液压升降装置机液伺服系统响应特性

张垚

摘要：液压升降装置属于高空作业设备，在矿井开采、码头、港口、建筑等行业中被广泛应用。我国现阶段使用的液压升降装置多以仿制的为主，缺少相应的设计标准及优化改进。液压升降装置的结构多样，在不同的结构形式中，剪叉式液压升降装置以其折叠的结构，可以具有两种不同的工作状态，并且以其灵活调整的特性得到了广泛的应用。剪叉式液压升降装置的起升结构采用剪叉机构，能够保证较高的稳定性，并且承载较大，可以依据需求制作较大的作业平台，满足多人作业，从而提高高空作业的工作效率。本文对液压升降装置机液伺服系统响应特性进行分析，以供参考。

关键词：液压升降装置;机液伺服;响应特性

引言

液压插销升降控制装置作为海上可移动平台的关键设备，主要实现平台的升降控制功能。根据CCS船级社《海上移动平台入级规范》要求“控制系统的设计应使控制系统中出现的故障对控制过程产生的危险性尽可能降到最低的程度，并不会使备用的自动和/或手动控制失效”。在设计该控制系統时考虑采用西门子S7-400HPLC冗余系统作为液压升降系统的控制器，通过PROFIBUS总线实现对各固桩室传感器、执行器的数据采集和控制，并通过工业以太网实现人机交互，对系统运行参数进行实时监控。

1伺服控制原理

液压举升装置的机械液压伺服系统原理，在阀控式柱塞缸的基础上形成闭环。伺服控制原理如下：给定输入速度信号vi通过输入增益Ki传输到比较链路，输出欧布利特信号vc输出为负反馈，反馈增益Kf后获得反馈速度vf，比较输出和输入生成偏差信号δV，积分/比例Kd强化后得到阀门核心位移信号xv。此信号控制活塞缸以设定的速度运行。活塞速度随输入速度信号的变化而变化。信号转换由构成机床液压调速伺服系统的机械零件和液压元件完成。

2集成式机液伺服液压缸动态性能分析

（1）泄漏对系统泄漏系数性能的影响直接代表系统泄漏。该系统由MATLAB软件进行仿真分析，得到了不同泄漏系数下的步骤响应图。泄漏系数在一定范围内。泄漏系数的增加加快了系统的响应速度，但超负荷和调节时间略有增加。超出这一范围，系统反应速度会减慢，超音速会增加，稳定性会大大降低。该系统泄漏系数约为3×10-9，系统响应速度加快，系统超音速度低，从而提高了系统的响应能力和稳定性。因此，为了使综合机械液压伺服控制系统具有更好的动态性能，尝试将系统的泄漏系数从原来的5.01×10-11提高到约3×10-9，即增加系统的泄漏量。对于机械液压伺服系统来说，增加系统泄漏主要是可以在液压缸前后室中添加阻尼液导孔，或者在系统中添加动态压力反馈装置，以提高系统的动态性能。（2）通过改变集成液压伺服缸的泄漏，可以确定泄漏系数在一定范围内。泄漏系数的增加加快了系统的响应速度，但调节时间略有增加。超出这一范围，系统反应速度会减慢，超音速会增加，稳定性会大大降低。系统泄漏系数约为3x10-9，系统响应速度加快，系统振荡小，系统响应性能好，系统稳定性好。

3RH精炼炉钢包升降装置液压缸更换技术

（1）托盘拆除。在托盘上表面焊接4个吊点，将托盘升起，高出地面1.0m，并在地坑内将液压缸框架四个支腿用HW200×200×9×14型钢固定住，防止液压缸漏油下降，固定后，使用架板在托盘下部框架筋板上搭设检修平台，人员站在平台上面，用2把18″扳手拆除托盘的16个M30×120螺钉（如果拆不动或丝断，只能重新攻丝），拆除完毕后，将地坑四个支撑H型钢拆除，主控室摘检修牌，将托盘落至地面，用4根准18×6m钢丝绳、4个10t卸扣与托盘吊点连接，利用行车吊起后放在顶升台车上，倒运至东侧，用行车转运至地面。同步拆除吊顶东侧横梁，将喷补车开至大梁下部，挂检修牌。先将横梁上部监控镜头拆除，在横梁上安装两个3t手拉葫芦将横梁固定，人员拴好安全带站在喷补平台上，将横梁用气割割断，用手拉葫芦放至台车上，摘牌后倒运至工作位东侧，再挂好检修牌。（2）液压缸固定。将4根型钢支撑在液压缸升降立筋位置，焊接固定，并拆除液压油管、机械限位、甘油润滑装置，拆除机械限位前要做好标记。（3）先将顶升台车开至工作位西侧，将4个35t卸扣安装在液压缸框架吊耳上，用4根准36×6m钢丝绳挂在125t桥式行车主钩上，将框架提升8.7m，使框架底部支腿高出顶升台车，慢慢向东移动顶升台车，至工作位，指挥行车将框架缓缓放置在台车钢包放置位，拆除钢丝绳，移动顶升台车将框架倒运至工作位东侧。

4剪叉式液压升降装置结构分析

剪叉式液压升降装置主体结构可以分为底座、起升结构和作业平台三部分，底座提供整体结构的支撑，可以是固定式或者自行走的结构;作业平台是为工作人员提供操作环境的结构，可以承受一定的载荷，依据作业需求可以设计不同的平台形式;起升机构主要是由剪叉臂及液压缸组成，依据起升高度及负载的需求，进行剪叉臂及液压缸的结构及数量的选择，液压缸布置在升降装置的内部，可以优化整体的结构，液压缸多选用双座泳的单杆活塞式液压缸，通过液压缸的驱动实现升降作业，同时保证在升降过程中的安全性，避免造成冲击。

5仿真结果分析

5.1柱塞直径对响应性能的影响

如果其他因素保持不变，则随着活塞直径的增加，砂砾时间会延长。根据520毫米、550毫米、600毫米、650毫米和700毫米的活塞直径，上行时间约为0.22秒、0.15秒、0.41秒、0.54秒。0.64秒，系统响应速度慢。响应稳定性随着活塞直径的增大而提高。当活塞直径为520毫米和550毫米时，出现振动现象，然后趋于稳定，调整时间约为0.95秒或。1.80秒。分析了该规则理论后，随着活塞直径的增加，活塞的横截面面积Ac增大，系统的开环增益系数Kv降低，响应速度减慢，工作精度降低。液压提升装置的活塞直径由油缸外部载荷、系统流量和结构强度等因素决定。活塞直径的减小可以提高系统的响应速度，降低系统的流量需求，但会增加机油缸的工作压力，要求提高机油缸结构的机械性能，影响系统的稳定性。增大活塞直径可以提高系统的稳定性，降低气缸的工作压力，但会增加系统的流量需求，增加气缸的总尺寸。因此，应在合理范围内控制活塞直径。根据仿真结果，提出液压升降装置活塞直径d的设计范围应为580mm～650mm。

5.2系统压力对响应性能的影响

当其他因素保持不变时，随着Ps系统压力的增加，上升时间略有缩短，但系统反应速度基本相同;响应稳定性随系统压力的增加而恶化，系统压力在15MPa、18MPa和21MPa的曲线形状基本相同，呈轻微振荡上升趋势，但总体稳定;当系统压力为24MPa和27MPa时，曲线振动的上升幅度略有增大。可以看出，随着压力的不断增加，系统反应的不稳定趋势在增加。这是因为随着系统压力的增加，伺服阀阀阀端口的压力差增大，从而增加了Kq和Kv，进而降低了系统反应的稳定性。

结束语

剪叉式液压升降装置是广泛使用的升降装置类型，剪叉式结构可以实现作业平台的垂直运动，结构简单，具有较大的承载能力，且升降的高度可以依据需要进行调整，可以依据作业需求，设定固定或者移动式的升降装置，具有良好的使用性。本文所分析研究的剪叉式液压升降装置的剪叉臂最大应力位置出现在中间销孔的位置处，最大值小于材料的许用应力，满足剪叉臂的使用需求，可以保证剪叉臂的承载安全，保证液压升降装置的安全工作。

参考文献

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