液壓系統(tǒng)應(yīng)用—建材，建筑（二）
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     建筑施工大型構(gòu)件提升液壓系統(tǒng)
    大型構(gòu)件液壓同步提升技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種建筑施工技術(shù)。它采用柔性鋼絞線承重、液壓提升器集群、計(jì)算機(jī)控制、液壓同步提升原理，結(jié)合現(xiàn)代化施工工藝，實(shí)現(xiàn)超大型構(gòu)件的大跨度、超高空整體提升。它已經(jīng)在我國的重大工程建設(shè)，如上海東方明珠廣播電視塔鋼結(jié)構(gòu)天線桅桿和北京西客站主房鋼珩架整體提升等工程中得到了應(yīng)用。
    液壓同步提升系統(tǒng)的工作原理見圖1。液橋5由四個單向閥和1個電液比例調(diào)速閥組成，給電液比例調(diào)速閥施加一定的電流就可使調(diào)速閥的開口量發(fā)生變化，通過相應(yīng)成一定比例關(guān)系的流量，進(jìn)而獲得一定的提升速度。電流的大小由計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器測得各吊點(diǎn)的高差、油壓等參數(shù)值對照大型構(gòu)件系統(tǒng)的位置和狀態(tài)作出判斷后以脈沖寬度調(diào)制( PWM)的方式輸出給電液比例凋速閥。液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，鋼絞線從中穿過，主液壓缸和上、下錨缸分別由主泉和輔助泵驅(qū)動。液壓鎖7用于油管爆裂等故障情況時對系統(tǒng)的保護(hù)。鋼絞線作為液壓同步提升系統(tǒng)的承重索具，它的兩端分別與被提升構(gòu)件和上下錨缸的錨片相連，利用錐形錨片與鋼絞線間的夾緊力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的提升。在提升過程中，上錨片與鋼絞線夾緊，下錨片與鋼絞線松開。提升過程結(jié)束后，下錨片與鋼絞線央緊，上錨片與鋼絞線松開，主液壓缸空載縮回。重復(fù)上述動作，使結(jié)構(gòu)件被逐步提升。
    圖1液壓同步提升系統(tǒng)圖
1一主泵2一溢流閥3單向閥4換向閥5液橋6電磁閥7液壓鎖
8主液壓缸9-鋼鉸線IO-上錨缸11-換向閥12-下錨缸13-輔泵
    在工程實(shí)施中是不允許出現(xiàn)失誤的，故液壓加載系統(tǒng)必須滿足對液壓同步提升設(shè)備進(jìn)行模擬同步提升試驗(yàn)和模擬加載試驗(yàn)的負(fù)載要求，以檢驗(yàn)設(shè)備的性能。此外，還要在試驗(yàn)中檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法的優(yōu)劣以及采用的控制策略的合理性。
    圖2是液壓同步提升系統(tǒng)與加載系統(tǒng)試驗(yàn)臺簡圖。液壓提升器行程為250mm。
    液壓加載系統(tǒng)用來產(chǎn)生同步提升系統(tǒng)的負(fù)載，它的原理見圖3。泵l輸出的流量經(jīng)分流閥后分成兩股壓力相等的油流分別進(jìn)入液壓加載缸的大腔，多余的流量經(jīng)電液比例溢流閥8溢流回油箱。液雎加載缸的大腔的壓力乘活塞面積就是液壓同步提升系統(tǒng)的負(fù)載。調(diào)整電液比例溢流閥輸入電流的大小就可以改變提升負(fù)載的大小。對兩個電液比例溢流閥輸入不同的電流就可以使同步系統(tǒng)各吊點(diǎn)承受不同的負(fù)載，從而可以檢驗(yàn)由于各種干擾（如風(fēng)的干擾）使各吊點(diǎn)負(fù)載不均時計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。輸入電流的大小由計(jì)算機(jī)以脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式給出。在同步提升過程中，加載缸大腔的油和液壓泵的來油經(jīng)電液比例溢流閥流回油箱，產(chǎn)生向下的加載力P，補(bǔ)油單向閥9向加載缸小腔補(bǔ)油。同步下降過程中，液壓泵供油一部分進(jìn)入加載液壓缸大腔，一部分經(jīng)電液比例溢流閥流回油箱，產(chǎn)生向下的加載力P。在這里，為了能產(chǎn)生一定的加載力P，必須使電液比例溢流閥保持一定的溢流流量。在實(shí)際的提升過程中，由于干擾的作用，往往造成各吊點(diǎn)負(fù)載的變化，從而影響了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該液壓加載系統(tǒng)能方便地改變加載負(fù)載的大小，為系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程的研究創(chuàng)造了條件。這樣就能夠在試驗(yàn)階段編制出較好的控制算法，制定合理的控制策略。
圖3加載試驗(yàn)臺筒圖
1-加載缸2一鋼鉸線3-上錨4-液壓提升器5-下錨 6連接件
    圖4液壓加載系統(tǒng)圖
1液壓泵2溢流閥3一分流閥4換向閥5-連接件6-加載缸
7鋼鉸線8-比例溢流闖9-單向閥10-壓力傳感器
    液壓同步提升系統(tǒng)和液壓加載系統(tǒng)用一臺PC工業(yè)控制機(jī)控制。其同步提升控制框圖見圖4.14-12。其中B缸為主令液壓缸，它的速度直接給定。由傳感器測得的高差、油壓等模擬信號和缸位置、錨具位置等系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)輸入給計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)分析，按照預(yù)先編制的控制程序輸出一定的控制電流給各電液比例調(diào)速閥，從而確定A、C、D各缸的速度。負(fù)載位移通過負(fù)反饋反饋到輸入端，形成負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。加載控制為開環(huán)控制，負(fù)載大小由預(yù)先輸入到計(jì)算機(jī)的參數(shù)確定。計(jì)算機(jī)根據(jù)參數(shù)值輸出相應(yīng)的電流到電液比例溢流閥，從而決定加載力的大小。
圖5液壓同步提升系統(tǒng)控制框圖
    劇院樂池升降臺液壓系統(tǒng)
    在現(xiàn)代化的劇院里，為使演員全神貫注地表演，不影響觀眾欣賞演員的演出，樂池必須下降到觀眾和演員都看不到樂隊(duì)的位置；而當(dāng)演出告一段落，需要演員和觀眾向樂隊(duì)致謝時，樂池又必須升到較高位置，使整個樂隊(duì)完全在觀眾的視野之內(nèi)。所以，樂池的升降臺必須具備升降功能，升降臺需保持水平地升降，不能有較大的偏斜，以免在升降過程中樂隊(duì)人員或樂器發(fā)生傾斜；樂池升降臺在升到最高位置和降到最低位置時，能穩(wěn)定在極限位置。升降臺應(yīng)升降平穩(wěn)、速度可調(diào)，并且升降臺的驅(qū)動裝置工作可靠，控制靈活方便。工作時產(chǎn)生的沖擊、振動和噪聲要小，以免影響正常演出。
    由于液壓傳動具備控制靈活方便．在工作時平穩(wěn)、沖擊、振動和噪聲小，完全可以滿足現(xiàn)代化的劇院對升降臺的要求，故在樂池升降臺中得到了廣泛的應(yīng)用。
    從上述分析可以看出，通常樂池升降臺長度達(dá)10m多，所以其工作中的同步問題是關(guān)系到能否正常工作的關(guān)鍵。
    樂池升降臺本體結(jié)構(gòu)如圖4所示，當(dāng)左、右兩缸5和7下腔進(jìn)油而上腔排油時，活塞桿伸出，從而左、右鋼架移動，兩鋼架中的Al、B1、A2和B2四點(diǎn)處安裝有滾輪，因而鋼架移動時這四個滾輪分別沿著地面和升降臺板1向樂池升降臺的中心滾動，從而使升降臺板升起。當(dāng)缸5和7上腔進(jìn)壓力油，下腔排油時，則在升降臺板及鋼架自重和液壓力的共同作用下，使升降臺板下降，此時，左、右鋼架4和8中的A1、B1、A2和B2點(diǎn)處的滾輪均向離開樂池升降臺中心的方向運(yùn)動。隨著升降臺板繼續(xù)運(yùn)動，活塞桿縮回缸內(nèi)，為了避免升降臺板下降到極限位置時液壓缸活塞也運(yùn)動到缸底，導(dǎo)致液壓缸長期承受很大的自重，為此，用圖中的左、中和右支承塊2、6和9限制住升降臺。
    圖4樂池升降臺的本體結(jié)構(gòu)圖
    1升降臺板2左支承塊3地面 4-左鋼架5左缸
6-中支承塊7一右缸8右鋼架9右支承塊10導(dǎo)向墻
    圖5為樂池升降臺液壓系統(tǒng)，是原理最簡單，造價最低的一種。樂池升降臺的兩只液壓缸尺寸大小相同是由定量泵供油，利用分流閥（又稱同步閥）來實(shí)現(xiàn)兩油缸插塞運(yùn)動時的同步。因此等量分流閥不管兩液壓缸的活塞桿承受的載荷有何差異，兩活塞桿仍能同步上升，從而保證升降臺剛性平移上升而不會在上升過程巾產(chǎn)生擺動。圖中的兩個液控單向閥可保證在升降臺到達(dá)某要求高度時能穩(wěn)定可靠地被支撐住而不下降。由于兩個液控單向閥在這里起到保壓支承作用，因而必須采用密封性能良好的閥件。換向閥應(yīng)采用H型巾位機(jī)能的三位四通電液動換向閥，可保證當(dāng)升降臺停止運(yùn)動時，液壓缸能在較低的輸出壓力情況下卸載回到油箱。系統(tǒng)中的節(jié)流閥一方面可用來調(diào)整升降臺的速度，另一方面可保證在換向閥處于中位時，控制油路仍有一定的油壓，從而保證換向閥仍能正常換向。此外，采用H中位機(jī)能的換向閥，當(dāng)換向閥處于中位時，液控單向閥由于控制口的油壓瞬時下降到零，使閥口得以迅速關(guān)閉，可保證運(yùn)動部分的可靠鎖緊，實(shí)現(xiàn)升降臺準(zhǔn)確停留在任意位置。
    由圖4中可以看出，樂池升降臺的升降臺板1的四周均有導(dǎo)向用的導(dǎo)向墻，而實(shí)際中升降臺板四周和導(dǎo)向墻之間的距離一般為20 - 30mm，由于鋼架及升降臺板重量在長度方向的水均勻性和左右鋼架動作時摩擦力等方面的差異，會造成了兩只活寨桿上承受的載荷不問。此外，當(dāng)左、中、右支承塊高度不樣，造成在初始位置時升降臺板已不在水平位置上。上進(jìn)所有情況，均有可能導(dǎo)致樂池升降臺板運(yùn)動時的傾斜。越往復(fù)運(yùn)動，高度方向上的累計(jì)誤差越大，傾斜就越厲害。
圖5樂池升降臺液壓系統(tǒng)圍
    在雙缸及多缸同步回路中又分速度同步和位置同步。速度同步是指各缸的運(yùn)動速度相同，而位置同步則需保證各缸在運(yùn)動中和停止時的位置均相同，對樂池升降臺來講，對其同步的要求應(yīng)該是嚴(yán)格意義上的位置同步，即左右兩缸不管在運(yùn)動中還是停止時，都應(yīng)該位置相同，這樣才能保證樂隊(duì)在演奏時，還是在樂隊(duì)被升降臺升起時，都小會因升降臺傾斜而站立不穩(wěn)，發(fā)生意外事故。
    從系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)圖中可看出，采用等量分流閥只能保證等尺寸的左右液壓缸運(yùn)動速度相同，即實(shí)現(xiàn)兩液壓缸的速度同步，假若初始位置上兩液壓缸的活塞桿伸出長度不同，升降臺板必然在初始位置上就存在傾斜，升降臺液壓缸使升降臺板升或降，因分流閥僅能實(shí)現(xiàn)速度同步，不能消除初始位置上的誤差，致使原有誤差一直保留。當(dāng)升降臺板有一面和支承塊接觸時，換向閥即換向到中位，由于換向閥為H型中位機(jī)能，這時兩個液控單向閥就會立即反向關(guān)閉，還未運(yùn)動到下極限位置的另一個液壓缸下腔的油已無法被排出，導(dǎo)致升降臺另一面臺板已無法落在支承塊上，使升降臺一直處于傾斜狀態(tài)。
    升降臺一個完整的工作循環(huán)包括上升，停止，下降，停止四個階段。由于初始位置即停止在下死點(diǎn)階段升降臺是水平的，即兩液壓缸活塞桿伸出的長度相同。在左、右液壓缸下腔進(jìn)油時使升降臺上升，由于等量分流閥作用，使得升降臺板仍水平上升，在整個上升過程中不會產(chǎn)生升降臺板傾斜現(xiàn)象。當(dāng)升降臺停止運(yùn)動時，換向閥回到中位，由于升降臺板及鋼架具有較大的質(zhì)量，加上液壓缸本身具有的慣性，因此具有很大的慣性，雖然閥已換向到中位，但升降臺仍要依靠慣性繼續(xù)向上運(yùn)動，而這時的上升運(yùn)動不是由液壓缸下腔的油壓提供的，所以分流閥的等量分流已不起作用，加上鋼架及升降臺板本身重量的不均勻性、摩擦力在左、右兩端面的差異，使得慣性力不同阻力也不同，導(dǎo)致阻力小慣性力大的一面上升快，阻力大慣性力小的一面上升慢，最后使得升降臺板停止在上死點(diǎn)時左右兩端高度不同而發(fā)生傾斜。若在下一個工作循環(huán)開始時這一位置上的誤差仍未能消除的話，這一因素造成的誤差可能會越來越嚴(yán)重。
    為保證樂池升降臺升降時的大致同步，只要保持每次初始位置水平誤差為零，在一個工作循環(huán)中由于慣性、摩擦等原因造成的升降臺板左、右兩端的高度誤差大致在允許范圍之內(nèi)，也就是說一個循環(huán)造成的位置誤差還是比較小的。這樣，在液壓系統(tǒng)中，要設(shè)法使樂池升降臺在一個工件循環(huán)的第四步中，徹底使升降臺板水平地停放在左、中、右三個支承塊上。為此，需采取以下措施，才能取得好的效果。
    首先，降低升降臺的升降速度，由于動能是和速度的二次方成正比，因此降低速度可以大幅度減小升降臺的慣性，減小了液壓沖擊。由于樂池升降臺的慣性減小，則換向閥換向時慣性造成的升降臺板的上升距離就會減小，因而其左、右兩端的位置誤差就會減小。所以，將液壓原理圖中的節(jié)流閥開口調(diào)到一個較小的位置，使升降臺板以較小的速度升或降，從而達(dá)到減小誤差提高同步精度的日的。
    其次，提高系統(tǒng)工作壓力，將溢流閥的壓力調(diào)到一個缸及閥和管道等所允許的較高值，因?yàn)橥鶚烦厣抵校钊麠U的直徑很大、因而活塞桿腔（液壓缸上腔）面積較小，所能發(fā)揮的回程力（使升降臺板下降的力）有限、加之樂池升降臺結(jié)構(gòu)笨重，相對運(yùn)動所需的摩擦力很大，當(dāng)油壓較低時會發(fā)生樂池升降臺昔死不下降的現(xiàn)象。當(dāng)將工作壓力調(diào)到一個較高值時，回程力加大，使下降過程平穩(wěn)、杜絕了卡死或爬行現(xiàn)象產(chǎn)生。這樣就有效地保證了升降臺板能水平地停在三個支承塊上，從而消除了累積誤差造成的位置上的不同步。
最后，在左和右支承塊等高的位置上安裝行程開關(guān)，當(dāng)升降臺板左和右兩面均穩(wěn)定地停在等高的左和右支承塊上時，兩個行程開關(guān)均閉合為常開觸點(diǎn)，才允許電液換向閥從左位換向到中位，也就是說，確保了升降臺板水平地停在下死點(diǎn)，這樣，保證了在樂池升降臺一個完整工作循環(huán)結(jié)束時，不同步現(xiàn)象得以有效的改善，滿足了劇場演出對升降臺的使用要求。

本文標(biāo)題：液壓系統(tǒng)應(yīng)用—建材，建筑（二）

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