同步液压升降机构的设计与研究

曾庆伟

摘要：现役的垂直高度方向可调式轮廓测径仪多采用手动式机械调节，调节费时费力，而且由于工作环境恶劣（高温、重灰）以及维护等原因影响，设备在使用中经常出现齿轮、丝杆等部件卡死情况，造成升降功能无法使用，影响测径仪数据测量，严重影响生产效率。本文中通过采用同步液压升降机构实现测径仪垂直高度方向自动升降调节功能。

关键词：液压系统、同步升降、垂直高度调节

中图分类号：V233文献标识码： A

随着市场经济体制的发展，市场需求不断变换，轧钢厂在生产棒（线）材时，因各型号轧材需求不断变换，需要经常更换轧材品种。而测径仪作为轧钢生产线中一环重要的测量控制环节，必须要实时、准确测量数据并予以反馈。现有轧钢生产线在生产过程中，因轧线轨道很少或基本不进行高度调节，造成不同规格轧材在同一条线中生产时轧材中心高度不一致。而测径仪在使用时为提高测量精度，保证轧线中心与测量中心一致是非常有必要的，因此对测径仪进行高度调节是相当有必要的。现役手动式调节方案费时费力，使用中存在相当多的问题，因此有必要考虑实现自动调节。

1基本组成

本机构设计主要是为实现测径仪垂直高度自动调节，主要包括机械部件及液压部件两部分组成。

现役有轨式测径仪采用四轮支撑。在使用时要求测径仪中心随轧材品种更换平稳调节升降，以保证测径仪中心与轧材中心一致，因此调节升降时对四轮升降同步率存在一定要求。经过试验数据比对，以直径50mm测量样棒试验数据为例，只要不超出光学测量范围之外，沿轨道方向，车轮同步误差对测径仪测量数据基本不影响；而沿轧线方向，同步误差每相差1mm，测量样棒不圆度误差0.056，而测径仪在设计使用时要求整机允许测量误差在±0.08以内，部分高精度要求误差达到±0.02以内。因此通过以上实验数据可以看出，沿轧线方向同步误差对测径仪测量数据影响显著，并可能直接影响测径仪使用，而沿轨道方向车轮同步误差基本不影响测量数据，在设计同步机构时应重点保证沿轧线方向车轮同步误差较小来提高测量精度。本文中采用机械式同轴键连接保证轧线方向车轮同步，沿轨道方向采用同步液压缸来实现同步。

2机械部件

机械部件结构主要包括车体、大支臂、小支臂、主轴、车轮等。其中车体上平面为测径仪相关光学电器等测量设备安装平台。

沿轧线方向，车体同一端的大支臂与小支臂通过一根主轴连接，用键固定，形成固定连接，通过控制加工精度、装配精度来保证同一端大小支臂与主轴同步转动以保证两车轮在运动中高度一致，同步升降，消除沿轧线方向车轮同步误差对测量的影响。

沿轨道方向，两液压油缸尾部用铰轴固定在车体中间的铰座上，另一端与大支臂连接，通过液压系统控制两液压油缸同步伸长或缩短，实现两根主轴同步转动，进而实现四车轮同步升降（基本结构见图1）。若采用电机驱动丝杆带动两根主轴同步转动，受环境中大量灰尘水汽影响，丝杆极易出现卡死现象，存在隐患。

图1部件结构图

同一侧两车轮在轧线方向，车轮通过键连接为整体。其同步误差主要来源于

各零部件加工精度，及部件装配精度。制作时需严格控制各零部件加工制造精度要求，且安装后需进行高度校正，以保证两车轮在运动过程中同步精度。

3同步液压缸的实现

随着液压技术的发展，液压元件已经逐步实现了标准化，常见的同步回路设计有节流调速同步系统、分流集流阀同步系统、同步液压马达同步系统、比例同步系统等，需根据不同的设计使用需要选择不同的同步系统。节流调速同步系统造价低，调整简单，可多缸同步，但同步精度相对差，节流口易磨损而导致同步率下降，不能用于精度较高的系统中；分流集流阀同步系统属于固定节流口式的同步系统，使用简单，同步精度一般，只能实现双缸同步，设计制造时需精确核算油缸需油量；同步液压马达同步系统，能实现多缸同步，但对油缸的安装形式和负载情况有一定要求，同步马达输出受负载影响，适用于油缸水平安装使用；比例同步系统同步精度高，结构相对复杂，但对电气控制要求较高。液压系统设计选型中，在满足设计使用需求的前提下，因选用结构简单，造价低，调试和使用方便的液压系统。

本次设计中，两同步液压主要实现沿轨道方向车轮同步升降，同步精度要求相对较低，结合轧钢厂生产车间实际情况以及工人操作习惯，可选用分流集流阀同步系统。其液压同步精度误差在测径仪使用允许误差内，操作简单，成本相对低廉，可以满足设计使用要求。其基本液压原理图见下（图2）。

图2 液压系统原理图

使用分流集流阀同步系统控制油缸，根据该同步系统的特点，在制作时，油缸制作以及液压站选型等都需要进行严格的流量核算，根据油缸需要的油量来对分流集流阀进行选型，以提高液压系统同步精度。

因本次设计中沿轨道方向同步精度要求不高，以上选用的均为较简单的液压系统，其中未涉及液压反馈调节回路和相关保压回路，在短期保压情况下（半个月或一月以内），以液压系统自带电磁球阀即可保正油压负载基本满足油缸使用要求，此种情况适用于频繁变换轧材规格情况下使用。在同一种规格轧材长期生产的情况下（时间长达一月以上不需要调节升降），我们在液压缸上额外增加机械锁定部件（见图1中所示部件），辅助进行高度锁定，维持高度。通过调节机械锁定螺母，锁死油缸。该部分根据现场实际情况选用。

4实际使用

在升降机构实际安装的时候，要求同一主轴上两键槽加工精度误差小于0.005，并且装配时需在平台上对已安装的车轮进行高度校正，保证同一根主轴上两车轮同步误差小于0.01。液压缸在设计时，两缸同步误差小于3%，实际安装调试中，空载状态下同步误差小于1.5%，负载状态下同步误差小于2%，完全可以保证侧量系统光场测量范围，基本不影响光场测量数据。

整机安装调试完毕后，测量小车四轮同步情况，沿轧线方向同步误差小于0.01，沿轨道方向同步误差小于2%（不影响测量数据），整机使用时该升降系统对测量数据影响误差小于0.01，以上数据可以满足测量系统使用要求。该同步机构在测径仪上可正常使用。

5总结及前景

随着工业技术的发展，液压系统已广泛运用于各个行业中，在工业设备中使用液压控制系统已经是一种时代趋势。本机构中液压系统与机械结构配合使用，相互补充实现测径仪垂直方向高度调节，在保证测量设备使用需求得情况下，极大地提高设备的自动化效率。

该升降调节机构的使用，大大简化轧线品种变换过正中的测径仪调节操作，节省人力、时间，有利于提高效率。

该机构具有广大使用前景。不仅仅适用用测径仪设备，对同类型在使用中需要进行高度调节的其他设施设备均可应用。同时在高科技自动化生产线中，还可以通过，更换同步液压系统，例如采用比例同步液压系统、同步马达液压系统或增加液压反馈控制回路，控制油缸进油速率、油量等等方式，将测径仪测量数据、液压调节控制数据进行终端汇总，与轧线轧机控制系统数据进行对接，实现生产线闭环全自动化生产调节，提高生产效率，降低劳动成本。这也是未来工业生产的发展方向。

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