多流液压同步马达应用研究.pdf

2 0 1 0年 4月 第 3 8卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 0 V0 1 ． 3 8 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 8 ． 0 2 0 多流液压同步马达应用研究 陈德 国 ，李慧忠 ，柏峰 ，沈大乔 ，李军 1 ．中冶赛迪工程技 术股份有限公 司，重庆 4 0 0 0 1 3 ； 2 ．宝山钢铁股份有限公 司宝钢分公司炼钢厂，上海 2 0 1 9 0 0 摘要液压同步马达广泛应用于液压系统的同步控制中，其控制精度比其他调速方式高得多。在介绍液压同步马达的 结构分类和特点的基础上，以某公司圆方坯连铸机翻转冷床液压系统的 l 2流同步马达为对象，介绍其同步功能的具体实现 和影响液压同步马达精度的主要因素及相应的解决方法。 关键词液压同步马达；同步控制；同步误差 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 08 0 5 5- 2 Re s e a r c h o n M u I t i ． flo w Hy d r a ul i c S y nc hr o n o us M o t o r s CHEN De g u o ，L I Hu i z h o n g ，B AI F e n g ，S HEN Da q i a o ， L I J u n 1 ． C I S D I E n g i n e e r i n g C O ． ，L t d ． ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 1 3，C h i n a ； 2 ． B a o s h a n I r o n S t e e l C o ．，L t d ．，S h a n g h a i 2 01 9 0 0，C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c s y n c h r o n o u s mo t o r s a r e w i d e l y u s e d i n s y n c h r o n o u s c o n t r o l o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m ，a n d t h e c o n t r o l p r e c i - s i o n i s mu c h h i g h e r t h a n a n y o t h e r t i mi n g mo d e s ． T h e s t r u c t u r a l c l a s s i fi c a t i o n s an d f e a t u r e s o f h y d r a u l i c s y n c h ron o u s mo t o rs we r e i n t r o - d uc e d． Ta ki ng t h e 1 2 flo w s y n c hrono us mo t o rs i n h y d r a u l i c s y s t e m o f c o l d f r a me o f s t r a nd c a s t e r i n a c e r t a i n c o r p o r a t i o n as a n e x a l T l p i e ， t h e f u n c t i o n i mp l e me n t o f h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s mo t o rs W as i n t r o d u c e d， t h e ma i nc t o m i n fl u e n c i n g t h e s y n c h ron i z a t i o n a c c u r a c y o f t h e h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s mo t o rs we r e d i s c u s s e d， a n d c o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n s we r e p ropo s e d ． Ke ywo r ds Hy d r a u l i c s y nc h r o n o u s mo t o r； S y n c hr on o u s c o nt r o l ； S y n c hrono u s e r r o r 随着液压技术 的发展 ，同步控制 系统成为液压 系 统中不可或缺的一部分。对于常用的液压同步控制系 统，有节流调速同步系统、分流集流阀同步系统和同 步液压马达等 。对于执行油缸数 目较多的多流 同步系 统 ，节流调速和分流集流阀由于产品本身的加工误差 及局限性 ，很难保 证同步精度。因此 ，目前 常采 用多 流液压同步马达来解决这 个问题 。 1 液压分流马达的结构分类和特点 液压 同步马达 又称液压分流 马达 ，是 由加工精度 较高 、尺寸相 同的若干个液压马达组成 。由于每个马 达具有相 同的尺寸和较高 的加工精度 ，使得通过每一 个液压马达的流量或排量基本相同，再采用相同截面 积的液压执行器，可使液压执行器的速度同步。 常见的液压同步马达 一般有 两种结 构类型 齿 轮 式液压同步马达和柱塞式 液压 同步马达。这两 种结构 形式 均属 于高速类元件 ，在低速 时容易产生爬行 和内 泄漏 ，排量精度对最小流量有一定 的要求 。齿轮式液 压 同步马达不需要外泄漏接管 ，而柱塞式液压 同步马 达必须接外泄漏管 ，而且外泄漏接管必须保证 同步马 达壳体内始终充满油液。由于柱塞式液压同步马达的 加工精度高 ，密封性能好 ，所以柱塞式液压同步马达 的同步精度比齿轮式液压同步马达更高一些。一般而 言 ，齿 轮式分流马 达 同步精度 为 1 ． 5 ％ ～2 ． 5 ％ ， 柱塞分 流马达精度为 士 0 ． 4 ％ ～士 0 ． 9 ％ 。 2 1 2流液压分流马达的应用实例 某公司圆方坯连铸机翻转冷床液压系统中，由于 冷床 的结构尺 寸大 ，负载情况 比较 复杂 ，所 以采用 了 1 2个油缸进行 同步运 动。这是 国内首次 1 2流 同步马 达的应用 ，这 也 是全 球 首次 l 2流 同步 马达 的应 用 。 该圆方坯连铸机翻转冷床液压系统如图 1 所示。 在这个液压系统中，采用了两个比例换向阀 7并 联供油，以满足 1 2个执行元件油缸的流量要求。两 个 比例 阀给定输入 电流相同 ，输 出压力 油流量基本也 一 致。单向减压阀6的作用是在下降的过程中调节油 缸回油腔的背压 ，让设备基本靠重力下降。单向减压 阀 6的压力设定值可以调节，以达到减小 冲击的作 用，但是压力设定值过高，油缸背压过大，又会造成 冷床下降过快，冲击太大。液控单向阀2通过两位四 通电磁换向阀 8 获得控制油，保证冷床下降时自锁或 下降动作的完成。 收稿日期2 0 0 9 0 4 1 0 作者简介陈德国 1 9 8 O 一 ，男，本科，工程师，主要从事冶金设备液压润滑系统设计、 开发和调试。电话 ff 2 3 6 3 5 4 8 7 8 9 ． E ma i l D e g u o ． c h e n c i s d i ． c o rn． c n 。 5 6 机床与液压 第3 8卷 图 1 同步液压马达冷床应用 回路 在液压 同步马达 内部的每一条油路上 ，都有一个 溢流阀 3和单 向阀 4组成 的安全及补油 阀组 。这个 阀 组 ，是为 了消除位置不同步误差所设置 的。一个液压 同步马达，一般要控制多个液压执行器。由于不同步 误差 的存在 ，肯定有 一个 液压 执 行器 以液 压缸 为 例首先到达终点 ，如果这时位置检测元件发出信 号，通知系统的液压控制阀停止动作，这样，其他的 液压执行器就跟随停 止了动作而不能 到位 。如果让液 压控制阀延 时动作 ，这时其他液压元件就可 以继续运 行至终点。而先 到达终点 的那个液压马达 ，被同轴的 其他继 续运行 的马达 驱动 ，继续转动 ，继续提供压力 油给液压执行器 ，而液压执行器 已经到位 ，压力油就 被迫通过溢流阀流 回到 系统 中 ，即可实现 同步功 能。 同样 ，单 向阀 4也是用于同步补油时的油路 。当单个 柱塞马达油液 多了 ，经过溢流 阀流 回；某个柱塞马达 油液不 足时 ，由单 向阀进行补充 ，这样 就可以实现同 步功能。 3 影响液压同步马达 同步误差的主要因素及解决 方法 柱塞式液压 同步马达精度高 ，但在实际应 用中仍 存在着 明显 的误差 ，其 同步精度主要受以下一些因素 的影 响 液压马达及液压执行器的加工精度 、负载 的 均匀性和动作的连续性、液压管道的布置和介质中气 体的含量、液压介质不干净等。 由于 以上原 因，液压同步马达在实际使用 时 ，存 在着一定误差是必然的。因此，要解决液压同步马达 的同步误差问题，就必须从以上几方面着手，正确、 合理地设计系统及动作过程参数 ，消除和减小同步误 ． 0 在现场调试的过程中，发现 1 2流同步液压马达 的同步系统出现了几个问题，经过现场调试 ，得到了 解决 。 1 冷床在下降的瞬问和下降到底有很刺耳的 声音 ，同时伴有振动 。现场调试过程 中，降低 液压 系 统工作压力，振动明显减小 ，但是刺耳的声音基本上 没有什么改善。让两位四通电磁换向阀8 先得电，延 时 1 S 后 ，再给比例 阀 7输 入值 ，下降 时的声 音就消 失 了。因此 ，在 液压 执行 器动作 到行程 位 置 的终点 时 ，分别增加 延时控 制 ，可 以消除每一步的位置 同步 误差 。如果每次运动都能满行程 ，即每次都 能消除同 步误差 ，也就 消除了累计误差 。但是延 时会造成循环 动作周期的延 长 ，对生产节奏造成影响 ，今后设计应 该充分考虑到延时对循环动作周期 的影响。 2 管道最 短 的两个 油缸在 有负 载的情 况下 下 降很快 ，其他 的油缸下降稍晚且基本上同步的。如果 管道最 短的两个油缸没有负载 ，油缸不会 出现 明显下 降快 的现象 ，此 时噪声也 明显小 了很多 。经 过分析 ， 发现这个现象是由负载的均匀性、动作的连续性及液 压管道 的布置共 同造成 的。由于压力波在管道传递过 程 中，管道短的压力波先到达 ，压力先建立起来 ，而 且在下降过程中，负载和压力油作用方向与油缸的运 动方 向一致 ，构成 了负负载 ，仅靠 比例换 向阀阀 口压 力损失 的背压进行平衡 ，造成了管道最短 的两个油缸 在有负载的情况下下降最快。而且还因此造成了液压 冲击 ，液压冲击使得同步马达出 口管道最近的那两个 安全溢流 阀经常损坏。 从 以上分析可以看出 ，消除液压 同步马达 同步误 差的措施主要有选择加工精度较高的柱塞式液压同 步马达及液压执行机构 ；消除液压 同步马达的累计误 差 ，主要使液压执行器每次都运动 到终点 ，或者对液 压控制 阀增加延时控制 ，保证每步都能消除误 差 ，即 不产生累计误差 ，同时把 液压执行器 的动作设计成运 动到终点作也可以消除累计误差 。同步马达与负载的 匹配方面 ，要注意负载不 能过分偏载 ，同时要合理设 定液压同步马达溢 流阀的溢流压力 ；液压同步马达 出 口到液压执行机构 的管道 布置必须合理 ，尽可能地将 管道远近距 离 、弯 管形式 、管道通 径等配置 得一样 ， 以减少误差。 4结束语 l 2流柱塞式液 压 同步马达 在某公 司 圆方坯 连铸 机翻转冷床 液压 系统 中的成功应用表明 ，多流同步马 达的同步精度完全可 以满足大型生产工艺的要求 ，运 行状况十分稳定，而且调整方便。 参考文献 【 1 】 王健铁． 液压同步马达的正确使用[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 1 7 3 2 3 3 ． 【 2 】王仁福． 几种典型液压同步系统探讨 [ J ] ． 四川冶金， 2 0 0 7 ， 2 9 3 4 4 4 7 ． 下转第 8 0页 8 0 机床与液压 第 3 8卷 为捕获轴位置的触发信号。运动控制卡可以用 G T C a p t H o m e 命令捕捉触发信号。由于平台控制面板 上为每个轴安装了一个原点触发开关 ，可以通过手动 按下方式模拟原点触发信号。 运动控制卡捕 获到原点信号后 ，触 发轴的状 态寄存器中 H o m e 标志位置 1 ，通过查询这个标志 位来判断是否有原点触 发。运动控制卡捕获的位 置是触 发 脉 冲 到 来 时 刻该 轴 的 实 际 位 置 ，捕 获 精 度为 1 个脉冲。 以转 动范 围为 一1 5 0～ 1 5 0 。 的 A轴 为 例 说 明 原点定位功能的实现。 1 系统启动后 ，4个轴依次执行原点定位。 当执行到 A轴时，首先通过语句 G T A X I S 1 使 当前轴 为 A轴 ，然后启动 A轴 的原点捕 获模式 ， 即调用 函数 G T C a p t H o m e ，运 动 控 制 卡 会监 控 原点开关 的状态 ，一旦开关触发 ，会通过硬件捕获此 位置。 2 令 A轴 向正 向转 动。由于系统启 动后 ，A轴 的实际位置不确定 ，因此正向转动的角度设为其行程 范围 ，即 3 0 0 。 ，以保证 其可 以到 达原点开关 的位置 ， 然后将其换算为电机脉 冲数 目p o s ，作为驱动轴运动 的 目标位置 。 3 设置轴的运 动模式 为 T曲线模式 。由于原点 定位过程对运动速度没有严 格要求 ，因此通过库 函数 GT _S e t V e l 0 ． 0 5 、 G T S e t A c c 0 ． 0 1 设 置速度 和加速 度 ，设置 目标位置为 G T S e t P o s p o s 。然后通过函数 G T J p d a t e 启动轴运动 。 4 启动轴运 动后 ，利用定时器 ，通 过库函 数 G T G e t S t s s t a t u s 周期性 查 询 当前 轴 的状 态 寄 存器 ，会有两种可能 的结果 ①查询 到寄存 器的 第 五位 置 1 ，表 明正限位 触 发 ，说 明当前轴 没有 触 发原点开关 。然后令轴反向运动 ，运动角度 3 0 0 。 ； 不断查询寄存器 ，当查 询到当前 寄存 器的第 三位 置 1 ，说明原点触发 ，停止运动；②查询到当前寄 存器的第三位置 1 ，说明原点触发 ，停止运动。无 论 哪种 结果 ，接着 调 用 库 函数 G T Z e r o P o s ，将 当前轴的实际位置寄存 器和 目标位置寄存器及其 当前控制周期 的规划位置 寄存 器设为零 ，从 而确 定 了原点 位 置 。 通过对 4个轴依次执行以上步骤 ，即可实现系统 的原点定位，确定了机床的坐标系。 g验证 和 结论 基于以上 的论述 ，设计系统的图形用户接 口如 图 2所示 。在 系统 启 动 时 ，用 户 可 以通 过 归零 功 能 按 钮，实现归零过程，从而建立机床坐标系。然后可以 设 置 4个轴的 目标位 置 ，并通过 功能钮 驱动其运 动。 在界 面右下部 的点动 区，可 以通过 鼠标左键 ，实现 4 个轴的点动功能。同时界 面左下部 的 1 6个指示 灯用 来监控 4个轴 的正负 限位 、伺 服开关 和报警等 状态。 而界面右部的 4个 图形化仪表盘控件实时监控 4个 轴 的位置。 图 2 系统 图形用户接 口 基于工控机和运 动控制 卡的开 放式运 动控制 系 统设计 ，是今后 运动 系统 设计 的一 个发 展方 向和 趋 势 。这种模式 具有设 计 周期 短 、系 统稳定 可 靠等 优 点。作者以固高的运动控制卡和运动控制平台为基 础 ，利 用 V c 编程 实 现 了四轴 转 台 的基 本功 能设 计 ，可以作为运动控制系统设计 的基本框架 。 参考文献 【 1 】彭玉海， 白海清， 何宁． 基于 P M A C运动控制卡的多轴开 放式数控系统开发[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 8 2 5 5 2 5 7， 25 1． 【 2 】 许燕萍 ， 杨代华． 基于工控机的数控系统的实时控制设 计[ J ] ． 机械制造与自动化， 2 0 0 8 ， 3 7 5 1 1 71 1 8 ， 1 2 2 ． 【 3 】固高科技有限公司． G T系列运动控制器编程手册[ M] ． 2 0 06． 上接 第 5 6页 【 3 】张翼． 正确消除液压同步马达的同步误差[ J ] ． 流体传 动与控制， 2 0 0 8 ， 1 1 6 5 1 5 3 ． 【 4 】钟玉涛． 液压控制系统同步回路的控制[ J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 0 0 1 6 6． 【 5 】于鸿立， 李红宇． 液压分流马达的应用与调整[ J ] ． 液压 与气动， 2 0 0 7 1 2 7 67 7 ． 【 6 】 孔红梅， 纪超红． 液压举升机同步系统[ J ] ． 液压气动与 密封 ， 2 0 0 0 ， 4 2 3 2 ． 【 7 】申正曙． 同步马达用于水压机夹钳升降台架 [ J ] ． 设备 管理与维修， 2 0 0 0 1 0 1 9 ． 【 8 】隋健， 薛菲菲． 同步马达在钢管水压试验机升降架同步 回路中的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 6 1 3 21 3 3 ， 1 7 3． 【 9 】李英波， 等． 辅助电机液压马达速度同步回路的研 究[ J ] ． 机床与液压， 1 9 9 5 6 3 3 23 3 5 ．