液压同步顶升系统在大中型轴流式转轮静平衡中的应用研究

word文档可自由复制编辑ADDINCNKISM.UserStyle液压同步顶升系统在大中型轴流式转轮静平衡中的应用研究1 绪论 21.1 研究背景与意义 21.2 国内外液压同步顶升系统研究进展 41.2.1 液压同步顶升技术在各项工程中的应用 41.2.2 大型构件大位移顶升中同步控制技术的发展现状 51.2.3 液压系统在转轮静平衡试验中的应用 61.3 本文的研究目的及主要研究内容 71.4 本文的研究方案和技术路线 71.4.1 研究方案 71.4.2 技术路线 82 液压同步顶升系统的工作原理及顶升系统 92.1 液压同步顶升系统的工作原理 92.2 液压同步顶升系统的组成 92.2.1 液压千斤顶集群作业 102.2.2 钢绞线承重 112.2.3 计算机系统 112.3 控制系统的结构和功能 112.3.1 结构 112.3.2 功能 122.4 液压同步顶升系统相关机具 132.4.1 液压泵站 132.4.2 液压提升器 132.4.3 高压胶管 142.4.4 液压油 153 大中型轴流式转轮静平衡中液压同步顶升系统分析 163.1 大中型轴流式转轮静平衡的同步顶升简介 163.2 闭环控制液压同步顶升系统的原理 163.3 液压同步顶升系统的数学建模与动态分析 173.3.1 数学建模的基本假设 173.3.2 数学建模分析 173.3.3 液压同步顶升系统稳定性分析 193.4 液压同步顶升系统的动力源控制 204 大中型轴流式转轮静平衡液压同步顶升中的同步误差控制技术分析 214.1 顶升同步误差分析 214.2 一般液压系统的同步误差控制技术 214.2.1 改善油液质量 214.2.2 提高系统刚性 224.2.3 减少泄漏 224.2.4 抑制各种力/压力的影响 224.3 液压同步顶升中的的同步误差控制技术 234.3.1 控制偏载的产生 234.3.2 准确的选择传感器 244.3.3 合理的选择反馈放大系数及精度 244.3.4 选择合适的控制阀 245 大中型轴流式转轮静平衡液压同步顶升系统的设计及实现 265.1 大中型轴流式转轮静平衡试验过程介绍 265.1.1 所需工器具 265.1.2 转轮单体粗平衡 265.1.3 转轮预装 265.1.4 转轮整体精平衡 275.2 系统主要技术参数 275.3 系统设计 285.3.1 系统总体方案 285.3.2 系统控制方案 285.3.3 同步顶升液压系统 295.3.4 泵站电气原理 305.3.5 监控系统 305.4 系统的数学建模及动态分析 315.4.1 液压系统的数学建模 315.4.2 液压系统的动静态特性分析 315.5 系统的校正和仿真 325.5.1 主/从回路的校正 325.5.2 同步顶升控制系统仿真 33参考文献 35绪论研究背景与意义水利发电中，转轮体是核心部件，决定着整个水轮机的性能。转轮体通过对水流的势能和动能的引导传输，将能量传送到发电机组带动发电机发电，转轮体性能直接关系到整个机组的发电能力，其重要性显而易见。可见，转轮的好坏对机组的抗空化性能、机组的稳定性和水轮机的效率都起到决定性的作用。轴流式水轮机通过转轮叶片与导水机构的协调联动作用，可以实现低负荷条件下较混流式水轮机高的平均效率，比转速高ADDINCNKISM.Ref.{0D2CAC7FAE9B43e19E2D33849F4243E1}[1]。在低水头运行范围内，混流式水轮机的研究比较广泛，轴流式水轮机的研究并不十成熟。工程建设的巨大需求，高参数、大容量的发展趋势，导致轴流式水轮机的研究深受关注。轴流式水轮机拥有的很大过流能力以及低水头范围内较小的转轮直径和较高的转速水平，可以帮助水电站节约大量的投资成本，使得大中型轴流式水电机组成为今后水电市场的主流产品。目前，现有的轴流式转轮的研究主要集中在以下几个方面：1)轴流式水轮机转轮刚强度研究一般认为，好的轴流式水轮机转轮叶片需要具备较好的水力性能和较高的刚强度性能以保证机组的高效安全运行。在叶片的刚强度方面，轴流式水轮机转轮叶片受力类型为悬臂受力，叶片根部应力集中，容易产生裂纹，这会降低转轮过流能力和转轮效率，影响施工效益ADDINCNKISM.Ref.{F2028559A00F43259F0668084468D8C9}[2]。因此，部分学者在施工实践的基础上，实施了对轴流式水轮机转轮强度的研究，具体涉及到的内容包括：轴流式水轮机转轮刚强度计算模型的建立ADDINCNKISM.Ref.{C2F74CDECB2942eb8D2C8388089BD3D9}[3]，轴流式水轮机转轮刚强度计算方法的研究以及转轮动态特性研究。2)轴流式水轮机转轮CAD系统开发研究新型号转轮选用是应对工程实际中特殊情况的必然，新型号机械产品一般以模型为先导ADDINCNKISM.Ref.{D584058D32694bf19A98ABBDE38A590D}[4]。作为水轮机选型计算的重要依据，水轮机模型主要综合特性曲线至关重要。转轮叶片设计耗时长，工序复杂，传统的人工设计还有精度较低的不足，在当今的工程应用中非常不便捷、不经济ADDINCNKISM.Ref.{B59C6EC35D984731BFC327CD85553062}[4-5]。而开发出水利设计CAD软件，不仅可以提高轴流式转轮叶片设计的精度和速度，而且在节约开发成本上优势明显，同时对推动轴流式转轮叶片设计的意义重大ADDINCNKISM.Ref.{20FB5375908E4011B363D6FB7755B609}[6]。轴流式水轮机转轮CAD系统开发涉及到计算程序的算法设计及人机界面的设计、设计数据的处理和数据库连接及绘图程序接口等问题ADDINCNKISM.Ref.{C9A1B9656CE74a4cBB09B6C70F49B868}[7]。3)轴流式转轮改进与优化研究近年来，由于较长的运行时间和转轮设计早期水平较低等原因，我国一大批电站的原有水力机组技术指标落后，制造质量较差，稳定性差、效率低、空蚀现象十分严重ADDINCNKISM.Ref.{08006E98E58D45e39326434F77EC61CF}[8]。机组运行参数不合理、协联关系不正确、运行效率低、叶片裂纹、空蚀磨损严重和机组运行稳定性较差等问题，在现有的轴流式转轮中已经是非常常见的问题ADDINCNKISM.Ref.{5B3EFC0B6F6D492eAC2587B8CFC88865}[9]。提高水轮机的抗空化性能和机组整体的运行稳定性已逐渐成为水轮机领域技术发展的一个重点领域。优秀的转轮都是在科研人员实际的操作实践中改型设计得来的ADDINCNKISM.Ref.{566745E532C14a06B4B0A51FF8EBE861}[10]。目前在轴流式转轮改进与优化的研究中，主要涉及到的内容有：轴流式转轮的通道改进ADDINCNKISM.Ref.{69ADACF63C25494b878BADA5C3E3FE5D}[11]、增容防蚀改造研究ADDINCNKISM.Ref.{213C00CB56534d01A5D5F1B255129B36}[12]，轴流式转轮性能优化研究以及轴流式转轮叶片优化设计中的数学模型的建立及全三维优化设计研究等等ADDINCNKISM.Ref.{A074D48605C24e2f84C2595EA19D4D29}[13-15]。4)轴流式水轮机转轮的三维流动问题研究转轮性能对水轮机机组性能有着直接的影响，对转轮内三维流体场的流动特性进行研究时提高水轮机组特性和效率的有效途径ADDINCNKISM.Ref.{3914EFA3AFB841149BAFDDF4ECF7B7C9}[16]。在计算机技术和流体力学快速发展的背景下，运用准确的转轮三维几何造型是实现转轮数字化设计与制造的关键。明确的三维流动问题研究，是保证转轮设计性能、刚强度计算分析等的基础。实践也证实，这种从水力机械内部流动特性出发的设计方案进行优选，有助于减少模型实验次数，降低产品研制成本。有鉴于此，类似于轴流式转轮三元粘性流动数值计算、基于混合平面法的轴流式水轮机内三维湍流数值模拟、轴流式水轮机转轮内三维紊流场预测等等轴流式水轮机转轮的研究得到了学者们的注视ADDINCNKISM.Ref.{1EA2C0267F1543378027716F7BFF8FCC}[17-19]。当前在施工过程中，轴流式水轮机因其很大的过流能力以及低水头范围内较小的转轮直径和较高的转速水平，目前的应用广泛。实际应用中，长时间的水下运行，致使很多因水轮机组受到泥沙的磨蚀、空蚀以及各种杂质的撞击等破坏，转轮体、叶片等主设备因此也受到了严重的损害。有鉴于此，不可避免地需要在水轮机的扩大性大修中对这些损毁严重的主设备进行更换处理，以确保水轮机组在以后的生产中可以安全稳定运行ADDINCNKISM.Ref.{0624469B83DE4907A9441E3677EB1359}[20]。更换处理中，为了保证处理后的转轮残留不平衡倾斜度和残留不平衡重达到各方向上的力量均衡性标准要求，必须进行转轮静平衡试验ADDINCNKISM.Ref.{3301371D80514089AAEF909A468E416F}[21]。实验过程中，大质量的转轮升降的稳定性往往因为装置加工质量、人员操作或等问题得不到保障，严重影响了试验的质量和效果。所以，转轮静平衡试验过程中的顶升系统急需改进，寻找新的顶升系统以保障静平衡试验的质量。同时，近年来广泛使用的液压同步提升技术作为一项新颖的施工安装技术，广泛适用于大型构件的整体提升安装ADDINCNKISM.Ref.{7C61C8E287DB46109B0880F72A0F5275}[22]。计算机同步控制、液压提升器集群、柔性钢丝绳或刚性立柱承重以及液压同步提升原理的采用，使得液压同步提升系统成为集计算机控制、传感器、机、电、液于一体的现代化自动控制技术复杂系统ADDINCNKISM.Ref.{B0D4FBE6772A4eb2B4417493A480720E}[23]。液压同步提升技术的使用，对于解决施工过程中轴流式转轮的稳定升降无疑有着很好的支撑作用。但是目前对在大中型轴流式转轮静平衡试验的研究中，很少见到有关液压同步顶升技术或是系统的相关研究。本着从实际应用出发的原则，本文认为很有必要对液压同步顶升系统在大中型轴流式转轮静平衡试验中的应用做一个较为系统的研究，以期丰富轴流式转轮的研究内容，也为相关的项目工程提供相关的理论基础。国内外液压同步顶升系统研究进展随着各个行业结构物的大型化发展，其安装、建造及运输中的各种问题不断显现乌建中,卞永明,李伟哲,超大型构件的液压同步整体提升技术,建筑机械,1995,(11):32-35。液压同步顶升系统作为目前一项比较成熟的建立在集计算机控制、传感器、机、电、液于一体的现代化施工技术系统，可以较好地实现在地面组装后的大型构件整体提升到几十米甚至几百米的高空安装就位的效果ADDINCNKISM.Ref.{9E4803943BD5492eA3DEBA93D1B56B77}[24]。这种顶升过程，实现了对结构物上升速度和载荷分配的控制，也完成了结构物顶升过程中对结构物的实施监控工作，简便快捷的安装过程和安全可靠的安装技术，促进了这项技术在国内外大型构件提升中的广泛应用ADDINCNKISM.Ref.{042F9A2C79B44c898C45E050D0EB47F2}[25-26]。但是，转轮静平衡试验的研究却显得比价单薄。乌建中,卞永明,李伟哲,超大型构件的液压同步整体提升技术,建筑机械,1995,(11):32-35液压同步顶升技术在各项工程中的应用现有的桥梁顶升主要运用在旧桥的改造与利用上。随着经济的发展，城市基础设施的逐步完善，城市道路中桥梁架设面临着新一轮的严峻挑战。现有的城市道路中的桥梁架设，负载体积大、质量重且分布不均、顶升行程长、同步精度要求高等等现实，已经不是现有的从位置闭环上进行控制的同步控制所能解决的了。国外桥梁施工改造上一直沿用的都是整体顶升施工ADDINCNKISM.Ref.{0C9FF6CC26C74ec78B32ACBDBAB832AF}[27]。上个世纪初期，欧美等国家为了保护具有使用价值和历史价值的大型建筑物，就开始了顶升平移技术的使用ADDINCNKISM.Ref.{4CA859AA82244068A736456F85F9B0D5}[28-29]。随后，液压顶升技术在法国米劳大桥中的应用，是现代化施工作业的一大成功案例典型。2002年美国BalfourBetty建筑公司所实施的对金门大桥进行的抗震改造，创造性地解决了改造施工过程中交通依然顺畅的问题。后来的时间也证实，这项技术在桥梁顶升的运用中施工效果良好，达到了相应的施工标准要求ADDINCNKISM.Ref.{7582C200CCB6490e93AB72D3D0F3FE15}[30]。国内的液压顶升技术在桥梁工程上的应用显得有些迟缓，上世纪50年代该项技术菜开始应用在桥梁工程的移位、架设及落梁上，上世纪80年代末是液压顶升技术在国内实现繁荣发展的开始。随着国家经济的发展，各项基础设施建设快速涌现，尤其是城市公路市政建设方面，该技术不断地发挥着重要作用。近年来，运用该项技术得到良好效果的工程不断出现。上海的吴淞大桥工程是液压顶生技术在我国桥梁顶升施工中的先例，该桥北引桥的改建工程是国内首次将液压顶升法用于桥梁改造的成功先例。早期的一些工程还有北京西客站主站房钢门楼整体提升、上海东方明珠广播电视塔钢天线桅杆整体提升以及上海大剧院钢房架整体提升等一系列重大建设工程ADDINCNKISM.Ref.{F0EFE260EDD242e897920ADD00BAC5EF}[31]。吴俊明、赵东奎ADDINCNKISM.Ref.{F27B82C72D644352AE670FAE079AE5B4}[32]以药湖大桥维修施工工程为基础，利用32点液压同步顶升系统作为主要施工设备，在经过清理盖梁上的垃圾、安放千斤顶及空载试验、整体顶升、更换旧支座和梁板复位等施工过程实施后，认为这种多点液压同步顶升系统下实施的梁体顶升与支座更换具有很好的实践操作效果，方便、安全、快速、经济。严建明、张晋文等ADDINCNKISM.Ref.{4D764EDD53754b078BC1DFF4983999DC}[33]针对嘉闵高架钢桥的现场施工，以新角浦、蟠龙港两个区域的钢桥吊架为例，对液压同步顶升技术方法在大吨位大跨度钢桥安装工程中的应用进行了研究。近年来，PLC液压同步顶升技术在我国得到了应用，例如有了在高速公路的改造中如何实现同步顶升的研究ADDINCNKISM.Ref.{A391B85FAB544226B42E6AABAD79E2E8}[33]，一种基于大型结构物同步顶升自动称重系统被证实可以在多个油气田工程的建造中得到成功应用。崔正浩、张守成ADDINCNKISM.Ref.{E05009CD158A484d97007293401E8A59}[24]以长治市体育中心体育馆钢网架安装工程为研究对象，运用液压同步顶升技术，在分析、明确顶升难点之后，成功地进行了500t大体量钢网架整体顶升的安装施工实践，克服了对八套液压系统同步运行的严格要求。大型构件大位移顶升中同步控制技术的发展现状采用支撑结构承重、液压缸集群、液压同步顶升，实现大型构件的大位移顶升，是液压同步提升技术的一种，可以实现将地面完成的成千上万吨的结构物顶升到预定高度进行安装ADDINCNKISM.Ref.{5A7174CB616F4bb7A71ADB0006AE16D1}[34-35]。上世纪70年代，为了满足世界各地大型结构物在施工及安装过程中的大位移顶升需求，在矿业模块化、海上石油平台的顶升过程中，比利时Sarens公司的大位移顶升设备发挥了重要作用；瑞士VSL国际有限公司利用液压整体提升技术则完成了包括德国1400t的主弓桥的提升、韩国汉城3400t的顶部结构物提升以及瑞士5300t的屋顶结构顶升等ADDINCNKISM.Ref.{1C75541726984388985156AE1114C7EA}[36]。荷兰MAMMOET起重吊装公司开发了载重能力强的大位移大吨位顶升装置，利用四角的液压千斤顶与支撑结构，使结构物间歇式升降，从而实现利用液压千斤顶的小位移顶升达到大位移提升结构物的目的/en/AsiaPacific。我国的液压同步顶升技术在上世纪90年代初开始应用在大位移提升设备上，随后有顶升高240米、重600t的上海石洞口电厂钢内筒烟囱、顶升重450t、提升高350米上海东方明珠钢天线桅杆等。目前来说，在大型构件的大位移顶升技术的应用中，数万吨级的顶升技术比较落后ADDINCNKISM.Ref.{7FD5B10051C04136B8A7BAE9BF8821C5}[37]。/en/AsiaPacific值得注意的是，目前各行业上万吨设备是司空见惯的事情，单独的顶升原件早已不能满足这种设备的顶升需求，多点液压同步顶升于是应运而生ADDINCNKISM.Ref.{4C099514D06E42aeB438A536DA3700F2}[38]。总体来说，建筑行业中大型机件的提升设备、舞台的自动升降装置、文化活动中剧院、海洋工程中各种举升设备、大型龙门吊车的提升设备以及工程桥梁的顶升装置等均是采用多点液压同步控制技术实现顶升目的。在同步控制方法上，一般可以划分为三代(表1)，上述的荷兰的MAMMOET起重公司的一套顶升设备与比利时Sarens公司的两套设备均采用第三代控制技术，极大了减少人工成本，提高了施工效益，缩短施工周期。第三代液压同步控制技术建立在传输网络系统的基础上，实现了现场采集信号的实时传输，便于工作人员第一时间内将现场参数反馈到控制单元中，在输入不同的控制参数后，控制多个参数的负荷运算，从而实现对多个执行器协调工作的驱动。这种液压同步技术较高的自动化水平、即时的控制参数能力，在提高同步控制系统的经济性和安全性上有很好的实践效果。同时，同步控制技术也降低了操作人员的技术要求水平，便于现场施工人员对设备的操作，进而避免了一些人工操作中可能出现的各种问题。表1多点液压同步控制系统的发展历程ADDINCNKISM.Ref.{C27FD22FCCE74c89B3D4D032D1889AC5}[39]同步控制方法产生背景对象说明第一代同步控制方法单独的顶升原件不能满足大型设备的顶升需求。同步控制对象为液压泵。利用自整角机，采用负荷传感控制液压泵，实现多点多缸同步控制，该方法可满足一般工业要求，简单、实用。第二代同步控制方法第一代同步控制方法无法满足科技发展背景下新产品及安装所需的高精度要求。以电子、液压控制为主。用局部参数(速度、位置、负载)反馈，电子系统作为调节单元对反馈的参数与设定值进行比较，输出信号驱动液压阀，控制液压回路，实现液压执行器的精度同步。第三代同步控制方法信息产业的不断发展，工业自动化程度的不断提高，各种控制方法的不断发展完善。以网络为基础的信号传递系统，以微处理器为控制单元。具有实时监控、现场协调能力的第三代液压同步控制技术应运而生。液压系统在转轮静平衡试验中的应用转轮静平衡质量好坏关乎水轮机运行平稳定的高低，所以对转轮进行静平衡试验消除不平衡重量尤为重要。尤其是随着大型及巨型转轮的广泛应用，转轮静平衡试验的研究得到人们的重视，多种不同的试验方法都得到了尝试和应用。转轮静平衡试验的环节一般包括：实验前的检验实验装置的布置与控制试验前测量基准线的标示与检验应力棒的安装和形位公差控制平衡系统水平度的调整与控制转轮静平衡粗平。实际试验操作中，不同的静平衡试验方法及试验目的在程序上也会有所不同。现有的常用试验方法诸如测杆应变法、三支点称重式压力传感器法、应力棒法、立式静平衡法等等。早在岩滩水电站1号水轮机转轮静平衡试验的研究中，吴国强ADDINCNKISM.Ref.{5F823F2031E24b4aBD7109202D9FD3D4}[40]就提出同传统的镜板平衡块支承方式相比，液压装置的稳定性好、灵敏性高。液压装置几近于零的滚动摩擦系数从根本上弥补了传统静平衡装置在大质量转轮时代平衡精度低的不足，试验结果也证实液压装置效果良好。吕油库ADDINCNKISM.Ref.{7A13AB4C5AC34df6B4CB1B50AB783E84}[41]在对百色水利枢纽水轮机转轮静平衡试验的研究中，采用液压支承装置支撑转轮，用千斤顶在对转轮进行顶起和落下操作中，实现了同步调节与控制。他认为，期间计算机系统的应用，在处理试验数据上不仅可以最大限度地减少人工失误，提高转轮静平衡试验的工作效率，还对提高静平衡试验的精度作用重大。本文的研究目的及主要研究内容随着水力发电技术的进步，轴流式转轮的应用以及老电站水力发电机组设备的改造和设计工作受到了世界各国在水能资源开发利用中的普遍关注。机组转轮经受长时间的水下作业，各种问题不断显现，为了提高水轮机的整体能量特性，保证水利机组的稳定运行，对转轮实施增容改造、技术更新以及扩大性大修是时常会发生的事情。大中型转轮静平衡试验作为保障转轮性能的关键点，使得加强对转轮静平衡试验中转轮顶升系统的研究意义重大。正如前文所述，虽然在轴流式转轮的研究方面，已经有了很多成就，但是，并未见到系统的液压同步顶升技术在轴流式转轮静平衡中的应用研究。因此，本文的主要目的是实现大中型轴流式转轮在静平衡试验中液压同步顶升系统的设计，相应的主要内容为：1.液压同步顶升系统的理论基础研究。为了保证在系统设计过程中的科学性，本文将对液压同步顶升系统进行全面的梳理，涉及到的主要内容包括液压同步顶升系统的控制类型与特点、液压同步顶升系统的控制策略与方式与液压同步顶升系统的智能监控等内容；2.液压系统的分析和设计。在对同步顶升控制系统进行方案论证的基础上，确定下来大中型轴流式转轮静平衡试验中液压同步顶升系统的硬件组成及元件选型等内容；3.系统的数学建模与分析。数学模型是分析系统的强有力工具，所以必须对系统进行数学建模分析，以确定液压系统的动静态特性；4.液压同步系统设计的实现。结合大中型轴流式转轮静平衡试验的要求及特点，主要以系统的主回路和从回路的校正内容以及同步顶升控制系统的仿真等内容为主，设计液压同步系统。本文的研究方案和技术路线研究方案为实现本文的研究目的，设计具体研究方案如下：(1)为了能得到科学的液压系统理论指导，运用文献查阅法，通过多方文献的阅读，明确相关概念、完善相关的理论；(2)本文是以液压同步顶升系统在轴流式转轮中的应用为导向的，侧重在液压系统的应用研究，因此，系统设计是展现应用的最好方式。结合已有的项目资料，实现系统的设计。技术路线系统分析系统分析数学建模系统仿真及实现控制类型与特点系统控制策略与方式系统智能监控查阅资料确定课题方向方案设计液压同步顶升系统理论分析系统设计综合分析，得到轴流式转轮的液压同步顶升系统结论液压同步顶升系统的工作原理及顶升系统液压同步顶升系统的工作原理液压同步提升技术的核心设备采用计算机控制，全自动完成同步升降、负载均衡、姿态校正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能，是集机、电、液、传感器、计算机和控制理论于一体的现代化先进设备。在提升时，液压千斤顶的上锚具和下锚具就象人的双手那样握住钢绞线。正式提升时，上锚具夹紧钢绞线，下锚具松开，主油缸伸出，把上锚具顶上去，钢绞线就被拔上去，钢桁架或网架也就被提升上去。主油缸伸足后，下锚具夹紧钢绞线，使钢桁架或网架保持高度不动，然后，上锚具松开，随油缸缩回而退下到原起点位置，准备开始下一个提升行程。就这样，随着油缸伸缩、上下锚具紧松，钢绞线逐步被拔上去，整个钢桁架或网架也就徐徐上升。如果提升油缸与上述循环过程相反工作，也可实现重物下降.提升时，千斤顶的动力由液压泵站提供，千斤顶的动作、速度以及桁架或网架的姿态等由控制系统控制。液压同步顶升系统的组成整体提升系统的核心是液压提升设备。液压整体提升设备由控制系统和液压系统(包括承重机构、液压千斤顶、液压阀组、泵站、管路等)构成。控制系统负责控制作为执行系统的液压系统进行提升作业，并保证提升质量(如下图)。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11液压同步顶升系统的组成液压同步整体提升系统由钢绞线及提升油缸集群(承重部件)、液压泵站(驱动部件)、传感检测及计算机控制(控制部件)和远程监视系统等几个部分组成。钢绞线及提升油缸是系统的承重部件，用来承受提升构件的重量。可以根据提升重量(提升荷载)的大小来配置提升油缸的数量，每个提升吊点的油缸可以并联使用。液压泵站是提升系统的动力驱动部分，它的性能及可靠性对整个提升系统稳定可靠工作影响最大。在液压系统中，采用比例同步技术，可以有效地提高整个系统的同步调节性能。传感检测主要用来获得提升油缸的位置信息、载荷信息和整个被提升构件空中姿态信息，并将这些信息通过现场实时网络传输给主控计算机，主控计算机则根据当前网络传来的油缸位置信息决定提升油缸的下一步动作，同时，主控计算机也可以根据网络传来的提升载荷信息和构件姿态信息决定整个系统的同步调节量。液压千斤顶集群作业以液压千斤顶作为整体提升的动力设备，由于液压千斤顶可以灵活布置与组合，可以根据大型结构的特点和施工现场的条件，构成受力合理，动力足够的施工作业系统，因此常用于各种大型、特殊、复杂的结构安装工程。根据各作业点提升力的要求，将若干液压千斤顶与液压阀组、泵站等组合成液压千斤顶集群，大型结构整体提升时称为液压提升器，整体移位时称为液压牵引器。一般是一个作业点配置一套液压提升器或牵引器。液压千斤顶集群在计算机控制下同步作业，使提升或移位过程中大型结构的姿态平稳，负荷均衡，从而顺利安装到位。钢绞线承重液压千斤顶是通过集束的钢绞线和对应的锚具来提升或牵引大型结构的。目前国内生产的两种系列的液压提升器都使用1×7-￠15.24mm高强度低松弛钢绞线作为承重件。钢绞线所用的钢丝抗拉强度为1860N/mm2，理论截面积为140mm2，最小破断拉力为260KN，弹性模量为E=2×105N/mm2。锚具将承重钢绞线锚固在吊升结构上或将钢绞线锚固在支承架上。锚具有各种规格，与所选用的液压提升器配套使用。一般都是利用预应力张拉中的QM型、OVM型、HVM型等自动工具锚，这些锚具可反复多次使用。当吊升结构上不便直接安装液压提升器或锚具，需设计制作专用吊具，专用吊具与吊升结构直接相连，在专用吊具上再安装液压提升器或锚具。计算机系统整体提升作业由计算机通过传感器和信息传输，控制电路进行智能化的闭环控制。计算机系统主要作用有：①控制液压千斤顶集群的同步作业；②控制施工偏差；③对整个作业进行监控，实现信息化施工。计算机控制具有智能化功能，可以在施工过程中自动对施工系统进行自适应调整，进行故障的自动检测与诊断，并能模仿与代替操作人员的部分工作，提高施工的安全性和自动化程度。控制系统的结构和功能结构控制系统由计算机控制和电气控制两大部分组成。控制系统的核心是计算机控制，外层是电气控制。计算机控制部分通过电气控制部分驱动液压系统，并通过电气控制部分采集液压系统状态和提升吊点工作数据，作为控制调节的依据电气控制部分还要负责整个提升系统的启动、停车、安全联锁，以及供配电管理。一、计算机控制计算机控制部分由下列各子系统组成：(1)顺序控制子系统：进行提升器集群动作控制和提升作业流程控制。(2)偏差控制子系统：进行提升高度偏差控制和提升负载均衡控制。(3)操作监控子系统：对提升作业进行操作和监控，并完成工作数据的采集、存储、打印输出等。(4)数据分析子系统：对记录存储的工作数据进行分析。可以重演已经完成的提升过程，还可以设定模型和参数，模拟新工程的提升作业，供技术人员确定施工方案、制定控制参数时作参考。二、电气控制电气控制部分由下列各工作单元组成：(1)总控台：负责提升系统的启动、停车、紧急停机；操作方式设定；各种信息显示，并设有计算机控制设备的机架、操作台、通讯装置等。(2)总电气柜：主控室配电、动力装置交流配电、控制装置直流配电。(3)液压系统的驱动电路：包括控制液压提升器动作的电磁阀控制电路；调节液压流量的电液控制器和比例阀控制电路等。(4)自动检测和信号显示装置：包括检测液压系统状态的传感器及其传输电路，检测吊点高度的传感器及其传输电路，以及各种仪表、指示灯、信号显示板等。(5)吊点电气控制柜：负责单个吊点的电气控制。它们既是系统联动时受计算机控制的执行机构，又是提升系统处于手控状态时的单点控制装置，可以独立操作吊点的升降动作。(6)泵站控制箱：负责液压泵站的电气控制。(7)供配电线路：包括380V、220V交流电、24V直流电等供配电线路及各种稳压电源等，负责包括控制系统和执行系统在内的液压提升系统集中供电。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12控制系统与整体提升系统关系图功能要实现整体提升，需做到所有液压千斤顶能够同步动作，整个提升系统能够按施工工艺所要求的流程和步骤工作，而且钢构件要始终保持合适的姿态，使施工负载、稳定性、各项参数和偏差均符合设计要求。安装定位的精度符合设计要求。因此，控制系统的功能是：(1)实现液压提升器集群的同步协调动作，包括集群联动、局部联动、单点单动等；(2)按施工工艺规定的作业流程进行连续提升施工，并能自动或半自动地根据不同工况修正作业流程；(3)将提升过程中各吊点的高度偏差限制在设计允许范围内；(4)在吊点分布不均匀、吊点负载差异很大、液压系统采用不同规格组合配置时，进行吊点负载的均衡控制；(5)自动采集、存储提升系统和提升过程中产生的大量数据，并能进行各种检索和分析，辅助工程技术人员做好系统调试、技术分析和技术总结。液压同步顶升系统相关机具液压泵站液压泵源系统为液压提升器提供液压动力，并通过就地控制器对多台或单台液压提升器进行控制和调整，执行液压同步提升计算机控制系统的指令并反馈数据。液压泵站主要由油泵、电机、电磁换向阀、针形阀、液控单向阀、溢流油箱、压力表、电气控制柜等组成。各类液压控制元器件的的主要功能是：安全阀调定系统压力；单向阀、电磁换向阀决定油液的流向；截止阀控制油路的通断；电磁比例阀调节流量来控制液压千斤顶活塞杆伸缩速度等。在不同的工程使用中，由于吊点的布置和液压提升器的配置都不尽相同，为了提高液压提升设备的通用性和可靠性，泵源液压系统的设计采用了模块化结构。液压泵站的布置遵循以下的原则①泵站提供的动力应能保证足够的提升速度；②就近布置，缩短油管管路；③提高泵站的利用效率。液压提升器在液压提升系统中，提升器为松卡式液压千斤顶，承重系统提升力是通过提升器主油缸大腔进油产生的。液压提升器的结构如图2-4所示，它由提升主油缸和位于两端的锚具构成。锚具因提升器直立放置，分别简称为上锚具和下锚具。锚具由楔形夹具和一个控制夹具动作的锚具油缸组成。它们通过楔形夹具的单向自锁作用夹紧钢铰线，而松开锚具则要通过提升主油缸和锚具油缸的配合才能打开。卡紧装置设置在上下锚具内，为楔块式结构，它由卡块座、多片卡块、卡块弹簧等组成，俗称夹片锚具。这种结构使该装置有单向卡紧性能，即提升索具(或吊杆)存在下滑趋势时被卡住，而提升索具(或吊杆)向上时则可自由上升。当选择适当楔角时，卡紧装置可产生大于轴向力数倍的夹紧力，而且夹紧力与轴向力成正比，因此卡紧装置的性能十分可靠。卡紧机构能自动闭锁，一旦出现故障或突然停电，卡爪能及时将承载钢绞线卡紧，确保负荷悬停。由于这种特殊的卡紧装置决定了液压提升设备不仅满足步进式的提升要求，而且在遇到特殊情况(例如停升修整，停电，油管爆裂等)时重物也不会突然下坠造成损失。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13液压提升器结构图表SEQ表\*ARABIC1常用国产液压提升器规格表高压胶管高压胶管是液压提升成套设备中不可缺少的部分，必须选用与松卡式千斤顶、液压泵站相匹配的高压胶管，带有连接的高压胶管称为高压胶管总成。高压胶管分为主油路胶管和分油路胶管及环路胶管三种，一般都为两层钢丝编织的高压胶管，参数有内径、工作压力、长度、两端接头螺纹规格等。均采用快装接头，拆装方便快捷，密封性好，在正常使用情况下不容易损坏。液压油液压油一般选用专用的抗磨系列液压油，工作油温宜在-10～60℃，不同品牌，不同规格的液压油绝对不允许混用，液压油应保持清洁，在进入管路中时还应用专门的装置进行过滤。液压油用完后应收集到专用油箱中密封保存，以便下次使用。大中型轴流式转轮静平衡中液压同步顶升系统分析大中型轴流式转轮静平衡的同步顶升简介随着经济的发展，人们活动范围的扩展，人们的需求也日益增多，科技的进步与发展也广泛地促进了同步顶升技术水平的提升。大质量构件的多点同步顶升、桥梁及建筑工程安装过程中的多点同步顶升、高精度的锻造液压机顶升、船闸中的启闭机与大型水电站的中同步顶升技术都得到了广泛地运用。一系列的大型结构物同步运动的高精度、大受力、安全可靠及运动平稳需求，促进了液压顶升系统的发展，液压顶升系统以容易控制、经济合理与操作方便的特点为人们所喜爱。面对如何提高液压系统速度及有效载荷的问题，液压同步顶升代替单一顶升是一个很好的选择，实现了液压有效负载的提高及对高质量液压元件需求的降低。在高速重载的液压同步控制技术中，对液压系统参数进行重新合理分配，可以有效地降低整个液压系统的成本。有鉴于液压同步顶升系统在大型结构物中的成功运用，大实施大中型轴流式转轮静平衡试验的过程中，也会采纳这种稳定、经济、安全的液压同步顶升方法，以保证静平衡试验的可靠效果。闭环控制液压同步顶升系统的原理目前，随着控制理论和工控机的发展，新型电子液压元件的推出，电子技术与液压技术的结合，几乎所有高同步精度要求的各类机械装备中均有广泛应用的是闭环控制液压同步系统，它可以获得较高的同步精度。将受控对象的输出参数经检测与预期望值进行比较运算后，将其相差值反馈至控制装置，可很大程度地消除或抑制内外界对输出参数的干扰，以使输出参数为期望值或者接近但不允许超过的值；简言之，在控制系统中通过输出量反馈到控制装置使其输出量符合期望值的要求，此控制系统即为闭环控制系统。闭环控制液压同步顶升系统的控制过程为：传感器检测液压缸的运动位移，并将其余设定位置值相比较，其差值反馈到控制器中，控制器发出信号驱动控制装置来改变液压阀的开度，进而改变液压缸的运动位移，保证液压缸输出位移与设定值相同或在允许的误差范围内。此种液压同步控制系统有许多优点：同步精度高，抗干扰能力强，可自动纠正受控液压缸输出位移，具有一定的自动化和智能性，可自动完成预定的工作要求，使操作人员远离现场，且在维护、故障警报等方面可实现与现代电子技术连接，极大的扩宽了液压技术的应用领域。液压同步顶升系统的数学建模与动态分析在明确闭环控制液压同步系统原理的基础上，可建立起其物理模型。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11闭环控制液压同步顶升系统物理模型图按照该模型可知，要想实现不同液压缸的同步顶升，只需要保证x1和x2相等即可。实际工程操作中，往往不可避免液压油的压缩、动态载荷及系统的内外泄露情况的发生，这时需要对液压阀2进行控制，保证两个液压缸在一定精度下的同步运动。数学建模的基本假设数学建模可以定义为根据对研究对象所观察到的现象及实验经验，总结出一套反应其内部因素数学关系的数学公式、逻辑准则和具体算法，用以描述和研究客观现象的运动规律。液压同步顶升系统建立数学模型时，为了使模型简单直观，便于分析关键因素，忽略了次要因素，做了如下的假设：(1)电液比例阀为理想零开口四边滑阀，并假定阀各节流口流量系数均相等；(2)油缸的内、外泄漏为理想的层流；(3)忽略管道压力损失和管道的动态特性；(4)尽管顶升缸行程较长，仍假定油液体积弹性模量为恒定值，简化分析；(5)把顶升缸固定在车身上，与车身之间存在连接刚度，车身与地面由轮胎接触，也存在连接刚度，我们把这两个刚度放在一起考虑，化繁为简；(6)相比其他力而言，粘性摩擦力很小，且作用微小，故忽略粘性摩擦力的影响。数学建模分析多点液压同步顶升系统原理可如如下简图所示。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s12多点液压同步顶升系统原理图其中W，p，q分别表示液压系统的外载荷、系统压力、输入流量，下标1、2、3、…、n为每条支路的编号。如果每条支路上的系统压力、输入流量及其他参数均相等，这就构成了一个理想的多点同步顶升系统。每个液压缸的动特性一般由流量连续方程和动力平衡方程两个基本方程描述。液压缸进油腔流量连续性方程：液压缸回油腔流量连续性方程：液压缸进油腔的工作容积：液压缸回油腔的工作容积：由以上内容，可得液压缸流量连续方程：当外界载荷不变时，每条支路获得的输入流量越接近，同步精度越高。每条支路的流量由该支路上的比例阀控制，可根据实际需要通过控制系统控制阀的开口大小，从而控制每条支路输入流量的多少和快慢。当某条支路上的外界载荷变化(增大)时，该支路上的液压缸输出位移发生变化(减少)，与其他支路的同步误差增大，此时由控制系统发出信号，改变该支路上的比例阀的开口大小(增大)，液压缸输入流量发生变化(增大)，其输出位移亦变化(增大)，该支路与其他支路的同步同差值恢复(变小)设定值内。液压同步顶升系统稳定性分析稳定性是控制系统正常工作的必要条件，也是最重要的特性。电液比例系统中的设计和静、动态性能分析都是以稳定性要求为基础进行的。下图为考虑到信号采集、信号放大器等部分的比例控制系统的传递函数方框图。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s13同步顶升电液控制系统的传递函数方框图K、和三个参数是影响系统稳定性及其它动态品质的主要因素。一般希望系统的穿越频率也就是大些，因为这样系统的工作频带较宽，其快速响应性也较好，同时系统的稳态位置误差也小。为了使系统稳定，开环放大系数的提高将受到液压固有频率和液压阻尼比的限制，故增加液压固有频率和液压阻尼比是提高系统稳定性的有效途径。系统的输入频率若是大于液压固有频率，电液控制系统往往就无法响应(误差过大)，这也就抑制了系统的工作频率范围，故必须想法设法增加液压固有频率。由液压固有频率的表达式可知，液压固有频率主要由三个参数(液压缸有效作用面积A、油液等效体积弹性模量和液压缸工作腔总容积)决定。为提高可以加大油液的等效体积弹性模量，增大液压缸有效作用面积A，减少液压缸工作腔总容积。增强容器及管道的刚度可提高油液的等效体积弹性模量，液压缸工作腔总容积由液压缸有效作用面积A和液压缸工作行程决定，故不宜直接改变液压缸工作腔总容积。若单纯加大液压缸有效作用面积A，为保证系统工作压力及速度的稳定，系统所需要的流量也势将增大。增加液压阻尼比是提高系统稳定性的有效途径，增加阻尼系数可以采取以下几种方法：(1)增大液压缸内泄漏系数，设置泄漏通道于液压缸两工作腔之间；(2)增加压力流量系数，具体操作方法为选用正开口滑阀；(3)增加系统的摩擦阻力，但是，高精度控制系统中，不宜采用这种方法，因为增加系统的摩擦阻力会加大静态误差以及死区。液压同步顶升系统的动力源控制此液压同步顶升系统采用PLC控制液压泵的启停、液压阀的开关及其开口大小等，即PLC为此系统的动力源控制方式。采用位移传感器和压力传感器来检测各顶升点的位移和载荷力，PLC系统根据各顶升点的升高位移即可确定系统同步误差，同时可使计算机实施监控各顶升点的运动状态。此液压同步顶升系统选取西门子SIMATIC-S7系列可编程控制器，其主要输入点包括：操作状态选择(自动、手动两种)、油泵启动、油泵停止、预顶升、顶升、下降等；输出点主要包括：油泵电机接触器、各种警报(压力报警、位移报警等)、各种液压阀、各种控制指示灯等。此外，PLC控制器与上位机SIMATIC-WinCC之间设有标准通讯接口，PLC接收到的信号经过处理均可在上位机上显示出来，便于操作人员实时观察系统运行状态。大中型轴流式转轮静平衡液压同步顶升中的同步误差控制技术分析大中型轴流式转轮大位移顶升过程中各个顶升单元间的同步精度关系到转轮静平衡测试的载荷分配、稳定性及施工安全等，是顶升过程中最为关键的性能指标，同步精度必须满足使用要求才能保证该技术的实用性。本章对大位移顶升过程中的同步误差进行分析研究，分析影响同步精度的因素，并对同步误差控制技术进行了研究。顶升同步误差分析大中型轴流式转轮静平衡试验过程中，需要对转轮进行稳定的顶升。在顶升过程中，结构物的顶升位移间的差别就是要分析的同步误差。大中型轴流式转轮静平衡试验采用液压顶升系统，顶升误差即液压同步顶升误差直接影响整个结构物顶升同步精度，大位移顶升系统的同步误差与液压顶升同步误差相等。在进行大位移顶升过程中，同步误差实际上产生于多个液压同步顶升位移的累积。对其进行的同步精度分析，也就是对液压同步顶升系统的同步精度分析。通常来说，表示液压同步顶升系统的同步误差率使用以表达同步精度的最好方式：理论同步误差=(计算的理论流量—输入执行器的实际流量)/输入执行器的实际流量同步误差率=(输入执行器的最大流量—输入执行器的最小流量)/输入执行器的最大流量考虑到液压同步精度有输入各支路的流量决定，如何控制输入各个支路的流量相同，即是控制同步误差的最佳方法。一般液压系统的同步误差控制技术液压传动虽是同步运动优选的传动形式，但是在保证整机及整个液压系统的经济合理性及操作、控制、维修的方便性和安全可靠性的前提下保证符合要求的同步精度绝不是一件容易的事。故研究与解决液压同步精度并考虑与其对应的经济合理性，已成为液压行业的永恒主题之一。改善油液质量油液是液压回路中的传递介质，它传递液压系统的能量与信息，是液压系统中绝不可缺少的。但油液中常混有气体，影响油液压缩率，导致液压缸运动速度变化，影响同步精度。另外，液压油的黏度对温度变化特别敏感，油液具有热胀冷缩的效应，这些均会影响液压缸的运行速度，导致同步精度产生误差。当油液中混有杂质或选用不适合的液压油，均会对同步精度产生影响。解决办法为：排除油液中的气体可以设置金属过滤网，破碎气体，尽量保证吸油系统不漏气，可以让液压缸多次空行程运行，直到排尽液压系统内的空气为止；对于油液温度的变化可以设置冷却装置，减少系统节流量以提高系统效率；防止杂质微粒进入液压系统，设置空气滤清器和油液过滤器；液压油的选择必须遵守相应的原则及其注意事项，切忌随便选用代用液压油。提高系统刚性无论是结构物或者顶升系统机架的刚性、或者它们之间连接的刚性，只要它们受力后显示刚性不足、产生较明显的变形，均会影响同步顶升的同步精度而产生误差，甚至超差。解决的办法为：对机架截面进行合理的设计，提高其刚性；其次合理的减少连接件的数量，并改良它们之间的连接形式，提高其刚性；通过材料力学的方法，对结构物变形进行分析，合理设置顶升点，减少变形。利用全站仪及水平仪建立变形监控系统，实时监控地面和结构物的变形，一旦发生变形及时发现并处理。减少泄漏泄漏尤其是液压缸的泄漏是难免的，更不可能保证各支路泄漏相同，加之长时间运行使其工作特性发生变化等原因均会造成同步执行的液压缸运动速度不同，形成同步误差。解决方法只能提高制造精度，提高密封质量，调高装配精度，使同步液压缸的容积效率高且相同，以减少泄漏对同步精度误差的影响。抑制各种力/压力的影响系统内外摩擦力、阻力，以及偏载、压力波动、出油口背压都会对同步精度产生影响。由于存在制造误差，造成液压缸中心轴与活塞杆轴线不重合，两者运动会产生较大的摩擦力，由于各液压缸的摩擦力大小不同，摩擦力小的运动就快些，这样就产生同步误差。由于各支路的油路远近及布局的不同，各支路的沿程阻力和局部阻力必然不同，阻力小的支路，液压缸运动速度相对快些，亦会产生同步误差。各顶升点间的承载力的不同，即产生偏载，承载力小的液压缸运动速度快，产生不同步，导致同步误差的出现；由于压力源或系统外载荷变化导致系统压力波动，会引起流量的变化，从而影响执行器的运行速度，产生同步误差。为使液压缸运动平稳、不产生冲击，常在出油口安装背压阀，进行背压调节，背压值受各种因素的影响，各支路的背压往往不同，背压值大的支路运动速度小些，这就导致不同支路间的同步误差。解决方法为：尽量选择同材料、同尺寸、同精度的同步液压缸，使其摩擦力尽量接近相同，尽量减少或抑制摩擦力因素的影响；为使各支路阻力相同，使个支路的管道长度、管径、管接头以及布置形状相同，并尽量控制管道长度，增加管道直径，这样可以减少或抑制因各支路阻力不同产生的同步误差；采用闭环对各顶升点载荷进行实时调控，保证各顶升点载荷相同或接近，抑制偏载的产生；设置压力补偿器抑制压力波动；尽量减少背压阀的数量，可以选择数个支路通共用一个背压阀，以使液压系统动作既平稳又达到同步精度。液压同步顶升中的的同步误差控制技术液压同步控制的类型不同，影响同步精度及误差的形成因素是不同的，即使是同一类型的液压同步回路，具体使用条件的不同也会导致形成同步精度误差的因素不尽相同。大型结构物大位移连续顶升过程中的液压同步控制采用比例阀控制的闭环液压控制类型，本节主要分析此种液压系统的同步误差控制技术。控制偏载的产生同步液压缸位移由两部分组成，即液压缸输入流量引起的位移x1和外载荷变化引起的位移x2减少。其中，位移x1为决定因素，位移减少x2为干扰因素。消除或抑制偏载的产生，是减少系统同步误差的有效措施。首先分析顶升单元内的四个顶升液压缸之间的同步控制。顶升单元内的四个顶升液压缸采用机械式同步装置，将四个顶升液压缸活塞杆固定在支架下表面，在支架满足设计要求的情况下，可认为顶升单元内的四个主液压缸之间同步误差为零。此种情况下，在四个顶升液压缸之间可能会引起较大的偏载，为此我们采用分流集流阀，来严格控制进入各个顶升液压缸的流量，使之相等，这样即可满足消除同步误差，又可最大限度的抑制偏载的产生。顶升单元间的同步控制亦会产生偏载，即不同顶升点承受的载荷力会发生变化，从而产生偏载。对于这种偏载，载荷分配技术可以很好的解决这个问题。利用载荷分配技术对每个顶升点的载荷进行配置，配置完成后，利用压力传感器对其进行实时监控。由于压力传感器直接设置于顶升千斤顶的活塞杆顶部，每个顶升点的载荷也就是各个顶升单元的载荷有内部四个顶升千斤顶的载荷相加得出。以利用载荷分配技术配置的载荷为参考值，当顶升点的载荷变大(或变小)时，压力传感器及时的将变化反馈到控制计算机中，计算机控制比例阀减少(或者增加)该顶升点的输入流量，减慢(或者加快)该顶升点的速度，从而达到控制载荷的目的。准确的选择传感器检测系统检测现场的位移以及压力信号，并将它们反馈到控制系统中，可见检测系统的准确性对同步精度起着极其重要的作用。检测系统主要有位移传感器和压力传感器构成，在同步控制中，对位移信号的比较是控制的基础，故检测系统中的位移传感器是影响同步性的关键因素。闭环控制液压同步系统中必须对位移传感器进行严格合理的选择，位移传感器必须满足以下要求。范围。位移传感器的测量范围必须大于系统最大位移的两倍，如液压缸顶升行程为400mm，位移传感器的行程必须大于800mm。精度。位移传感器的精度必须高于同步精度一个数量级，对于同步精度要求高的场所，可降低为同步精度的5倍以上。如同步精度要求为0.1mm，位移传感器精度为0.1/5=0.02mm，然后选择具有与之接近精度的位移传感器。干扰防护。因为位移传感器位于系统输入端，且其检测的信号需经过放大器放大，故必须保证位移传感器抗干扰能力，并注意无线电设备应远离测量系统。频宽。位移传感器的频宽至少为系统频宽的5~10倍，否则就不能测出位移真实值。合理的选择反馈放大系数及精度检测反馈系统是闭环控制系统中采集、传递现场信号的关键环节。合理的选取反馈放大系数及精度是控制反馈环节对同步误差影响的有效措施。一般情况下，反馈环节的放大系数越大，系统同步精度越高，故我们希望选取大的放大系数。但是反馈比例放大系数越大对环境温度越敏感，越容易产生零点漂移，故反馈比例系数不能过大。综合讨论，一般工程内的反馈放大系数取3左右，另外反馈系统的精度必须取同步精度的5倍以上。选择合适的控制阀比例方向阀是闭环控制液压同步系统中最为关键的元件。比例方向阀的负载流量受阀芯位移和负载压力以及油源压力影响，而负载流量直接影响液压缸的运行速度。如果比例方向阀性能不好，如泄漏、零点漂移、精度低等，必会影响比例方向阀的控制，亦会以直接影响油缸的运动，总之，这几方面影响均会导致对同步精度的影响。故要根据比例阀的技术特性及使用条件场合等，一定要选择符合使用要求的高质量阀，一般比例阀的精度要为系统精度的5倍以上，以减少比例阀的自身质量原因对同步精度的影响。除上述几点外，温度、液压缸泄漏、机械装配不良、油源质量以及背压等均会对同步误差产生影响。控制温度对同步精度的影响，在闭环控制液压系统中还可以设置温度补偿环节，以调节元件的温度漂移。对液压缸泄漏的控制也在上文叙述过，闭环控制系统中，经过反馈控制可以很好的消除液压缸泄漏的影响。机械装配精度不良，对液压顶升单元内的同步精度造成直接影响，因为顶升单元内是采用机械同步的形式，必须控制机械装配精度。大中型轴流式转轮静平衡液压同步顶升系统的设计及实现大中型轴流式转轮静平衡试验过程介绍所需工器具一台电动液压泵、一件手动液压泵、3只100T千斤顶、一套液压同步顶升系统、3套传感器及配套显示器、3只特殊材料制作的R100平衡球头、2只框式水平仪、一套支撑式转轮静平衡工具(支架、平衡底板、平衡球、固定板、定心板、螺杆、调整垫板等)、2件与框式水平仪等重的配重块、2.5mx2.5mx0.3m水平平台、6只支墩。转轮单体粗平衡1) 场地及工具准备：(1)将水平平台吊至机坑内，调水平(水平0.02mm/m，2只框式水平仪)；(2)将支撑式转轮静平衡支座固定在水平平台上；2) 将单只转轮整体清洗干净，根据三维造型计算转轮体重心位置，将平衡球、固定板、定心板、固定板及调整垫板装在转轮体中心位置上，根据图纸要求调整好平衡球与转轮体重心之间的距离；3) 将装好平衡工具的单只转轮体，吊到静平衡工具支架上，平衡球与固定在支架上的平衡底板接触，将2只框式水平仪及等重的配种块分4点对称放置在X与Y的同一圆线位置上，进行初平衡；4) 根据框式水平仪显示的偏重位置，在其对称位置进行配重，直至2只框式水平仪水平达到0.02mm/m要求之内，此时配重达到要求；5) 在配重位置做好标识，对配重块进行称重；6) 根据实际的配重位置及重量，进行换算，算出图纸要求的配重位置上配重块的重量，进行配重；7) 配重完成后，重新进行单体静平衡，进行复核。转轮预装实施整个转轮的预装，目的在于尽量消除偏心的重量。具体操作步骤如下：1) 对转轮的拐臂、枢轴、叶片都单独进行称重，进行选配，尽量保证组装在一起的拐臂、枢轴、叶片每组重量接近，分别登记重量；2) 根据保持平衡、不偏重的原则，将6组拐臂、枢轴、叶片预装到转轮上，分别做好标识；3) 其余部件全部进行预装。转轮整体精平衡1) 工具、场地准备：(1)根据转轮体直径，确认支撑位置，将6只支墩在最佳位置对称分布，先将3只100T的螺旋千斤顶成三角放置在支墩上，三只千斤顶调到同一水平位置；(2)将整个装配好的转轮吊放在3只千斤顶上；(3)将电动液压站、手动液压泵、一套三件液压同步顶升系统管路连接；将3只传感器固定在转轮底部设计好的固定位置上，传感器与数字显示器连接完成；(4)在配重块及框式水平仪对称放置在顶部泄水锥上，调水平用；2) 检查机坑周围是否有物体与转轮接触，排除静平衡干涉因素。在转轮调整为水平情况下，用电动液压站对液压同步顶升系统进行打压，将整个转轮装配顶起，此时关闭电动液压泵与液压同步顶升系统的阀门；3) 此时整个转轮装配的重量都在三只液压同步顶升系统上，数字显示器显示3只传感器承受的重量，根据泄水锥上框式水平仪气泡显示的高低方向，通过手动液压泵对每只液压千斤顶进行微调，将整个转轮装配调至水平，误差0.02mm/m；4) 此时根据数字显示器上的重量及三只传感器的方位，计算转轮体装配偏重的方位和重量。根据计算结果，将配重位置及重量进行换算，配置设计要求的位置；5) 初步配重后，重新上述步骤，重新静平衡进行复核，保证不平衡力矩在图纸的要求范围内，此时静平衡顺利完成。系统主要技术参数(1)一般要求工作电源：AC380V/50Hz三相五线制；单个泵站电机功率：4×3kW；工作介质：N46-N68#抗磨液压油；允许液压油温度：0-70℃；允许外界环境温度：-20℃-50℃；运转率：24h不间断工作。(2)顶升装置与控制要求控制模式：变频调速控制；控制方式：模糊位置闭环和速度前馈控制；同步控制点数：8；单个泵站油箱容量：450L；系统压力：60-70MPa；单个泵站流量：4×3.5L/min；千斤顶最大行程：200mm；同步闭环控制精度：±0.5mm；单个泵站外接油缸数量：最多可保证4只可支撑800吨(压力为63MPa)的液压油缸同时工作。(3)操作和监控要求操作方式：控制台操作和电脑监控界面操作；位置检测：分辨率为0.05mm的拉线式位移传感器；位移信号电缆线长度：40m/根(共需8根)；总线通信电缆线长度：20m/根(共需2根)。系统设计系统总体方案对于大中型轴流式转轮的同步提升，施工需要在大范围内进行，多液压缸同步系统必须满足这种执行机构多、布置分散的特点，本文实现执行机构的分散控制、集中操作，压力、位移和应力的动态实时监控，采纳了计算机主控系统、PWM液压系统和实时监控系统三大部分共同组成的系统设计。在具体操作实现中，本文设计了一套三顶式超高压液压系统。系统控制方案液压同步控制系统的核心是系统控制方案，本系统采用基于PWM的位置闭环控制策略，以满足各执行机构运动要求。单台泵站作为控制系统的重要组成部分，主要由计算机主控系统、电源控制模块、PLC控制器及其扩展模块、压力和位移传感器、液压系统及其附属元器件等组成。其控制方案设计框图如图所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s11系统设计框图拟采用脉宽调制(PWM)位移闭环控制，根据检测位移值与理想位移值的比较调节系统中高速电磁换向阀的通电频率，改变液压缸的进油量，保证液压缸同步运动。配以高精度的位移、压力检测装置，可精确控制千斤顶的升降速度，实现顶升点的升降控制，满足同步升降、系统保压、称重等功能。在整个控制系统中，单台泵站既可单独进行三点操作并进行监控等。同步顶升液压系统同步顶升液压系统设计是整个液压同步控制系统设计的重要组成部分，其设计好坏直接影响整个系统的稳定性和控制精度。本系统由液压站和三个带拉绳式位移传感器的液压油缸组成。液压站内包括一套组合泵、一套总控阀组及三套执行控制阀组等部件。原理图如下所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s12液压系统原理图本系统使用高低压组合泵，工作方式为低压大流量快速补油和高压顶升。泵本身有高低压安全阀，由三位四通电磁换向阀控制油缸的进油口实现升降运动，四套执行控制阀组控制油缸的进油量实现升降速度的控制。液压系统回油路上另安装有一个精过滤器，可保证油液的清洁，以延长泵站使用寿命和提高同步系统的可靠性。与普通液压系统不同的是，本系统还安装有无泄漏锥阀结构的平衡均载保护阀，主要用于平衡油缸的负载压力，使带载下降的顶升油缸失压下滑时将下腔封闭，保证顶升物不会自由下滑，使得顶升油缸在停电状态仍能可靠承载。平衡均载保护阀的保压腔具有过载安全功能，可保护油缸不发生过载。当油缸内的压力超过调定