同步液壓升降機構的設計與研究

曾慶偉

摘要：現役的垂直高度方向可調式輪廓測徑儀多采用手動式機械調節，調節費時費力，而且由于工作環境惡劣（高溫、重灰）以及維護等原因影響，設備在使用中經常出現齒輪、絲桿等部件卡死情況，造成升降功能無法使用，影響測徑儀數據測量，嚴重影響生產效率。本文中通過采用同步液壓升降機構實現測徑儀垂直高度方向自動升降調節功能。

關鍵詞：液壓系統、同步升降、垂直高度調節

中圖分類號：V233文獻標識碼： A

隨著市場經濟體制的發展，市場需求不斷變換，軋鋼廠在生產棒（線）材時，因各型號軋材需求不斷變換，需要經常更換軋材品種。而測徑儀作為軋鋼生產線中一環重要的測量控制環節，必須要實時、準確測量數據并予以反饋?，F有軋鋼生產線在生產過程中，因軋線軌道很少或基本不進行高度調節，造成不同規格軋材在同一條線中生產時軋材中心高度不一致。而測徑儀在使用時為提高測量精度，保證軋線中心與測量中心一致是非常有必要的，因此對測徑儀進行高度調節是相當有必要的?，F役手動式調節方案費時費力，使用中存在相當多的問題，因此有必要考慮實現自動調節。

1基本組成

本機構設計主要是為實現測徑儀垂直高度自動調節，主要包括機械部件及液壓部件兩部分組成。

現役有軌式測徑儀采用四輪支撐。在使用時要求測徑儀中心隨軋材品種更換平穩調節升降，以保證測徑儀中心與軋材中心一致，因此調節升降時對四輪升降同步率存在一定要求。經過試驗數據比對，以直徑50mm測量樣棒試驗數據為例，只要不超出光學測量范圍之外，沿軌道方向，車輪同步誤差對測徑儀測量數據基本不影響；而沿軋線方向，同步誤差每相差1mm，測量樣棒不圓度誤差0.056，而測徑儀在設計使用時要求整機允許測量誤差在±0.08以內，部分高精度要求誤差達到±0.02以內。因此通過以上實驗數據可以看出，沿軋線方向同步誤差對測徑儀測量數據影響顯著，并可能直接影響測徑儀使用，而沿軌道方向車輪同步誤差基本不影響測量數據，在設計同步機構時應重點保證沿軋線方向車輪同步誤差較小來提高測量精度。本文中采用機械式同軸鍵連接保證軋線方向車輪同步，沿軌道方向采用同步液壓缸來實現同步。

2機械部件

機械部件結構主要包括車體、大支臂、小支臂、主軸、車輪等。其中車體上平面為測徑儀相關光學電器等測量設備安裝平臺。

沿軋線方向，車體同一端的大支臂與小支臂通過一根主軸連接，用鍵固定，形成固定連接，通過控制加工精度、裝配精度來保證同一端大小支臂與主軸同步轉動以保證兩車輪在運動中高度一致，同步升降，消除沿軋線方向車輪同步誤差對測量的影響。

沿軌道方向，兩液壓油缸尾部用鉸軸固定在車體中間的鉸座上，另一端與大支臂連接，通過液壓系統控制兩液壓油缸同步伸長或縮短，實現兩根主軸同步轉動，進而實現四車輪同步升降（基本結構見圖1）。若采用電機驅動絲桿帶動兩根主軸同步轉動，受環境中大量灰塵水汽影響，絲桿極易出現卡死現象，存在隱患。

圖1部件結構圖

同一側兩車輪在軋線方向，車輪通過鍵連接為整體。其同步誤差主要來源于

各零部件加工精度，及部件裝配精度。制作時需嚴格控制各零部件加工制造精度要求，且安裝后需進行高度校正，以保證兩車輪在運動過程中同步精度。

3同步液壓缸的實現

隨著液壓技術的發展，液壓元件已經逐步實現了標準化，常見的同步回路設計有節流調速同步系統、分流集流閥同步系統、同步液壓馬達同步系統、比例同步系統等，需根據不同的設計使用需要選擇不同的同步系統。節流調速同步系統造價低，調整簡單，可多缸同步，但同步精度相對差，節流口易磨損而導致同步率下降，不能用于精度較高的系統中；分流集流閥同步系統屬于固定節流口式的同步系統，使用簡單，同步精度一般，只能實現雙缸同步，設計制造時需精確核算油缸需油量；同步液壓馬達同步系統，能實現多缸同步，但對油缸的安裝形式和負載情況有一定要求，同步馬達輸出受負載影響，適用于油缸水平安裝使用；比例同步系統同步精度高，結構相對復雜，但對電氣控制要求較高。液壓系統設計選型中，在滿足設計使用需求的前提下，因選用結構簡單，造價低，調試和使用方便的液壓系統。

本次設計中，兩同步液壓主要實現沿軌道方向車輪同步升降，同步精度要求相對較低，結合軋鋼廠生產車間實際情況以及工人操作習慣，可選用分流集流閥同步系統。其液壓同步精度誤差在測徑儀使用允許誤差內，操作簡單，成本相對低廉，可以滿足設計使用要求。其基本液壓原理圖見下（圖2）。

圖2 液壓系統原理圖

使用分流集流閥同步系統控制油缸，根據該同步系統的特點，在制作時，油缸制作以及液壓站選型等都需要進行嚴格的流量核算，根據油缸需要的油量來對分流集流閥進行選型，以提高液壓系統同步精度。

因本次設計中沿軌道方向同步精度要求不高，以上選用的均為較簡單的液壓系統，其中未涉及液壓反饋調節回路和相關保壓回路，在短期保壓情況下（半個月或一月以內），以液壓系統自帶電磁球閥即可保正油壓負載基本滿足油缸使用要求，此種情況適用于頻繁變換軋材規格情況下使用。在同一種規格軋材長期生產的情況下（時間長達一月以上不需要調節升降），我們在液壓缸上額外增加機械鎖定部件（見圖1中所示部件），輔助進行高度鎖定，維持高度。通過調節機械鎖定螺母，鎖死油缸。該部分根據現場實際情況選用。

4實際使用

在升降機構實際安裝的時候，要求同一主軸上兩鍵槽加工精度誤差小于0.005，并且裝配時需在平臺上對已安裝的車輪進行高度校正，保證同一根主軸上兩車輪同步誤差小于0.01。液壓缸在設計時，兩缸同步誤差小于3%，實際安裝調試中，空載狀態下同步誤差小于1.5%，負載狀態下同步誤差小于2%，完全可以保證側量系統光場測量范圍，基本不影響光場測量數據。

整機安裝調試完畢后，測量小車四輪同步情況，沿軋線方向同步誤差小于0.01，沿軌道方向同步誤差小于2%（不影響測量數據），整機使用時該升降系統對測量數據影響誤差小于0.01，以上數據可以滿足測量系統使用要求。該同步機構在測徑儀上可正常使用。

5總結及前景

隨著工業技術的發展，液壓系統已廣泛運用于各個行業中，在工業設備中使用液壓控制系統已經是一種時代趨勢。本機構中液壓系統與機械結構配合使用，相互補充實現測徑儀垂直方向高度調節，在保證測量設備使用需求得情況下，極大地提高設備的自動化效率。

該升降調節機構的使用，大大簡化軋線品種變換過正中的測徑儀調節操作，節省人力、時間，有利于提高效率。

該機構具有廣大使用前景。不僅僅適用用測徑儀設備，對同類型在使用中需要進行高度調節的其他設施設備均可應用。同時在高科技自動化生產線中，還可以通過，更換同步液壓系統，例如采用比例同步液壓系統、同步馬達液壓系統或增加液壓反饋控制回路，控制油缸進油速率、油量等等方式，將測徑儀測量數據、液壓調節控制數據進行終端匯總，與軋線軋機控制系統數據進行對接，實現生產線閉環全自動化生產調節，提高生產效率，降低勞動成本。這也是未來工業生產的發展方向。

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