刘鑫，邓三鹏，刘朝华，徐兴锦

(天津职业技术师范大学机器人及智能装备研究所，天津300222)

摘  要：介绍了电液比例控制技术在国内外发展状况及其技术原理和特点。以大型液压顶升系统为例，详细阐述了多缸并联式闭环阀控比例控制同步回路的工作原理及在大型液压顶升系统中的应用，利用压力、位移和应力传感器进行监测，综合三方面的数据进行处理分析后，再通过控制系统对各个液压缸进油口流量进行动态调整，动态修正两侧位移与支座受力尽量均匀一致，保证整体结构足够安全。为桥梁液压顶升系统的设计与应用提供技术参考。

关键词：电液比例控制技术;多缸闭环同步回路;液压顶升系统

0引言

由20世纪初的萌芽，到二战军事需求极大的推动现代电液控制技术的进步。电液比例控制技术是建立在开环液压传动技术和闭环电液伺服控制技术基础上的，从70年代开始为满足工程上的简单安全高效化、信息化、大功率化、廉价、节能、维护方便等要求逐步发展起来的，并结合电液集成系统技术等新技术而被广泛应用[1]。

目前我国铁路、公路等总里程高速发展已跃居世界前列，针对日夜不停运营的交通压力日益繁重的大型桥梁的新建与改造工程不断增多，针对目前相关的同步顶升技术的不完善性，本文详细介绍了一种运行准确平稳可靠的采用电液比例技术的多缸闭环阀控同步回路的大型桥梁液压顶升系统。

1电液比例技术概况

1.1电液比例技术的发展简史

自瑞士Bernige公司1967年生产出KL比例复合阀起，至90年代优化阀的结构性能提高后，形成了可用于闭环控制的电液比例插装结构和机电液一体化比例元件[1-2]。此后伺服比例阀进一步发展形成了小控制死区、高性价比、低清洁度油液要求等优点[3]，目前，通信技术等新技术与比例元件结合，使得由计算机系统实现了数字比例控制产品的指令、比较、反馈、PID控制等环节的调节。

1.2电液比例技术分类

电液比例控制技术的主要元部件包括比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀等[3]。比例阀能够对油液压力、流量和方向进行远程自动的连续控制或编程控制，具有结构简单、平稳可靠快速响应、自动化程度高、经济节能、使用简单保养维护方便等诸多优点[4]。

电液比例控制系统分为开环控制和闭环控制[2]。由于油液的泄漏、压力损失、压缩性差等使开环控制系统精度低，所以可将电液比例阀作为信号转换与放大元件构成闭环控制系统，长时效监测传感器和执行机构，提高同步精度。图1为电液比例闭环控制系统流程图。

 

图1电液比例闭环控制系统流程图

2电液比例控制技术在大型液压顶升系统中的应用

2.1系统基站同步回路

在大型桥梁液压顶升系统中，需要控制多个液压缸运行，并且使之保持动态位移、速度的高度同步。由于负载、阻力、压力损失、环境等因素，使得高同步精度控制较难实现[3]，所以提高现有技术的同步精度具有重要现实意义。

同步回路分开环、闭环两种[4]。开环同步回路之结构简单、低价、低精度；闭环同步回路可连续修正误差提高同步精度，分泵控式和阀控式，又细分为并联式、跟踪式和同调式[2-3]。图2为阀控闭环并联式同步回路系统（基站）流程图，通过反馈可实现高精度同步运行。

 

图2阀控闭环并联式同步回路系统（基站）流程图

2.2大型桥梁液压顶升比例控制系统

图3为某桥梁的大吨位薄壁液压顶升顶升系统基站简图，主要由液压系统、PLC控制系统以及HMI监控系统三部分组成，PLC系统能够快速可靠地处理32点位的液压顶升的大量数据[4]，其中HMI监控软件选用能与SIEMENS S7-300PLC更好兼容的用于工业计算机的SIMATIC WinCC组态软件，通过结合现代化施工工艺利用计算机控制PLC，再控制液压同步顶升液压缸，从而把桥梁整体提升到足够的安装高度进行支座更换，把难实现的大吨位、大跨度、庞大的桥梁整体同步提升。该系统采用8个图2所示的并联式闭环同步回路（基站）构成的系统，每个基站由1个电液比例控制系统、4个高精度提升液压缸、12个传感器检测系统和计算机控制系统组成。

图3桥梁同步顶升系统基站简图

 1-液压缸；2-位移传感器；3-压力传感器；4-安全锁定阀；5-进油管；6-回油管；

7-数据线；8-电气柜；9-油路块；10-二位三通换向阀；11-液压泵；12-人机界面；

1）应力监测

为了防止千斤顶顶升导致桥梁局部开裂受损，需进行实时分析。利用Ansy软件建立桥梁局部模型，对顶升过程中的桥梁应力进行分析之后，在如图4、图5所示的桥梁各关键截面布置应力传感器，对应力和变形量进行监测并及时调整，尽可能使桥梁两侧位移保持一致、两侧支座均匀受力，从而保证桥梁的安全。

 

图4 桥墩支座附近应力传感器布置图

 

图5 每个点截面应力监测点布置示意图

2）流量控制

为了实现多缸同步顶升控制，由压力传感器和电液比例减压阀集合组成快速闭环调压回路，来分别调节每个液压缸的力的加载状况[5]。出于对桥梁顶升过程中的平稳性和安全性的考虑，其速度是非常慢的，预设最大速度为8mm/min，预设最大流量为0.8L/min。该液压系统理论上属于高压(35.5MPa左右)小流量系统，流量由下式确定 

式中：高压软管长度l=40m；高压软管孔径d=10mm；μ表示油液动力黏度，pA表示电液比例减压阀出口压力；p表示液压缸内部由负载产生的平衡压力。通过不断的动态微调电液比例减压阀的出口压力pA，实现对高压软管两端压差的调整，保持流经高压软管的流量稳定（低于额定流量），最终实现工程应用中对液压缸工作速度的控制的需要。

3结论

目前本系统已成功投入实际应用证明其能够实现多缸平稳可靠同步动作。希望本文能为大型桥梁液压顶升系统的设计改进起到一些参考与借鉴作用。由此可得，电液比例控制技术的应用可以很大的降低液压系统机构的复杂性，提高液压系统的综合技术性能，并开始为实现现代桥梁支座更换等工程的施工发挥重要作用。相信随着电液比例技术会在原有的较高的精度与性能的基础上朝着标准化、智能化、多功能化、数字化、微型化及绿色环保化等方向发展进步以及更加广泛的工程应用，必将大幅度的提高相关工程机械产品的技术水平、市场占有率，从而不断推动社会发展和科技进步。

参考文献

[1] 叶建文.电液比例控制阀在在工程机械中的应用研究[J].机电产品开发与创新，2007,28(4):3-5.

[2] 吴根茂，邱敏秀，等.新编实用电液比例技术[M].杭州:浙江大学出版社，2006:12-13.

[3] 许振保，赵春娥.电液比例控制技术的研究[J].机械制造与自动化，2010,39(1):52-54.

[4]徐兴锦，邓三鹏，孙宏昌，等.基于S7-200 PLC与C#架构下的称重系统[J].机械工程师，2015，（9）：63-64.

[5] 汪建晓.电液比例控制技术及在自动液压压砖机中的应用[J].陶瓷,2001,(3):34-37.

[6]冯华.液压同步的实现与应用[J].中国科技信息，2006,(9):296-297.