砂浆车液压调平系统设计与控制.pdf

2 0 1 0年 9』 J 第 3 8卷 第 1 7期 机床与液压 MACHI NE T OOL＆ HYDRAUL I CS S e p．2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 1 7 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 7 ． 0 2 3 砂浆车液压调平系统设计与控制 李宝 ，黄 宜坚 华侨大学机 电及 自动化学院，福建泉 州 3 6 2 0 2 1 摘要 砂浆 乍液压调平系统足 以汽车轮胎为软基准面 ，采用 P L C控制 电液 比例多路阀的流量 ．通过两次升调平的方法 实现平台的调平 。 关键词 调平 ；液压传动 ；控制 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 0 1 7 0 7 4 3 De s i g n a n d Co n t r o l o f Hy dr a u l i c Le v e l i n g Sy s t e m f o r M o r t a r Ve hi c l e L I B a o ，HU A N G Y i j i a n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g A u t o m a t i o n ， H u a q i a o U n i v e r s i t y ， Q u a n z h o u F u j i a n 3 6 2 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t h e h y d r a u l i c l e v e l i n g s s t e m o t mo r t a r v e h i c l e ．t h e a u t o t i r e s w a s t a k e n a s a s o ft d a t u m。t h e t l o w s o f e l e e t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l mu hi u n i t v a l v e s we r c c l J l l t r I l1 】 e d b y P 1 C a n d t h e l e v e l i n g o f t h e p l a t f o r m w a s i mp l e me n t e d a f t e r t wi c e r i s i n g l e v e l i n g ． Ke y wo r d s I v e l i n g ；Hy d r a u l i c t r a n s mi s s i o n ；C o n t r o l 为了提高砂浆车汁量 的准确率 ，在计量之前 ，必 须先进行平台的调平 平台 由车体底盘支撑 ，该 系统 以汽车轮胎为软基准 面，采用单 向调乎 和多点 凋平相 结合的调平方法 ，通过传感器复合探测消除软基准抖 动的影 响，开发出高性能的液压实时调平系统 ，同时 还开发 了自动化的成品料液 压垂直悬挂系统和防摆系 统以及搅拌缸液压开启系统一自动凋平的实现是用电 气控制系统和液压 系统在 P I C的控制下 ，成为一 个有 机的整体 ，协调 、高效 、准确地运行 。作者使用 了水 平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度 ，而 每个油 缸支腿的升高都 可能引起 它们的变化 ，因此从控制 系 统来看 ， 这是一个多输人多输出的强耦合的动态过程。 砂浆车平台应该满足以下要求 1 调平后 ，集装箱 体由 4条油缸支撑并与车体 脱离 ，见图 1 ； 图 1 调平 系统 l 一称量架2 一保护螺杆3 ～传感器组件 4 自润滑转动装置5 一减振装置 图 2 计量系统 2 调平过程应在短时间内完成 ，并满足精度指 标 的要求 ； 3 平 台调平后 ，应进行锁定 以保证平台的状态 至少 1 h不变。 为了提 高砂浆 车 的计 量精确性 见 图 2 ，开 发 了 P L C控制的 自动调平 系统 ，这 种系统调平 时间短 ， 调平精度高 ，操作简单 可靠 ，对提高砂浆车计量的准 确性具有重大意义。 1 砂浆车调平传动系统的工作原理 根据液压系统设计理论 ，该 系统采用定量开式 液压系统 见图 3 ，选用的液压泵流量为3 6 ． 5 L ／ mi n ， 工作压力为 2 5 M P a ，驱动功率为 1 1 k W。该液压系统要 实现4个功能 1 平 台的调平 ； 2 卸料 门油缸的开启和关闭 ； 3 成品料斗的举升 和 F降 ； 4 成品料斗在升 降过程中的防摆 液压 系统的原理 图如 图 3 所示 ，电机启动时 ，带 动液压泵 1 转动 ，液压泵通过吸油滤清器从油箱 中吸 油 ，通过三位 四通换 向电磁 阀分别给调平 系统和卸料 门油缸 、料斗升降油缸供油。当电磁 阀在 2 Y A端时 ， 给卸料门 、料 斗升 降油缸 供油 ；当 电磁 阀在 1 Y A端 时 ，给调平 系统供油。当电液 比例多路换 向阀的 b 位 接通 ，油缸下降 ；a 位接 通 ，调 平油缸上升 ，多次换 收稿 日期 2 0 0 9 0 8 1 0 基金项目福建省重大专项项 目 2 0 0 8 H Z 0 2 0 1 4 作者简介 李宝 1 9 8 0 一 ，男 ，硕上研究生。电话 1 5 0 6 0 8 9 2 4 6 8 ，E m a i l 1 i b a o 5 2 3 1 2 6 ． c o in 。 第 l 7期 李 等 眇浆车液压凋平 系统设计 与控制 7 5 向 ，进行 调平。 1 0 电磁铁 的动作顺序如表 1所示 。 B B Z P2 T L R l 一 齿 轮 泵2 一 温 度 计3 一 液位 计4 一 滤 油器5 、6 、7 一 三位 四通 电 磁换 向阀 8 一 液 控 锁 ．卜 节 流 阀 1 I 卜 二位 通 阀 1 1 一 卸 料 门油 缸 1 2 一 成 品料 斗 油缸 l 3 一 防 摆油 缸1 4 一 补偿 阀l s 、1 6 、1 7 、1 8 一 电 液比 例 多路 阀l 9 一 液 控 单 向阀 2 I 卜 调 平油 缸2 l 一 回油 滤清 器2 2 一 手动 泵2 3 一三 位 四通 手动 阀2 4 平衡 阀 图 3液 原理 图 表 1 阀体顺序 动作图 J 料油缶 ] 举 f ‘ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 卸料油缸撤收 十 一 十 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 料斗升降油缸举升 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 料斗升降油缸撤收 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 调平油缸伸出 一 一 一 一 一 一 一 一 十 一 凋平油缸缩同 一 一 一 一 一 一 一 一 一 2调 平 系统 的控制 过程 2 ． 1 四点式 平 台的调 平 方法 图 4 承载平 台示意图 图 5 水平传感器示意 图 图 4是 4点式承载平台和水平传感 器的安装示 意 图。采用 4个垂 直油缸 来支撑集装箱 ，这种 支撑形 式 稳定性好 ，抗颠覆能力强 。水平传感器与平台的一条 对角支点连线平行安装 。平 台有 4个 支点 ，平 台重 心 不在两水平传感器交叉点上 。 图 5为承载平 台俯视 图方 向的信号 ，它们是 与水 平倾角在一定范 围内成近似线性关系 、极性同倾斜方 向有关系的模 拟直 流 电压信 号 。 I 一 Ⅲ值 为正 时 ，表 明 I 方 向为 高 ； l 一 Ⅲ值 为 负 时 ，表 明 Ⅲ方 向为 高。 同理 Ⅱ一 Ⅳ为正 ，表 明 Ⅱ方 向为高 ，反之 则 Ⅳ方 向为 高 。由此可 判 断 ，当 I 一 Ⅲ值小 于 0 ， Ⅱ一 I V值 大 于 0 时 ，支撑腿 1为最 高点 ； I 一 Ⅲ值 小于 0 ， I I I V 值 小 7 6 机床 与液压 第 3 8卷 于 0时 ，支撑 腿 2为最 高 点 ； I 一 Ⅲ方 向值 大 于 0 ， Ⅱ Ⅳ值小 于 0时 ，支撑腿 3为最高点 ； I 一 Ⅲ值大于 0 ，Ⅱ一 I V 值大于 0时 ，支撑腿 4为最高 点。若 承载平 台的 I 一 Ⅲ和 Ⅱ一 Ⅳ值调节成水平状态，即输出都为0 ， 则可认为承载平 台已处于水平状态 。 根据水平传感器测 出的水平倾 角可 以判断出 4个 支承点的高低 ，找 出最 高点 ，按 照 “ 只升不 降 ” 的 原则 ，采用升凋平技术 ，把其他 3个支点升高至与最 高点处 于同一水平面后 ，凋平过程结束 。 2 ． 2调 平 的 P L C实现 及 系统 构成 砂浆 车的调平 由 4点支 承油缸 完成 ，所 以这是 一 次超静定 问题 。在 实现 自动调 平过 程 中 ，以假 定最高 支点高度 为 A ，某一 支 点 高度 为 B，按 照升 调平方法 ，则点 需 要升 高 的垂直 高度 为 h ，可 以 用下面 的公式 计 算 出该 支腿 升 高 A B时 所需 要 的脉 冲数 n ，从而控制该支腿升高的高度，达到调平 目 的 AB 式 中△ P是产生 I m m位 移的 固定脉 冲，可以用 实 验方法精确测 出支点升高 1 m m需要 的时 间，编程控 制加于液压开关的脉冲个数就可实现要求 的位移。 该 系统选用三菱公 司系列 的 P L C作为主控元件 ， 其结构框 图如图 6所示 。该 P L C系统包含 电源模块 、 C P U模块 、模 拟量 输入 A ／ D模 块 、模 拟 量输 出 D ／ A模块。通过水平传感器检测平台的左右倾角 和前后倾角是否满 足精 度 ，通过 1 2个限位开关来 控 制油缸的预 伸长 、油缸最高 点位置 以及 油缸最低 点。 C P U模块输 出的控制 量通 过数 字量输 出模 块 ，控制 各支腿继 电器动作 ，从而控制各支腿 的升降 ，达到调 平 目的 } 定一 堑 鏖 { 瞀 袁 曩 输} ． 曩 畜 嚣 I I ，二二 I L 一 数 字 量 输 入 模 块 限 位 开 关 I 广 _ _ _ 二 模拟量输入模块 相敏整波电流H水平传感器 Ⅲ 厶 图 6 调平系统结 构图 2 ． 3 系统 的工作过程 该系统的工作过程考虑到地 面和轮胎的变形 ，采 用两次调 平 的方式。第一 次调 平进 行完 后 ，判 断精 度 ，若精度没有达到要求 ，再进行一次调平 。根据平 台的倾斜度 ，整个调平过程分 为粗调和精调 ，倾斜度 大于 0 ． 5 。 时 ，系统 粗 调 ，各 支腿 的动 作速 度 较 快 ； 倾斜度小 于 0 ． 5 。 时 ，系统精 凋 ，各 支腿 的动 作速度 较慢。其工作过程见图 7 。 图 7 调平过程 调平过程结束需要撤收 时 ，按下 自动撤收键 ，系统 自动撤收所有调平 支腿 。为 了避免箱体与汽车底盘发生 机械性损伤 ，下降顺 序按调 平上升 的相反顺序进行 。收 腿具体工作过程见图8 。 3结 论 该 系统主要创新点 开始 横 向收腿l ● 延时s s 纵向收腿 I ● 延 时5 s ● 延 时5 s I 收预伸长 】 80m i l f l l t 图 8收腿过程 1 平台下落 时 ，由 于平 台过重 ，油缸 和导 向 柱响声特别 大 ，采用 平 台的 自重下 落 ，由 P L C给 电 磁比例阀信号，控制液控锁的开口，通过信号量的大 小控制平 台下降速度 ，还避免了平 台下落时的抖动和 油缸收腿时发出的响声 。 2 平台下落时采用与上升方式相反的控制方 式 ，有效地 防止 厂车体底盘 发生金属变形 该系统已 经过市场验证 ，能满 足市场 的要求。 参 考文献 【 l 】雷天觉． 液压 E程手册 M ． 北京 机械工业出版社， 1 9 98． 【 2 】路甬祥． 液压气动技术手册 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 1 ． 1 ． 【 3 】冯仪， 陈柏金． 车载雷达机电式 自动调平控制系统[ J ] ． 华中科技大学学报 ， 2 0 0 4 6 6 66 8 ． 【 4 】姚舜才， 张艳兵． 基于 P L C的自动调平系统[ J ] ． 华北工 学 院学报 ， 2 0 0 3 ， 2 4 1 1 41 7 ． 上接第 7 3页 掘机液 压 系 统 中 的 应 用 [ J ] ． 应 用 技 术． 2 0 0 7 1 0 1 1 11 1 4 ． 【 4 】付永领 ， 祁晓野． A M E S i m系统建模和仿真从 入 门到精 通 [ M] ． 北京 北京 航空 航 天大 学出 版 社 ， 2 0 0 6 ． 【 5 】黄宏 甲， 黄谊， 王积伟． 液压与气压传动[ M] ． 北 京 机械工业出版社 ， 2 0 0 0 ．