鄭 然,張一琦,丁 瑤,于 宇
(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司,蚌埠 233010)
裝配式墻板建筑技術(shù)作為一種新型的建筑方式,因其具有施工機(jī)械化程度高、工期短、現(xiàn)場用工少、濕作業(yè)少、受季節(jié)影響小等優(yōu)點(diǎn),已在國外建筑制造中得到廣泛的應(yīng)用,是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型建筑技術(shù)。
墻板翻轉(zhuǎn)裝置作為裝配式垂直墻板生產(chǎn)線上的主要設(shè)備之一,需要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)格的工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)作業(yè)。翻轉(zhuǎn)時(shí)支撐工件的框架為整體式鋼框架結(jié)構(gòu),為了適應(yīng)不同規(guī)格的工件,翻轉(zhuǎn)框架長度尺寸超過8 m。由于工作負(fù)載高達(dá)數(shù)噸,若采用電機(jī)驅(qū)動(dòng),需要較大功率,而液壓傳動(dòng)可以輸出較大推力及轉(zhuǎn)矩,且力矩慣量比大,調(diào)速范圍寬,更易實(shí)現(xiàn)低速大噸位的運(yùn)動(dòng),因此墻板翻轉(zhuǎn)裝置采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)框架的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)工件輸送到翻轉(zhuǎn)裝置后,均布在翻轉(zhuǎn)框架上的多個(gè)液壓缸帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)框架及其上工件繞轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn),為了實(shí)現(xiàn)工件的翻轉(zhuǎn),框架最大翻轉(zhuǎn)角度超過90度。在翻轉(zhuǎn)過程中必須保證多個(gè)液壓缸的同步性,否則無法正常完成翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,甚至造成設(shè)備變形損壞,無法正常工作。
為了實(shí)現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)過程的多液壓缸同步性,我們?cè)谠O(shè)備制造時(shí),首先考慮提高翻轉(zhuǎn)框架的剛性來保證翻轉(zhuǎn)過程的同步性——即采用機(jī)械剛性同步法,通過將被驅(qū)動(dòng)件制造成具有足夠剛度的結(jié)構(gòu),使其依靠自身較大的剛度來平衡多個(gè)液壓缸可能產(chǎn)生的不同步。
對(duì)于墻板翻轉(zhuǎn)裝置而言,整體式翻轉(zhuǎn)框架尺寸達(dá)到8 m多,總重量為750 kg左右。若提高翻轉(zhuǎn)框架的剛性,需要增大框架材料厚度或者選擇更大規(guī)格的材料來制作。在對(duì)框架制作進(jìn)行工藝分析時(shí),發(fā)現(xiàn)對(duì)于本設(shè)備的框架結(jié)構(gòu),增加材質(zhì)厚度對(duì)框架的整體剛性提升不大,而采用更大規(guī)格材料制作的話,整個(gè)框架剛性增大效益也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于框架重量的增加成本,這樣不僅增加了框架的加工成本,也需要重新選擇更大承載能力的液壓缸來進(jìn)行翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,與設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生偏差,因而對(duì)于墻板翻轉(zhuǎn)設(shè)備而言,不易采用增加框架剛性的方式提高翻轉(zhuǎn)同步性。
經(jīng)過上述分析,筆者確定選擇通過液壓系統(tǒng)自身來實(shí)現(xiàn)多個(gè)液壓缸的同步工作,保證設(shè)備平穩(wěn)安全運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)多缸同步性能,液壓系統(tǒng)回路上主要有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式:
方案一:節(jié)流調(diào)速同步
節(jié)流閥調(diào)節(jié)法原理示意圖如圖1所示,使用分流節(jié)流的方式,分別對(duì)各個(gè)液壓缸的進(jìn)出口的流量進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到調(diào)整各液壓缸速度的目的,最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步。特點(diǎn)是價(jià)格低廉,安裝調(diào)整方便,流量范圍大,由于管路長度差異、油缸加工精度差異及負(fù)載一致性等差異,節(jié)流閥調(diào)速同步精度不高,正常同步精度只能達(dá)到5%~10%。
對(duì)于墻板翻轉(zhuǎn)設(shè)備,工件規(guī)格尺寸繁多,不同規(guī)格工件放置位置也不一樣,工作負(fù)載偏載現(xiàn)象嚴(yán)重,若使用節(jié)流調(diào)節(jié)同步,在每一種規(guī)格時(shí)都需要重新對(duì)液壓缸出入口處節(jié)流閥進(jìn)行同步調(diào)節(jié),無法滿足實(shí)際的生產(chǎn)要求。
方案二:液壓伺服同步
假軸車輛一般是指在車輛原軸型的基礎(chǔ)上自行加裝車軸(一般為1組)的車輛。通常假軸車輛在行駛到收費(fèi)站時(shí),司機(jī)會(huì)將事先安裝好的帶有液壓裝置的假軸放下,以增加車輛的軸數(shù)和提高限載質(zhì)量上限,從而通過稱重設(shè)備的檢測。這種行為會(huì)對(duì)高速公路的路基造成嚴(yán)重?fù)p害,增加高速公路運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)成本,且甄別難度很大,采用人工的方式甄別不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)甄別。因此,對(duì)假軸車輛進(jìn)行自動(dòng)判別是收費(fèi)稽查工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
液壓伺服同步調(diào)節(jié)原理示意圖如圖2所示,采用伺服閥及位移傳感器組成一個(gè)閉合回路,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,采用電腦程序控制,高速響應(yīng),動(dòng)態(tài)調(diào)整,抗偏載能力強(qiáng)。通常同步精度可以控制在0.01%~0.5%。
此液壓伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配調(diào)試?yán)щy,需要電氣工程師配合,如果在調(diào)試過程中增添及更換元件,操作難度大,生產(chǎn)使用中維護(hù)保養(yǎng)困難。并且關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口,價(jià)格極高,周期久,對(duì)于墻板翻轉(zhuǎn)裝置而言,設(shè)備翻轉(zhuǎn)同步精度要求不是特別嚴(yán)苛,使用伺服同步系統(tǒng)過大地增加了產(chǎn)品成本。
方案三:液壓同步馬達(dá)
液壓同步馬達(dá)同步原理如圖3所示,同步馬達(dá)又叫分流馬達(dá)或者液壓同步器,主要分為齒輪式同步馬達(dá)和柱塞式同步馬達(dá),其中齒輪式可以達(dá)到5%以下的同步精度,柱塞式的同步精度可達(dá)到0.5%。液壓馬達(dá)同步性能好,抗偏載能力強(qiáng),抗污染能力強(qiáng),適用于中低壓情況,但是體積大,價(jià)格相對(duì)較高,尤其是柱塞式同步馬達(dá),成本極高。
液壓同步馬達(dá)結(jié)構(gòu)如圖4所示,在液壓同步馬達(dá)內(nèi)部的每一條油路上,都有一個(gè)液壓溢流閥3.1 與單向閥3.2組成的閥組,當(dāng)由于液壓缸加工精度、負(fù)載均勻度、液壓管路布置等因素造成各個(gè)液壓缸出現(xiàn)不同步運(yùn)動(dòng)時(shí),溢流閥與單向閥組成的閥組將對(duì)各個(gè)出口進(jìn)行流量調(diào)控,消除積累誤差,保證各路流量的均等,同步液壓馬達(dá)就是通過強(qiáng)制性的向各個(gè)出口分配相等的流量,保證液壓缸得到的進(jìn)油相等,從而達(dá)到同步效果。
綜合考慮以上3種方案:
1)在生產(chǎn)制造成本方面伺服同步系統(tǒng)的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余兩種方式。
2)生產(chǎn)使用同步精度要求方面,實(shí)際生產(chǎn)時(shí)對(duì)同步性能的要求并非十分苛刻,只要滿足翻轉(zhuǎn)功能即可,若使用伺服同步系統(tǒng),同步精度過高,比較浪費(fèi)。而節(jié)流調(diào)速同步無法滿足多規(guī)格工件翻轉(zhuǎn)使用要求。
通過上述分析,最終確認(rèn)采用方案三的液壓同步馬達(dá)同步方案,價(jià)格適中并且同步精度可以達(dá)到設(shè)備生產(chǎn)使用性能要求。
按照最終確認(rèn)的液壓同步馬達(dá)同步方案進(jìn)行了液壓系統(tǒng)設(shè)備制造,并在墻板翻轉(zhuǎn)設(shè)備裝配后對(duì)設(shè)備進(jìn)行了多缸同步性能的分步驗(yàn)證。
1)在設(shè)備裝配后,不連接翻轉(zhuǎn)框架,對(duì)各油缸進(jìn)行了伸出及收回尺寸測試。
表1 不連接翻轉(zhuǎn)框架下對(duì)油缸的伸出及收回尺寸測試
2)將各液壓缸與翻轉(zhuǎn)框架連接,在不帶工件的情況下,對(duì)各油缸進(jìn)行了伸出及收回尺寸測試。
表2 不帶工件的情況下對(duì)油缸進(jìn)行伸出及收回尺寸測試
3)對(duì)翻轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行帶載測試(使用350 kg工件,居中放置),對(duì)各油缸進(jìn)行了伸出及收回尺寸測試。
表3 對(duì)翻轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行帶載測試(使用350 kg工件,居中放置)
4)對(duì)翻轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行帶載測試(使用700 kg工件,偏載放置),對(duì)各油缸進(jìn)行了伸出及收回尺寸測試。
表4 對(duì)翻轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行帶載測試(使用700 kg工件,偏載放置)
由上述調(diào)試記錄可以看出,在不同負(fù)載工況下,使用液壓同步馬達(dá)同步系統(tǒng)保持了較好的同步性能,同步精度均在3%以下,完全滿足墻板翻轉(zhuǎn)裝置使用性能要求。
為確??蚣芊D(zhuǎn)后的穩(wěn)定性,液壓缸均配有液壓鎖實(shí)現(xiàn)保壓,但在設(shè)備調(diào)試過程中,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到90度左右時(shí),翻轉(zhuǎn)框架在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)斷續(xù)的現(xiàn)象,整個(gè)框架有抖動(dòng)與沖擊現(xiàn)象產(chǎn)生,并產(chǎn)生較大噪音。反復(fù)測試后,均無法避免該現(xiàn)象,若長此以往必將對(duì)設(shè)備造成損傷。
經(jīng)過分析,當(dāng)框架經(jīng)過重心平衡點(diǎn)時(shí),翻轉(zhuǎn)液壓缸推力拉力變化,液壓鎖的一側(cè)產(chǎn)生真空,液壓鎖的單向閥門關(guān)閉,活塞桿停止運(yùn)動(dòng),在繼續(xù)供油后,工作腔壓力上升后再打開單向閥門,如此反復(fù),使得液壓系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。
筆者考慮使用液壓雙向平衡閥來替換系統(tǒng)中的液壓鎖,平衡閥是根據(jù)負(fù)載的大小(壓力)來決定開口的大小(開口流量),平衡閥會(huì)在工作回路中建立一定的背壓,當(dāng)產(chǎn)生負(fù)扭矩情況時(shí),使得液壓缸或者液壓馬達(dá)不會(huì)在自重下滑的過程中產(chǎn)生負(fù)壓,因此不會(huì)發(fā)生液壓鎖那樣的沖擊與振動(dòng),可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)原理如圖5所示。
墻板翻轉(zhuǎn)裝置是墻板生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一,通過對(duì)其液壓同步系統(tǒng)分析驗(yàn)證,及后續(xù)調(diào)試對(duì)其穩(wěn)定性能的改進(jìn),有效地提升了設(shè)備穩(wěn)定性及可靠性。