四缸等温锻造液压机横梁机械结构建模    惠州路灯车出租

     四缸等温锻造液压机横梁机械结构建模    惠州路灯车出租,  惠州路灯车公司, 路灯车出租   四缸等温锻造液压机横梁平台采用四点式结构。在横梁的四个部位安装四个相同的液压缸，当锻压机工作时，四个液压缸同步运动，完成锻压。下面对该机械系统进行数学建模。在实际生活中，由于各子通道的同步误差相较于各液压缸之间的安装间距来说是一个很小的值，所以系统在水平方向上的同步要求可以忽略不计，本文只考虑竖直方向的同步控制。据此我们可以将横梁的运动轨迹进行简化并默认以下三条假设成立：（1）各液压缸均只考虑竖直方向的运动，即横梁结构只有一个竖直方向上的自由度和两个转动自由度；（2）液压缸活塞在刚体内只做竖直方向运动，无侧向运动；（3）液压缸活塞只受到沿着活塞杆轴向力，不存在径向力。

     根据以上3条假设对横梁的机械模型进行简化，对其进行受力分析，建立坐标系。以液压缸1和液压缸4的缸底连线为X轴，液压缸1和液压缸2的缸底连线为Y轴，竖直方向作为Z轴。上升过程中，将OXYZ坐标系平移为oxyz坐标系。x表示横梁在X轴方向上转过的角度，y表示横梁在Y轴方向上转过的角度，O点到o点在Z轴方向上的位移为cx。结合牛顿第二定律以及刚体转动定律.  因为在运动过程中两缸间距远大于误差，所以sinx和siny可近似看作为0。12将以上三式化：iF——第i个液压缸活塞杆对负载的竖直方向作用力；m——负载质量；xif——液压缸活塞杆与负载间延X轴方向的摩擦力；yif——液压缸活塞杆与负载间延X轴方向的摩擦力；x——负载在运动过程中延X轴方向旋转的角度；y——负载在运动过程中延Y轴方向旋转的角度；xJ——负载绕X轴的转动惯量；yJ——负载绕Y轴的转动惯量；xil——iF在X轴的力臂；yil——iF在Y轴的力臂；再对每一个液压缸进行受力分析，可得：ip——第i个缸的无杆腔的压力；iA——第i个缸的无杆腔的面积；im——第i个缸的活塞杆质量；piB——第i个缸的粘性阻尼系数；本平台由四个液压缸驱动，因为三点即可确定一个平面，所以在此情况下就出现了液压缸冗余的现象。假设液压缸1、液压缸2、液压缸3这三个接触点构成一个点集，则对剩下的一个接触点可以用这个最小点集进行线性表示, 则剩余的一个接触点位置可由qx线性：线性无关，所以1qL必然存在。则各个液压缸的位移与qx的关系为：负载作用在活塞杆的力，联立方程、液压缸粘性阻尼系数矩阵；负载的重力矩阵；负载的惯性矩阵。消去F后可得活动横梁运动方程。建立四缸同步升降平台运动方程的可以看出，当负载的质心与活动横梁的质心不在同一点时，会导致四个液压缸的负载iF不一样，即出现偏载现象，偏载不单单出现在一个液压缸中，四个液压缸会相互影响。偏载现象会导致系统出现不同步的现象，大大影响系统的同步精度。为了对偏载展开研究，我们将各液压缸之间所承受载荷的偏差用矩阵P来表示，为了衡量多液压缸同步系统的同步性能，同步精度是我们需要考察的最主要的指标。同步误差e可表示：iy和jy为任意两液压缸的位移由于横梁平台的误差是由液压缸的同步误差导致而来，我们定义横梁平台的误差矩阵E为：系统的同步精度分为同步位置精度以及同步速度精度。当系统在稳态运行时，因为同步位置精度与同步速度精度之间存在一定的协调配合关系，所以我们可以把位置同步和速度同步联系起来研究。当系统在动态运行时，各液压缸需要不断调节自身活塞杆伸出的速度来保证四个液压缸的位置平衡，所以在动态运行时位置同步和速度同步是相互制约的关系。当四个液压缸在运动出现不同步现象时，同步平台会出现偏载并且这个偏载会逐渐加大，此时系统的同步误差也在不断变大。由于同步平台之间的机械部件刚性连接能够抵消掉一部分同步误差，从一定程度上保证了同步性能。但是这种刚性连接所带来的同步性毕竟是有限的，当同步误差逐渐增大到超过刚性连接的保护值时，同步平台将出现卡死甚至是倾覆的危险。所以仅仅依靠机械同步来保证系统同步精度的方法很难满足实际生产生活的需要，这就需要在电液同步控制系统上开展进一步的研究，保证四个液压缸的同步运动。由于在实际生产中存在很大的不确定性，系统容易受到各种意外干扰，如意外掉电、元件损坏、人为干扰等。在这些问题出现时，系统会因为突然的超调而导致不同步，轻则中断生产，重则出现安全事故。这就要求我们在设计过程中也要考虑到这些问题的出现，要保证系统具备较强的抗干扰能力以及高可靠性。

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     对横梁进行建模分析可知，当锻件表面不平整时，横梁因为受力不均会导致变形。由于横梁是由四个相同的液压缸所驱动，当横梁受到不对称力时，四个液压缸所受的力大小不均，导致四个缸的伸出速度有差异，一段时间累积后即导致横梁发生倾斜。为了应对这种现象，本节我们需要设计一套电液伺服系统来满足四缸等温锻造液压机的同步控制。传统的液压同步系统按照有无反馈的方式可以分为开环液压同步系统以及闭环液压同步系统。开环系统和闭环系统方框图。开环液压同步系统结构简单，技术成熟可靠，但是这种同步控制系统的精度主要依赖于液压元件的制造精度及油液的品质。由于现代工业生产中对同步精度的要求越来越高，所以开环液压同步方式的同步精度不高且抗干扰性能差等缺点使其越来越无法满足实际生产生活中对同步精度的要求。闭环液压同步系统主要依靠对输出的负反馈来控制比例伺服阀开口大小，从而实现较好的控制精度。这种方法结构较复杂，且对液压元件以及液压油品质的要求较高，维护成本较开环同步系统高出许多，一般应用在对精度要求高的场合。本文采用的是电液伺服同步系统，这是一种闭环系统。电液伺服同步系统通常采用电液比例阀或电液伺服阀来进行流量的闭环控制，其主要有由工业控制计算机、电液比例阀、液压缸和位移传感器等构成，同时还应有补偿校正机构以及信号转换线路来使得系统构成一个完整的闭环系统。这种同步系统的优点是具有灵活的信号处理能力、快速的响应、较大的输出功率以及较高的控制精度，能对输出量进行实时的检测和反馈。但这种同步控制系统相较于机械同步控制系统和液压平衡阀同步控制系统来说更加复杂且造价更高，适用于对精度要求极高的场合。四缸等温锻造液压机液压系统原理，采用四个相同的三位四通电液比例阀来分别控制四个相同的液压缸，位置传感器对液压缸活塞杆的位置进16行检测，通过比较位置传感器检测值与给定值的差值，将这个差值反馈给电磁比例阀来调节比例换向阀开口的大小，阀开口的大小通过改变进入到液压缸的液压油的流量大小来控制活塞杆伸出的速度及位移实现四缸同步控制。由于本系统采用一阀控一缸的模式，所以系统可单独控制每个比例换向阀的阀芯位移，从而单独控制各液压缸活塞杆伸缩速度。当四个液压缸中某一个缸的运动过慢或者过快时，其位置传感器会迅速反馈信号到对应的电磁比例阀，阀芯立即响应并向左或向右移动，在不影响其他液压缸运动的情况下调整异常缸的运动速度，使得四缸的同步运动能够得以继续保持。1：位置传感器2：液压缸3：平衡阀4：双向液压锁5：三位四通电液比例阀6：油箱7：二位四通电磁换向阀8：单向阀9：溢流阀10：液压泵11：过滤器.    其工作原理为：当液压泵10开始向系统供油时，液压缸活塞杆向下伸出。为了防止在驱动初始阶段出现由于系统载荷突然增大而导致的液压油回流等问题，在泵与电磁换向阀之间加装单向阀8。溢流阀9的作用是当系统压力过高时，让多余的液压油流回到油箱，保证回路中的压力稳定。当电磁换向阀7通电后，推动阀芯移动，油液分别通过电磁换向阀5、双向液压锁4以及平衡阀3之后，流至液压缸的无杆腔，活塞杆被推出，从而推动横梁向下压。其余三个液压缸依照此过程同步运动，保证横梁的运行平稳。当横梁运行至指定位置时，换向阀5转向中位，液压缸2中的进出油过程均终止。为了防止在此过程中液压油发生泄漏，在液压缸的进出油回路上各安装一个单向阀，两个单向阀组成双向液压锁4，此时液压回路锁止，横梁稳定在当前位置。为了保证系统的运行安全，防止出现油箱中油液过低或温度过高的情况，在油箱6中加装液位传感器以及温度传感器。当油箱中油液过低时，电磁换向阀5失电，换向阀立刻复位，防止出现因管路内压力过低导致液压缸工作故障。之后电磁换向阀7也失电，液压泵停止转动，供油系统停止工作。如果油箱内液压油的温度过高超过限定值，冷却电机通电开始运行。一段时间后若冷却效果不明显，液压油温仍继续上升，一旦油温上升到超过安全值时，换向阀5失电并复位，同时换向阀也失电，系统停止工作。

     在多缸同步系统中，各子系统的参数存在误差是导致不同步产生的根本原因，一方面这是因为各液压缸在生产及装配过程中无法保证完全一样，另一方面四缸同步系统是一个非线性的系统，在参数时变以及外界干扰的情况下，无法被完全测算。同步控制的目的即消除以上各误差的影响，从而实现各子系统的运动一致。多液压缸的同步控制要选取合适的同步控制方法，因为每种控制策略的适用场合不同，所以要根据实际情况判断。兼顾到实用性及控制效果，工程中常用的多液压缸同步控制方法主要有“主从同步方式”控制和“并行同步方式”控制。“主从同步方式”控制方框图，“并行同步方式”控制方框图。“并行同步方式”是指首先设定一个理想输出，然后所有执行元件通过跟踪所设定的理想输出改变自身运动趋势，从而达到各执行元件同步运动。“主从同步方式”则先要指定其中一个执行元件的输出为理想输出，其余执行部件通过检测自身的位移或速度，经过与理想输出比较，将比较结果反馈至给执行部件从而调整自身运动的趋势，实现同步运动。本系统采用闭环“主从同步方式”的控制策略，即将四个液压缸中其中一个液压缸视为主动缸，将其输出量作为理想值。其余三个液压缸视为从动缸，跟随主动缸的输出值调整自身的运动趋势。本文所设计的“主从同步”控制方框图。将液压缸作为主动缸，速度传感器采集到液压缸1的速度信息，通过变逆器以及A/D转换器的转换后与给定速度相比较，并将比较所得差值经过同步算法控制器的处理后作用于电液伺服阀，通过控制电液伺服阀芯开口大小来调节液压缸1的速度大小。对于从动缸2、3、4来说，将液压缸1的实际速度作为给定速度，分别与从动缸2、3、4的实际速度进行比较，并将所得差值分别作用于对应的电液伺服阀，即从动缸2、3、4跟随主动缸1运动，从而实现四缸同步运动。

     由于等温锻造液压机的用途越来越广泛，对其同步性能也提出了越来越高的要求。本章首先介绍了四缸等温锻造液压机的工作原理，之后介绍了影响同步系统同步精度的几种情况。最后对四缸等温锻造液压机同步控制系统进行设计，通过对横梁结构进行数学建模分析，论证了四个液压缸不同步现象出现的原因并分别针对四缸等温锻造液压机的液压系统和控制系统展开设计。

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