位移传感器在某大型设备起竖同步问题上的应用

AaronSpark

　　程洪杰,谢　建,张宝生,许建峰

　　Displacement Sensor’s Using in the Synchronization Problem of the Large Equipment

　　Cheng Hong2jie ,Xie Jian ,Zhang Bao2sheng ,Xu Jian2feng

　　(第二炮兵工程学院202 分队,陕西西安　710025)

　　摘　要:该文对某大型设备起竖液压缸的同步问题作了初步的探讨,对起竖液压缸的液压回路做了一些改进,并且利用超声位移传感器和单片机组成的系统来判断两起竖液压缸的速度,并将速度差异传送给控制器进行实时控制。该方法不但使系统同步性能优良,而且可实现性和实时性好。

　　关键词:位移传感器;起竖液压缸;液压回路

　　中图分类号:TP21219 　文献标识码:B 　文章编号:100024858 (2004) 0720065202

　　1 　前言

　　某大型设备采用双液压缸进行起竖,并且由于特殊的要求,需要其起竖速度尽可能地快。但是,在实现快速起竖的过程中,往往存在着一些不稳定因素,那就是该大型设备起竖液压缸的同步性问题没有很好的解决。起竖液压缸不同步,就有可能导致该设备在起竖过程中的不平稳,甚至使液压缸发生扭转,缩短了液压缸的寿命。为了改善该大型设备的起竖同步性能,提高快速起竖的能力,延长液压缸的使用寿命,本文在该大型设备的起竖回路上进行了改进,并利用位移传感器来测试两缸的运动距离,将检测到的距离差值即时传送给控制器来进行控制,实现了起竖液压缸的同步控制。

　　2 　液压系统的改进

　　图1a 是某大型设备起竖回路液压系统工作原理图。在该设备起竖时,电磁换向阀YA1 通电,P1 口来的高压油液通过电磁阀YA1 后分为两路。一路通过单向阀1 到达A 点;另一路到达安全阀4 的控制口,将其阀芯推向中位。A 口处的油液通过油管分别进入左、右起竖液压缸的正腔,液压缸在高压油的作用下开始起竖过程。反腔油液在B 处汇合后通过安全阀4 和换向阀1 回到P2 处。这就是起竖过程的工作原理。

　　高压部分增加了一个缓冲阀,减少控制油路换向引起的冲击,减小整个系统的振动,并且每个泵源部分采用插装阀内控油路形成单向阀, 溢流部分则由压力控制插装阀和一个外控先导阀组成,保证系统压力限定在设定压力范围,防止系统过载。上缸液压部分控制油路采用4WE6B261/ CG24N924/ B1C 换向阀,保证换向准确无误;由于上缸行程大,采用差动方式快速下行,根据产品要求,在回路中增加二级压力转换;上缸是一个缸套缸结构,因而在液压部分增加一个顺序阀,同时参

　　考部分进口液压机的液压原理,为满足产品浮动要求,在上缸的下腔出口增加一个单向直控调速阀,使之与下缸上腔相连,当DT11 作用时可实现恒压浮动,浮动量可自由调节,满足了不同工艺要求。下缸部分控制阀采用4WE6D261/ CG24N9Z4 可实现产品摩擦浮动,保证压制出的产品外表面均匀光滑无结层、断层现象发生。为防止误动作的发生,控制油路采用梭阀,使控制口总是与较高压力相连通,从而保证了关闭的可*性。整个系统电信号采用PC 机自动控制,准确率高,维护简单, 保证系统正常运行。液压系统原理图如图1所示。

　　3) 效果

　　通过这次改造,彻底解决以前液压系统故障频繁,维护困难,漏油严重,压制产品质量不稳等现象,提高了设备使用效率,同时也保证产品的精度。从图1a 可以看出,进入起竖液压缸正腔的油液只是通过油管简单地分为两部分,若发现起竖过程中两液压缸不同步,那么根本就无法进行干预和控制。

　　针对这个问题,我们可以对这个系统的液压回路

　　



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　　图1 　起竖回路液压系统图

　　改进如图1b所示, 在原有图形的基础上,添加了一个由控制器7、换向阀YA2、单向阀6 和阻尼孔5 组成的液压回路。控制器主要是根据传输进来的速度差异来控制换向阀YA2 的左、右侧电磁铁。起竖系统以左侧起竖液压缸的起升速度为升速基准,在起竖过程中,若两液压缸不同步,则由位移传感检测器件判断,右侧起竖液压缸的运动距离与左侧相比是长还是短,也即右侧起竖液压缸的起升速度与左侧的相比是高还是低。如果右侧液压缸的升速高,则控制器

　　7 根据传感器传

　　来的检测信号,控制电磁换向阀YA2 右侧电磁铁通电,由A 口进入右侧起竖液压缸的油液将通过阻尼孔5 释放出一部分,使右侧起竖液压缸的升速降低;如果右侧液压缸的升速低,则控制器7 根据传感器传来的检测信号,控制电磁换向阀YA2 左侧电磁铁通电,高压油经过单向阀6 输入右侧起竖液压缸的正腔,使其升速加快,保证起竖过程两液压缸的同步性。根据以上原理可知,在纠正起竖液压缸的同步偏差时,电磁换向阀YA2 的工作状态有3 种:左位接通、中位、右位接通。对应的右侧起竖液压缸的控制状态分别为:供油、零、放油。图2 表示了起竖系统的闭环控制过程。图中R( t) 为系统检测输入信号, X0 ( t) 为影响起竖液压缸速度的输出信号。图中比较器是此闭环系统的单片机控制器,通过比较设定值和输出量之间的差值来确定不同的控制值,也即来控制换向阀YA2 是给起竖液压缸供油、零、还是放油。在该大型设备起竖过程中,这种同步偏差的校正

　　



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　　图2 　起竖回路液压系统闭环控制过程

　　是实时进行的,因而可以保证误差在较小的范围内。

　　3 　传感器的安装与使用

　　由于使用上的特殊要求,传感器必须安装在液压缸的内部,而液压缸属于快速运动部件且油压很高,因而采用了非接触式的超声波测距原理。由于本系统对精度要求很高,而超声波的传播速度受传播介质的压力、温度、浓度的影响又很大,为了解决这一问题,故利用超声波在同一种介质下传播的速度是相同的这一原理,在两液压缸的中直线上分别设置采用了一个发射探头和一个接收探头的位移检测装置,在两液压缸内发射同时超声波,从超声波发出到接收所用的时间的长短就可以比较出两液压缸的运动速度的快慢,其安装如图3 所示。

　　



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　　图3 　位移检测装置

　　设左侧液压缸超声接收延迟时间为t1 、右侧液压缸超声接收延迟时间为t2 ,只要测出t1 、t2 就可以判断出哪个液压缸运行速度快、哪个运行速度慢,然后再利用控制器进行相应的控制。

　　4 　结束语

　　(1) 由于是在液压缸内部安装位移检测装置,因而减小了测量误差,提高了系统的控制精度。

　　(2) 本系统组成简单,性价比较高。利用此系统,能较好地解决该大型设备的起竖同步问题。

　　参考文献:

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