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，已在國外建筑制造中得到廣泛的應用，是一種具有廣泛應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)線上的主要設備之一，需要實現(xiàn)對不同規(guī)格的工件進行翻轉(zhuǎn)作業(yè)。翻轉(zhuǎn)時支撐工件的框架為整體式鋼框架結(jié)構(gòu)，為了適應不同規(guī)格的工件，翻轉(zhuǎn)框架長度尺寸超過8 m。由于工作負載高達數(shù)噸，若采用電機驅(qū)動，需要較大功率，而液壓傳動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，更易實現(xiàn)低速大噸位的運動，因此墻板翻轉(zhuǎn)裝置采用液壓傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)框架的翻轉(zhuǎn)。當工件輸送到翻轉(zhuǎn)裝置后，均布在翻轉(zhuǎn)框架上的多個液壓缸帶動翻轉(zhuǎn)框架及其上工件繞轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，為了實現(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液壓缸的同步性，否則無法正常完成翻轉(zhuǎn)動作，甚至造成設備變形損壞，無法正常工作。

1 多缸同步方案分析及驗證

1.1 增加翻轉(zhuǎn)框架剛性方案

為了實現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)過程的多液壓缸同步性，我們在設備制造時，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——即采用機械剛性同步法，通過將被驅(qū)動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液壓缸可能產(chǎn)生的不同步。

對于墻板翻轉(zhuǎn)裝置而言，整體式翻轉(zhuǎn)框架尺寸達到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。在對框架制作進行工藝分析時，發(fā)現(xiàn)對于本設備的框架結(jié)構(gòu)，增加材質(zhì)厚度對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，整個框架剛性增大效益也遠遠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行翻轉(zhuǎn)動作，與設計要求產(chǎn)生偏差，因而對于墻板翻轉(zhuǎn)設備而言，不易采用增加框架剛性的方式提高翻轉(zhuǎn)同步性。

1.2 液壓系統(tǒng)同步方案

經(jīng)過上述分析，筆者確定選擇通過液壓系統(tǒng)自身來實現(xiàn)多個液壓缸的同步工作，保證設備平穩(wěn)安全運行。為了實現(xiàn)多缸同步性能，液壓系統(tǒng)回路上主要有以下幾種實現(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，分別對各個液壓缸的進出口的流量進行調(diào)整，達到調(diào)整各液壓缸速度的目的，最終實現(xiàn)系統(tǒng)同步。特點是價格低廉，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到5%～10%。

對于墻板翻轉(zhuǎn)設備，工件規(guī)格尺寸繁多，不同規(guī)格工件放置位置也不一樣，工作負載偏載現(xiàn)象嚴重，若使用節(jié)流調(diào)節(jié)同步，在每一種規(guī)格時都需要重新對液壓缸出入口處節(jié)流閥進行同步調(diào)節(jié)，無法滿足實際的生產(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站時，司機會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，從而通過稱重設備的檢測。這種行為會對高速公路的路基造成嚴重損害，增加高速公路運營及養(yǎng)護成本,且甄別難度很大，采用人工的方式甄別不僅費時費力，而且無法實現(xiàn)實時甄別。因此，對假軸車輛進行自動判別是收費稽查工作的重點和難點。

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，動態(tài)調(diào)整，抗偏載能力強。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)復雜，裝配調(diào)試困難，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)使用中維護保養(yǎng)困難。并且關(guān)鍵部件依賴進口，價格極高，周期久，對于墻板翻轉(zhuǎn)裝置而言，設備翻轉(zhuǎn)同步精度要求不是特別嚴苛，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

液壓同步馬達同步原理如圖3所示，同步馬達又叫分流馬達或者液壓同步器，主要分為齒輪式同步馬達和柱塞式同步馬達，其中齒輪式可以達到5%以下的同步精度，柱塞式的同步精度可達到0.5%。液壓馬達同步性能好，抗偏載能力強，抗污染能力強，適用于中低壓情況，但是體積大，價格相對較高，尤其是柱塞式同步馬達，成本極高。

液壓同步馬達結(jié)構(gòu)如圖4所示，在液壓同步馬達內(nèi)部的每一條油路上，都有一個液壓溢流閥3.1 與單向閥3.2組成的閥組，當由于液壓缸加工精度、負載均勻度、液壓管路布置等因素造成各個液壓缸出現(xiàn)不同步運動時，溢流閥與單向閥組成的閥組將對各個出口進行流量調(diào)控，消除積累誤差，保證各路流量的均等，同步液壓馬達就是通過強制性的向各個出口分配相等的流量，保證液壓缸得到的進油相等，從而達到同步效果。

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)的價格遠遠大于其余兩種方式。

2)生產(chǎn)使用同步精度要求方面，實際生產(chǎn)時對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。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，最終確認采用方案三的液壓同步馬達同步方案，價格適中并且同步精度可以達到設備生產(chǎn)使用性能要求。

按照最終確認的液壓同步馬達同步方案進行了液壓系統(tǒng)設備制造，并在墻板翻轉(zhuǎn)設備裝配后對設備進行了多缸同步性能的分步驗證。

1)在設備裝配后，不連接翻轉(zhuǎn)框架，對各油缸進行了伸出及收回尺寸測試。

表1 不連接翻轉(zhuǎn)框架下對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，對各油缸進行了伸出及收回尺寸測試。

表2 不帶工件的情況下對油缸進行伸出及收回尺寸測試

3)對翻轉(zhuǎn)設備進行帶載測試(使用350 kg工件，居中放置)，對各油缸進行了伸出及收回尺寸測試。

表3 對翻轉(zhuǎn)設備進行帶載測試(使用350 kg工件，居中放置)

4)對翻轉(zhuǎn)設備進行帶載測試(使用700 kg工件，偏載放置)，對各油缸進行了伸出及收回尺寸測試。

表4 對翻轉(zhuǎn)設備進行帶載測試(使用700 kg工件，偏載放置)

由上述調(diào)試記錄可以看出，在不同負載工況下，使用液壓同步馬達同步系統(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。

2 翻轉(zhuǎn)穩(wěn)定性分析及改進

為確?？蚣芊D(zhuǎn)后的穩(wěn)定性，液壓缸均配有液壓鎖實現(xiàn)保壓，但在設備調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)當翻轉(zhuǎn)角度達到90度左右時，翻轉(zhuǎn)框架在運動過程中出現(xiàn)斷續(xù)的現(xiàn)象，整個框架有抖動與沖擊現(xiàn)象產(chǎn)生，并產(chǎn)生較大噪音。反復測試后，均無法避免該現(xiàn)象，若長此以往必將對設備造成損傷。

經(jīng)過分析，當框架經(jīng)過重心平衡點時，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，活塞桿停止運動，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，使得液壓系統(tǒng)產(chǎn)生抖動現(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)負載的大小(壓力)來決定開口的大小(開口流量)，平衡閥會在工作回路中建立一定的背壓，當產(chǎn)生負扭矩情況時，使得液壓缸或者液壓馬達不會在自重下滑的過程中產(chǎn)生負壓，因此不會發(fā)生液壓鎖那樣的沖擊與振動，可以進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。改進后的液壓系統(tǒng)原理如圖5所示。

3 結(jié) 論

墻板翻轉(zhuǎn)裝置是墻板生產(chǎn)線的主要設備之一，通過對其液壓同步系統(tǒng)分析驗證，及后續(xù)調(diào)試對其穩(wěn)定性能的改進，有效地提升了設備穩(wěn)定性及可靠性。