá)同步誤差的主要因素：

液壓同步馬達(dá)是由加工精度較高、尺寸相同的若干個(gè)液壓馬達(dá)組成。

相同的尺寸和較高的加工精度，使得通過(guò)每一個(gè)液壓馬達(dá)的流量（排量）近似相同，再者，由于液壓執(zhí)行器的截面積（排量）相同，從而實(shí)現(xiàn)速度同步。液壓同步馬達(dá)精度較高，但實(shí)際使用中還存在著明顯的誤差，其同步精度主要受以下一些因素的影響：

（1）液壓馬達(dá)及液壓執(zhí)行器的加工精度；

（2）負(fù)載的均勻程度；

（3）液壓管道的布置；

（4）介質(zhì)中氣體的含量；

由于以上原因，液壓同步馬達(dá)在實(shí)際使用時(shí)，存在著明顯的誤差，所以要解決液壓同步馬達(dá)的同步誤差，就必須解決以上問(wèn)題，正確、合理地使用液壓同步馬達(dá)。

四、常用液壓多缸同步的優(yōu)缺點(diǎn)

1.分流集流閥同步

使用分流截流方式實(shí)現(xiàn)同步，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、安裝方便、流量范圍大。缺點(diǎn)是精度低、抗偏載能力差、需要反復(fù)調(diào)節(jié)，只適用同步要求不高、沒(méi)有同步危險(xiǎn)的地方。屬于低端產(chǎn)品，也比較成熟，誤差終點(diǎn)補(bǔ)償，正常同步精度5%-10%。

2.同步馬達(dá)

同步馬達(dá)也是采用容積同步方式，用同心軸連接，同步性能好，抗偏載能力強(qiáng)，抗污染能力強(qiáng)，缺點(diǎn)：體積大，噪聲較大，價(jià)格高，維修困難，使用有限制，必須在轉(zhuǎn)速范圍才可以，目前是主流，使用范圍廣。同步精度1%-10%。

3.復(fù)合控制

用分流、截流、調(diào)速閥、單向閥等組成一個(gè)控制回路，是目前采用的比較多，效果比同步閥稍好，缺點(diǎn)也是抗偏載能力差，需要反復(fù)調(diào)節(jié)，油路多，需要有專業(yè)知識(shí)。

4. 比例伺服系統(tǒng)

用比例閥或者伺服閥，位移傳感器組成一個(gè)閉環(huán)回路，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)用電腦程序控制，高速響應(yīng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整，抗偏載能力強(qiáng)、精度高、專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)油品和操作環(huán)境有相當(dāng)?shù)囊?，關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口，價(jià)格高，維護(hù)保養(yǎng)困難。只適應(yīng)與小流量、大流量?jī)r(jià)格極高精度難控。精度0.01%-1%具體看傳感器精度，閥精度和CPU處理能力。

5. 程控液壓同步分流器

采用PLC將模擬量流量數(shù)字化,用容積同步的方式保證精度和安全,采用多點(diǎn)電控修正誤差,高精度可加裝位移傳感器和電控比例修正精度可堪比伺服,運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)噪音,可以不加傳感器也可高精度，無(wú)爬行。集成同步模塊，可以實(shí)現(xiàn)免調(diào)試，還可以無(wú)極調(diào)速，一個(gè)系統(tǒng)多個(gè)速度控制，缺點(diǎn)體積較大、性價(jià)比高、目前正在推廣。

五、同步控制分析

由于液壓系統(tǒng)的泄漏、執(zhí)行元件等存在的非線性摩擦阻力、控制元件間的性能差異、結(jié)構(gòu)剛度、負(fù)載和系統(tǒng)各組成部分的制造誤差等因素的影響，使得液壓同步的高精度問(wèn)題還未能完全得到解決。

實(shí)現(xiàn)液壓同步驅(qū)動(dòng)一般有開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種基本形式。

采用開(kāi)環(huán)控制的液壓同步驅(qū)動(dòng)因?yàn)樗耆揽恳簤嚎刂圃ㄈ缤介y、各類節(jié)流閥或調(diào)速閥）本身的精度來(lái)控制執(zhí)行元件的同步驅(qū)動(dòng)，而不對(duì)執(zhí)行元件的輸出進(jìn)行檢測(cè)與反饋來(lái)形成閉環(huán)控制，所以它不能消除或抑制對(duì)高精度同步的不利因素的影響，因此，只適用于同步要求較低的場(chǎng)合。

在同步要求較高的場(chǎng)合就需要采用閉環(huán)控制，需要對(duì)輸出量進(jìn)行檢測(cè)與反饋，從而形成閉環(huán)控制，最大程度消除器件差異、結(jié)構(gòu)等不利因素的影響以獲得高精度的同步驅(qū)動(dòng)。隨著現(xiàn)代控制理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓同步閉環(huán)控制已經(jīng)越來(lái)越得到人們的重視，這種控制形式幾乎在所有需要高精度液壓同步驅(qū)動(dòng)的各類主機(jī)上都得到了較好的應(yīng)用。

六、液壓翻板地磅工作分析

液壓翻版一般是3.5米寬，18米長(zhǎng)的平臺(tái)，可以承載需要卸料的汽車，載重一般在60t以上，一端（卸料端）的兩側(cè)是固定軸端（如圖2所示中的A點(diǎn)，）翻板以此點(diǎn)為固定圓心頂起，在平臺(tái)中間部位（如圖2所示中的B點(diǎn)）的兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)多級(jí)液壓缸，作為頂升動(dòng)力，液壓缸的固定端固定在設(shè)備基礎(chǔ)上（如圖2所示中的C點(diǎn)）。

當(dāng)需要卸料時(shí)，啟動(dòng)液壓缸頂升翻板平臺(tái)，使可安全?？吭诜迤脚_(tái)上的汽車隨翻板平臺(tái)一起傾斜到需要角度從圖2所示狀態(tài)到圖3所示狀態(tài)，從而將物料依靠重量自動(dòng)卸載，傾斜角度可根據(jù)物料特性不同而進(jìn)行調(diào)整，卸料完成后再啟動(dòng)油缸回收，恢復(fù)到圖2所示狀態(tài)。

七、液壓翻板工作工程中的同步問(wèn)題

由于液壓翻板工作工程中（從圖2所示狀態(tài)到圖3所示狀態(tài)或從從圖3所示狀態(tài)到圖2所示狀態(tài)）是靠翻板兩側(cè)的三級(jí)液壓油缸提供動(dòng)力的，兩個(gè)油缸一同完成一個(gè)工作就存在一個(gè)工作同步問(wèn)題。

仔細(xì)分析設(shè)備工作過(guò)程和狀態(tài)，兩個(gè)液壓缸在工作過(guò)程中受到的壓力是變化的，剛開(kāi)始頂升時(shí)壓力最大，隨著頂升角度的加大，液壓缸所受到的壓力減??；同時(shí)由于汽車上車的位置有偏差，也造成兩個(gè)液壓缸的受力不同，有大有小，這些也能造成液壓缸不同步問(wèn)題發(fā)生。

所謂液壓翻板的同步問(wèn)題就是保證兩個(gè)液壓缸的運(yùn)行平穩(wěn)，不犯別，從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)分析，造成設(shè)備運(yùn)行不同步的可能原因主要有以下幾點(diǎn)：

1.設(shè)備固定端（A點(diǎn)）兩側(cè)軸不同心；

2.兩個(gè)液壓缸的安裝位置不對(duì)稱、軸不同心，造成兩側(cè)頂升同樣高度或角度需要的液壓缸行程不同；

3.兩個(gè)多級(jí)液壓缸的加工精度低，不能保證兩個(gè)多級(jí)液壓缸的參數(shù)一致；

4.翻轉(zhuǎn)平臺(tái)剛性差，造成兩個(gè)液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中的受力不穩(wěn)定。

5.兩個(gè)液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中受到的摩擦阻力不同。

6.液壓缸的同步控制比較簡(jiǎn)單或未考慮。

7.未采用可靠的閉環(huán)控制方式，或采用的采樣點(diǎn)不合理。

八、解決同步問(wèn)題的方法

1.解決好制造、安裝問(wèn)題，保證各軸的同心度和位置的對(duì)稱一致，各連接處保證潤(rùn)滑良好，確保各活動(dòng)連接處運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

2.保證翻轉(zhuǎn)平臺(tái)的剛性滿足要求（一般沒(méi)有問(wèn)題）。

3.購(gòu)買(mǎi)加工精度高、一致性好的質(zhì)量穩(wěn)定的三級(jí)液壓缸。

4.采用閉環(huán)控制方式

仔細(xì)分析翻板平臺(tái)的運(yùn)行過(guò)程，所以看出，所謂的同步問(wèn)題最根本的是保證翻轉(zhuǎn)平臺(tái)在液壓缸的作用下兩側(cè)的上升角度一致，只要平臺(tái)角度一致了就不會(huì)出現(xiàn)液壓缸別勁問(wèn)題，從而影響液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。

因此，解決液壓缸的同步問(wèn)題根本就是解決翻轉(zhuǎn)平臺(tái)兩側(cè)上升角度一致問(wèn)題，所以在翻轉(zhuǎn)平臺(tái)兩側(cè)的合適位置增加角度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)上升的角度，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行兩個(gè)液壓缸的控制從而保證平臺(tái)兩側(cè)上升角度差在合適范圍內(nèi)（具體參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際確定）是解決液壓翻板地磅液壓缸同步問(wèn)題的根本思路。

在液壓缸上增加拉伸傳感器，實(shí)際就是控制兩個(gè)液壓缸的行程一致，但由于液壓缸行程一致了并不能完全保證平臺(tái)上升角度一致，從而造成兩個(gè)液壓缸有可能在平臺(tái)的影響下出現(xiàn)別勁問(wèn)題，進(jìn)而影響液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行，出現(xiàn)不同步問(wèn)題。因此若保證通過(guò)控制兩個(gè)液壓缸行程一致來(lái)解決同步問(wèn)題必須在保證制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、維護(hù)質(zhì)量的前提下，才能達(dá)到較好的控制效果。

九、結(jié)束語(yǔ)

影響液壓翻板地磅雙液壓缸同步運(yùn)行的因素很多，通過(guò)對(duì)翻板平臺(tái)工作過(guò)程進(jìn)行分析可以看出，要解決同步問(wèn)題，首先要保證設(shè)備的各運(yùn)行點(diǎn)的加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量和維護(hù)質(zhì)量，以及液壓缸的采購(gòu)質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上可以有多種同步控制方法得到較好的兩個(gè)三級(jí)液壓缸的同步運(yùn)行效果，但最可靠的控制方法還是增加角度傳感器以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)兩側(cè)上升角度一致的閉環(huán)控制方式，從而保證兩個(gè)液壓缸的穩(wěn)定可靠同步運(yùn)行。