风电叶片翻转模具液压同步控制系统的设计

韩 幸，刘 杰

(1湖北理工学院 机电工程学院，湖北 黄石 435003；2三一电气有限责任公司研究院，广东 珠海 519100)

风电叶片翻转模具液压同步控制系统的设计

韩 幸1，刘 杰2

(1湖北理工学院 机电工程学院，湖北 黄石 435003；2三一电气有限责任公司研究院，广东 珠海 519100)

液压同步回路在液压系统中的应用十分重要，液压同步的控制方案有多种。通过对叶片翻转模具传统手控、泵控同步方案的分析，提出了基于阀控同步的风电叶片翻转模具液压系统的设计方案，说明了该系统在实际应用中的优点。该系统有效地解决了臂架和模具钢变形、模具上下模错位等工程问题。

叶片翻转模具；液压系统；同步控制；阀控

同步是指2个或2个以上的液压执行机构(液压缸或液压马达)，在相同时间内运动保持同位移(液压缸)或同转角(液压马达)。在液压系统中，能够实现液压系统同步的方法有多种。文献[1]采用机械刚性连接的同步油缸回路；文献[2]采用并联油泵控制的同步回路、分流集流阀同步回路等。文献[3]分析了液压同步控制的特点，进行了方案设计，并在摊铺机液压系统中予以应用说明。文献[4]研究了保证液压翻转机构实现平稳性翻转的条件与算式，设计了翻转架同步控制系统和算法。

在液压同步系统中，由V=Q/A(其中V为运行速度；Q为流量；A为液压油通过的面积)可知，尽管各液压缸可采用相等的有效工作面积，但由于存在运动过程中所承受的负载、摩擦阻力等不均衡，以及管路长度不一致、泄漏量的不同、油缸有效行程制造误差、油缸的安装精度不同等问题，无法保持流量时刻一致，因而液压缸同步动作将受到执行元件负载的差异、液压系统的泄漏、制造误差等[3]因素的影响。同步回路的作用就是克服这些影响因素，补偿它们在流量上所造成的误差。本文根据叶片翻转模具中翻转臂的同步要求，设计了满足其特殊工况要求的液压同步控制系统。

1 方案分析

叶片翻转模具图如图1所示。在0°～180°的翻转过程中，2组或多组翻转臂通过上、下模螺栓连接，其运行须同步，如果同步精度不够，将加速臂和模具钢架变形、上下模具的上下模错位、臂架安装松动等，影响整个叶片翻转模具的同步。

图1 叶片翻转模具图

1.1手控同步

目前风机叶片翻转模具主要采用手动控制来实现2个或多个翻转臂架的同步。原方案液压原理图如图2所示。电磁溢流阀4、电磁换向阀7通电，油液经过手调压力补偿阀5、换向阀7，推动翻转油缸，实现模具的开合。随着上模的翻转，角度传感器6识别角度信号，在操作面板上显示，当2组或多组翻转臂架的角度偏差超过±1.5°时，须停止运行，检查维修，以避免对翻转机造成损伤。

图2所示方案的主要优缺点如下：

1)手动开环控制将不可避免地因载荷不同而产生同步误差。手动调节压力补偿阀5的开度能调整翻转速度，成本较低，但由于无法克服每组翻转臂架翻转时的累计角度误差，所以精确度难以保证。当翻转模具使用的时间太久(超过一年)，翻转机构逐渐变形，手动阀需不断重新调整，翻转过程中的累计误差将进一步加速翻转机构的变形[4-5]。

2)在操作面板上能观察2组或多组翻转臂架的角度偏差。但偏差较大时(超过±1.5°)，不能自动校正，需停机检查、重新调整，给操作和维护带来极大不便。

3)系统使用液控单向阀3使上模能停留在任意位置，但不可避免地因换向冲击和反向载荷而产生抖动、爬行现象。在翻转过程中，上模质量较大(几十吨)，运行速度较高(15 mm/s左右)，突然换向或停止，会产生很大的冲击和振动，而机械刚性很难克服处于浮动状态的上模的重力。

1.2泵控同步

泵控原理图如图3所示。电磁溢流阀5通电，油液经过换向阀4、平衡阀3推动翻转油缸，从而实现模具的开合模。液压油泵后接2个电磁换向阀4，使臂架两侧的翻转油缸输入的压力相等，流量自由分配。角度传感器7识别角度信号，闭环控制反馈为电流信号，通过变频电机的转速调节，改变油泵的流量输出，从而自动校正角度偏差，实现2组或多组翻转臂架运动同步。

图3所示方案的主要优缺点如下：

1)系统使用几组定量泵和变频电机，闭环控制，自动反馈，保证2组或多组翻转臂架运行的同步，同步精度为±0.1°左右。原理较简单，但由于定量泵系统属于开式系统，响应较慢，发热量较大，精度相对较差。

2)系统使用平衡阀3可使上模能停止在任何地方，防止爬行。

3)对于1.5 MW及以下的中小型模具(2组翻转臂架)比较实用，但2.0 MW以上的模具至少需要使用3组翻转臂架，这样就要增加油泵和电机数量，将导致机构庞大，占用较大空间。

4)成本较高，系统噪声较大，故障点较多，安装维护不方便。

2 阀控同步控制系统

除了上述同步控制以外， 同步马达也可以实现2个或多个机构运行的同步，但由于叶片模具作0°～180°翻转，同步马达难以抵消因机械机构引起的累积角度偏差，且泵和阀安装在液压站上，离翻转臂架较远的位置，而马达须安装在翻转臂架上，占用体积较大，影响风电叶片制作时操作的方便性，因而同步马达不适用于叶片模具液压系统[6-7]。综合上述同步控制方案的分析，本文针对风电叶片翻转模具特点采用阀控同步方案，阀控液压原理图如图4所示。电磁溢流阀4通电，油液经过比例调速阀5、换向阀7、平衡阀3推动翻转油缸，从而实现模具的开合。角度传感器6识别角度信号，闭环控制反馈为电流信号，通过比例调速的开度调节，自动校正角度偏差，从而实现2个或多个翻转臂架运行的同步。比例调速阀带压力补偿，由电流控制其开度，电流越大，开度越大，输出的流量越大，因而运行速度越快；电流越小，开度越小，输出的流量越小，运行速度越慢。当模具突然启动或停止时，将比例调速阀打开或关闭时间设为0.5 s，大大降低了换向冲击，能使模具启停平稳。阀控运行简图如图5所示。

图5 阀控运行简图

本文设计的风电叶片翻转模具阀控同步系统经应用检验，主要有如下优点：

1)采用双向平衡阀控制，模具启停、翻转平稳，叶片模具能停留在任意角度。

2)使用比例调速阀供油，采用自动反馈的闭环控制有效地实现了2个或多个翻转臂架运行的同步，极大地减小了同步误差。同时，通过比例调速阀的延时设置，大大降低了换向冲击，增强了翻转的平稳性。同时系统相对节能，发热量较小，控制较精确。

3)系统集成度较高(油泵和阀组大部分都可集中在液压站上)、故障率相对较小、噪声也较小、安装维护也较为方便。

4)阀控系统适用于各种大小型号的模具，成本较低，占用空间体积较小。

3 结束语

液压同步控制系统在多个液压执行元件系统中应用广泛，通过对风机叶片模具目前主要采用的手控、泵控同步方案的分析，提出了基于阀控同步的风电叶片翻转模具液压系统的设计方案。该系统可以保证液压系统启停、翻转平稳可靠，多组翻转臂架的同步精度可控制在±0.07°以内(国内标杆叶片翻转模具液压系统为±0.1°)，有效地减少了臂架和模具钢的变形、模具上下模错位、臂架安装松动等问题，延长了整个叶片翻转模具的使用寿命。

[1] 罗燕营.液压同步回路及同步控制系统实现的方法[J].液压与气动，2004(4)：65-67.

[2] 郜立焕.机床滚压加工液压同步控制系统的研究[J].工矿自动化，2010(9)：74-75.

[3] 黄志建.液压同步控制在摊铺机液压系统中的应用[J].液压与气动，2012(9)：89-90.

[4] 孙后环，徐海涵，杨谋存，等.风电叶片模具液压翻转机构的速度控制[J].液压与气动，2012(9)：89-90.

[5] 徐海涵，孙后环，杨谋存，等.风电叶片模具液压翻转机构液压缸支点位置的设计[J].起重运输机械，2009(12)：29-32.

[6] 杨力.板坯连铸机液压系统中的液压同步回路分析[J].科技经济市场，2010(7)：9-10.

[7] 胡勇.电液推杆中插装式组合阀的设计[J].机械制造，2004，42(481)：53-55.

(责任编辑桂堤)

Design of Synchronous Control System of Hydraulic Upturning Mechanism for Wind Power Blade Mould

HanXing1，LiuJie2

(1School of Mechanical and Electronic Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003；2Electric Sanygroup Co., Ltd,Zhuhai Guangdong 519100)

Hydraulic synchronous circuit plays an important part in hydraulic system.There are many control methods in synchronous control system.Through the analysis of traditional manual control and synchronous pump control for blade turning mould,this paper proposes the design of wind power blade turning mould hydraulic system based on synchronous valve control.The advantages of the system in application are expounded.The system can effectively solve such problems as deformation of the jib and mould steel,and dislocation of the mould.

pinion unit;pitch radius;pitch deviation;probability distribution

2013-09-05

湖北省“机械工程”重点学科项目。

韩幸(1980— )，男，讲师，硕士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2014.01.003

TH137

A

2095-4565(2014)01-0009-04