長(zhǎng)行程多臨清油缸同步運(yùn)行精度的測(cè)試：

　　1　前言

　　液壓同步運(yùn)行的測(cè)試工作十分重要,，因?yàn)檫@是對(duì)系統(tǒng)性能的科學(xué)考核的方法，也是對(duì)所研制的設(shè)備及早暴露缺陷、及時(shí)處理或改進(jìn),、提高質(zhì)量,、確�,？煽啃缘膶�(shí)用有效的重要手段,。由于測(cè)試工作是在模擬實(shí)際工況下進(jìn)行,，能最大限度地把設(shè)計(jì)中未能考慮到的因素“加入”到試驗(yàn)中,，技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值不容忽視,。

　　長(zhǎng)行程臨清油缸系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，特別在大型、重型設(shè)備中使用極其普遍(如大型水閘提升設(shè)備,、海洋工程,、工程機(jī)械等)。設(shè)備運(yùn)行中外負(fù)載總處于不平衡和隨機(jī)變化狀態(tài),，所以對(duì)長(zhǎng)行程臨清油缸的同步要求高,，否則造成設(shè)備性能低劣，甚至嚴(yán)重?fù)p壞,、崩潰失效,。對(duì)長(zhǎng)行程多臨清油缸，如采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行絕對(duì)位移量檢測(cè),，則必須用大量程的位移傳感器,，顯然既不經(jīng)濟(jì)，安裝也十分困難,，不適應(yīng)模擬測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要,。經(jīng)多年研究與實(shí)踐，本文提出用相對(duì)法進(jìn)行長(zhǎng)行程多臨清油缸的同步運(yùn)行狀態(tài)在線檢測(cè),，目前在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中取得良好的效果,，扼要敘述如下。

　　2　測(cè)試工作原理

　　同步測(cè)試系統(tǒng)傳感器與同步臨清油缸連接布置工作原理如圖1所示,。本系統(tǒng)相對(duì)位移測(cè)試采用短小行程的光柵傳感器作為檢測(cè)元件,。光柵位移傳感器由定尺7和滑尺8 (讀數(shù)頭)組成，定尺和滑尺分別安裝在不同臨清油缸活塞桿上,，系統(tǒng)工作時(shí),，定尺和滑尺隨同活塞桿一起移動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)臨清油缸活塞桿同步運(yùn)動(dòng)時(shí),，定尺和滑尺之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),，讀數(shù)頭沒(méi)有信號(hào)輸出；當(dāng)兩個(gè)臨清油缸活塞桿不同步運(yùn)行時(shí),，定尺和滑尺之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),，讀數(shù)頭有位移誤差信號(hào)輸出。

　　運(yùn)行過(guò)程中,，為保護(hù)光柵副由于意外原因不致于損壞,，設(shè)計(jì)了光柵的安全保護(hù)結(jié)構(gòu)。圖1中,，1為缸筒,，磁鐵4、連接板3與活塞桿2固定聯(lián)結(jié),，定尺7則與活塞桿9固定連接,，由于磁鐵4與導(dǎo)磁板5產(chǎn)生的磁吸力,，滑尺8將隨活塞桿2運(yùn)動(dòng)。當(dāng)意外原因使得兩個(gè)臨清油缸活塞桿相對(duì)位移較大時(shí),，導(dǎo)磁板5(滑尺)碰到擋鐵6而不能繼續(xù)移動(dòng),，而磁鐵4、連接板3,、活塞桿2因固定聯(lián)結(jié)則繼續(xù)移動(dòng)致使磁鐵4與導(dǎo)磁板5脫離接觸，保護(hù)了光柵副的安全,。

　　在測(cè)試中,，兩臨清油缸活塞桿運(yùn)行狀態(tài)一致性程度是最感興趣的，也是最本質(zhì)的問(wèn)題,，上述方法能完善長(zhǎng)行程多臨清油缸的同步測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試要求,。

　　3　信號(hào)的交換

　　圖2是信號(hào)變換及計(jì)算機(jī)檢測(cè)原理框圖。讀數(shù)頭輸出的位移信號(hào)是正弦波,，且信號(hào)較弱,，檢測(cè)裝置變換電路依實(shí)際應(yīng)用需要，應(yīng)具備如下基本信號(hào)處理功能：微弱信號(hào)的放大處理,、提高分辯率的細(xì)分電路,、區(qū)分光柵尺正反方向位移的辯向電路、實(shí)時(shí)觀察的記數(shù)顯示電路,、改善系統(tǒng)可靠性和信號(hào)保護(hù)功能的絕對(duì)零電位等電路�,，F(xiàn)就光柵信號(hào)處理有關(guān)技術(shù)要點(diǎn)論述如下：

　　細(xì)分辯向與脈沖形成電路：

　　光柵尺有很高的刻線密度，如本系統(tǒng)采用的25線/mm,，要求獲得檢測(cè)更高的分辯率,，采用小柵距，顯然技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)上都是不合算的,。采用電子細(xì)分技術(shù)來(lái)提高分辯率是目前采用最廣的方法,，常用的有四倍頻、電橋,、相位調(diào)制,、鎖相頻等細(xì)分方法。本系統(tǒng)采用四倍頻直接細(xì)分法,，它是通過(guò)光柵傳感器輸出的兩路相位差為90°的信號(hào),，經(jīng)過(guò)微分，得到四路相位差依次為90°的脈沖信號(hào),，實(shí)現(xiàn)提高分辯率,。對(duì)于25線/mm的光柵可得到數(shù)字讀數(shù)10μm的分辯率，可滿足同步精度測(cè)試的要求,。

　　在同步系統(tǒng)運(yùn)行中,，臨清油缸兩活塞桿移動(dòng)方向相對(duì)于零位是變化的,，為判別移動(dòng)方向(誤差的符號(hào))，必須利用光柵傳感器的兩路的相位差90°的輸出信號(hào),。圖中S和C就是輸出的相位差為90°的兩路正弦和余弦信號(hào),，當(dāng)骨尺作某一方向移動(dòng)時(shí)，C超前S π/2,，S信號(hào)經(jīng)微分電路產(chǎn)生的脈沖與C信號(hào)的高電平在與門(mén)1中相與而獲得脈沖輸出,；而S的反相信號(hào)所產(chǎn)生的脈沖與C信號(hào)的低電平在與門(mén)2相與，輸出低電平,。同理,，當(dāng)滑尺作反向移動(dòng)時(shí)，S超前C π/2,，與門(mén)2輸出脈沖,，與門(mén)1輸出低電平，與門(mén)1或與門(mén)2輸出的脈沖信號(hào)分別控制計(jì)數(shù)器的加減計(jì)數(shù)脈沖,，計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)就可以正確反映光柵副即臨清油缸兩活塞桿移動(dòng)方向,。

　　絕對(duì)零電位功能電路：

　　系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，出現(xiàn)中斷運(yùn)行,、停機(jī),、停電等是不可避免的，這將導(dǎo)致丟失或錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果,。所幸大多數(shù)光柵設(shè)計(jì)時(shí)均設(shè)置有零位標(biāo)記,，以在工作中提供零點(diǎn)稱為絕對(duì)零點(diǎn)解決上述問(wèn)題。為此,，應(yīng)有相應(yīng)的絕對(duì)零位電路,，也即零位脈沖形成電路。為適應(yīng)主光柵不同倍頻要求和保證零位脈沖與計(jì)數(shù)脈沖同步,，不能直接采用光柵輸出的原始零位信號(hào)作為零位脈沖,，而必須適當(dāng)選取倍頻后的方波與原始零位信號(hào)調(diào)理后的方波相與，并以倍頻寬度相同的波形作為選通條件,，由此取出的計(jì)數(shù)脈沖作為零位脈沖信號(hào),。

　　4　計(jì)算機(jī)在線檢測(cè)

　　光柵傳感器拾取的同步誤差信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大整形,、細(xì)分判向等電路后變成脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器8253,，控制邏輯中的數(shù)據(jù)放送寄存器和移位寄存器，并將數(shù)字信號(hào)傳送到芯片8250接口電路,，通過(guò)RS-232總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,，組成計(jì)算機(jī)同步誤差數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)程序控制下,，實(shí)時(shí),、準(zhǔn)確,、自動(dòng)地檢測(cè)同步誤差數(shù)據(jù)并記錄，供數(shù)據(jù)分析處理使用,。根據(jù)使用要求及測(cè)試研究,，本系統(tǒng)程序具有如下基本功能：

　　(1)在顯示器屏幕上實(shí)時(shí)顯示同步運(yùn)行數(shù)據(jù)；

　　(2)全行程或預(yù)置行程檢測(cè)同步運(yùn)行數(shù)據(jù),；

　　(3)求平均誤差及誤差變動(dòng)范圍,；

　　(4)記錄繪制同步運(yùn)行曲線及生成數(shù)據(jù)文件。

　　本程序用VB5.0語(yǔ)言編寫(xiě),，利用專(zhuān)設(shè)的Mscomm控件實(shí)現(xiàn)儀表與計(jì)算機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)通信,，并采用函數(shù)過(guò)程和子例程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、同步運(yùn)行曲線繪制,、數(shù)據(jù)處理等程序的調(diào)用,。圖3是程序流程框圖,。

　　5　同步運(yùn)行的模擬試驗(yàn)

　　兩臨清油缸活塞桿的相對(duì)位移反映了同步系統(tǒng)性能,，而分別安裝于兩臨清油缸活塞桿上的定尺與滑尺作為檢測(cè)元件，通過(guò)上述檢測(cè)系統(tǒng),，實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù),，直接實(shí)時(shí)地反映了兩活塞桿之間的相對(duì)位移，即同步運(yùn)行情況,。所以,，用相對(duì)法檢測(cè)兩活塞桿之間的位移完全符合實(shí)際工況。同步運(yùn)行的模擬試驗(yàn)工作原理如圖4所示,。將兩長(zhǎng)行程試驗(yàn)臨清油缸置于模擬試驗(yàn)臺(tái)上,，摸擬工況加載臨清油缸活塞桿與試驗(yàn)長(zhǎng)行程臨清油缸活塞桿通過(guò)連接小車(chē)聯(lián)結(jié)構(gòu)成“對(duì)頂臨清油缸”，連接小車(chē)裝有帶軸承的滾輪,，小車(chē)在導(dǎo)軌上滾動(dòng)以保證加載臨清油缸活塞桿和試驗(yàn)長(zhǎng)行程臨清油缸活塞桿在很小摩擦力下沿直線運(yùn)動(dòng),。試驗(yàn)長(zhǎng)行程臨清油缸的外負(fù)載是分別調(diào)整節(jié)流閥的開(kāi)口度，形成一定的背壓產(chǎn)生不同的外負(fù)載,，造成一定的負(fù)載差來(lái)模似長(zhǎng)行程臨清油缸的實(shí)際工作狀態(tài),。當(dāng)長(zhǎng)行程臨清油缸因負(fù)載差或其它因素引起不同步時(shí)，裝在兩長(zhǎng)行程臨清油缸塞桿上的光柵位移傳感器就有信號(hào)輸出,。信號(hào)經(jīng)變換電路,、計(jì)數(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集,、顯示,、處理、打印數(shù)據(jù),，運(yùn)行曲線繪制,，生成數(shù)據(jù)文件并予存儲(chǔ)以及供后置分析處理等,。整個(gè)模擬工況過(guò)程的不同步數(shù)據(jù)采集處理等在計(jì)算機(jī)程序控制下進(jìn)行，自動(dòng)完成運(yùn)行狀態(tài)的在線檢測(cè),。

　　使用上述模擬試驗(yàn)系統(tǒng),，對(duì)同步系統(tǒng)進(jìn)行不同負(fù)載下模擬試驗(yàn)，圖5是加載壓力為15MPa實(shí)時(shí)檢測(cè)的同步誤差曲線,，同步最大誤差為0.18mm,，符合設(shè)計(jì)要求，表明同步系統(tǒng)具有較理想的同步性能,。

　　上述模擬試驗(yàn)系統(tǒng),，將形成背壓的閥開(kāi)口度改用電控方式按某一規(guī)律變化或按隨機(jī)變化，產(chǎn)生變化的外負(fù)載,，即可以進(jìn)行動(dòng)負(fù)載的同步試驗(yàn),，研究同步系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

　　6　結(jié)束語(yǔ)

　　本文提出的長(zhǎng)行程臨清油缸的測(cè)試方法,，成功取代傳統(tǒng)的絕對(duì)位移測(cè)量,，有顯著特點(diǎn)：

　　(1)以小量程傳感器代替大量程傳感器，實(shí)用性強(qiáng),，簡(jiǎn)易可行,，它解決了行程特別長(zhǎng)的臨清油缸(如2米以上)購(gòu)置及安裝大量程傳感器時(shí)遇到的技術(shù)難題；

　　(2)經(jīng)濟(jì)效益明顯,，小量程傳感器是大量程傳感器費(fèi)用的十幾分之一或更少,，且以光柵傳感器作為檢測(cè)元件，用相對(duì)法測(cè)試同步誤差最直接,、直觀反映同步性能,，而且可以節(jié)省一個(gè)光柵傳感器。 

適應(yīng)性強(qiáng),，亦可用于多個(gè)長(zhǎng)行程臨清油缸的同步運(yùn)行測(cè)試,；

　　(3)磁吸結(jié)構(gòu)能夠方便地實(shí)現(xiàn)傳感器的安裝、調(diào)整,，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),，對(duì)傳感器起安全保護(hù)作用；

　　(4)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)具有快速,、處理功能完善的優(yōu)點(diǎn),，為誤差的測(cè)試研究及現(xiàn)場(chǎng)同步性能在線監(jiān)控提供了有效的工具。

　　目前,，對(duì)長(zhǎng)行程多臨清油缸的測(cè)試研究尚屬基本空白的狀態(tài),，本項(xiàng)研究具有普遍性和實(shí)用性，并產(chǎn)生廣泛的應(yīng)用前景,。

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