基于单片机和变频调速控制的液压升降台平稳性设计

　　1　问题提出

　　固定式液压升降台是一种适用性非常广的货物举升设备。固定式液压升降台升降结构稳固、故障率低、运行可靠、安全高效、维护简单方便、经济实用。特别是可适应高频率连续运转,能满足大吨位货物平稳举升。在机械制造、化工、轻工等行业得到广泛应用。某公司在坯料转运中使用的固定式液压升降平台结构见图1。

　　由于运送的物品易碎,用户要求升降台能够平稳上升,不能有较大的速度波动,其上升阶段的运动速度曲线见图2。升降台空载下降时,对下降速度不作严格要求。由于普通液压升降台的液压缸为匀速运动,但不能保证液压升降台面的匀速上升运动,因此必须设计专门的控制系统控制液压缸的运动速度,以保证升降台上升的平稳性。

　　2　运动学分析

　　为了保证升降的平稳性,使台面匀速上升,首先必须找出液压缸运动速度与升降台上升速度的关系,通过控制液压缸的运动速度达到控制升降台上升平稳的目的。

　　液压缸速度Vs可以通过改变电机的频率实现

　　式中　Q———液压泵的流量

　　A———液压缸活塞面积

　　n———电机转速

　　q———液压泵排量

　　k———电机常数

　　f———电机频率

　　升降台简化示意图见图3。图中剪支结构的a、b和L长度不变,由机械结构决定, s为液压缸在某个时刻的长度。随着液压缸活塞杆的伸出或缩回,升降台的高度H随之改变,其函数关系

　　(1) 0-t0匀加速段

　　此时间段,升降台匀加速上升,加速度为a0。设升降台在最低位置的高度为H0,则升降台的高度

　　联立式(2)、(3)、(4),可以得出液压升降台匀加速上升阶段液压缸速度Vs随时间t的变化规律。

　　(2)t0-t1匀速段

　　此时间段,升降台匀速上升,上升速度为V0。则

　　联立公式(2)、(5)和(6),可以得出液压升降台匀速上升阶段液压缸速度Vs随时间t的变化规律。

　　(3)t1-t2匀减速段在此时间段内,升降台继续上升,速度逐渐减小,其加速度为-a0。升降台的高度由原始高度H0和加速段、匀速段、减速段行程4部分组成。

　　联立公式(2)、(7)和(8),可以得出液压升降台匀减速上升阶段液压缸速度Vs随时间t的变化规律。

　　3　控制系统设计

　　由于液压缸的运动速度由变频调速电机控制,因此该液压升降台的液压控制系统相对比较简单,其液压控制原理图见图4。在液压系统中,利用齿轮泵较宽的转速范围满足变频调速的需要;溢流阀在系统中起安全保护作用,系统正常工作时关闭;液控单向阀起锁紧作用,可以使升降平台在任意位置停稳;单向节流阀起背压作用,在升降台下降过程中防止平台超速下落。液压系统采用集成块式安装,集成块置于油箱上。整个液压站放置在地坑内,地面上设有电气控制柜和按钮台。