本文提出了一种新的长行程多缸同步测试方法，取代了传统的大量程传感器绝对位移测量方法，实现了实时检测。实践表明，该方法直观可靠，具有明显的技术经济价值和广阔的应用前景。关键词：长行程同步运行相对法在线检测1前言液压同步运行的测试非常重要，因为它是系统性能的科学评价方法，也是尽早暴露所研制设备的缺陷，及时处理或改进，提高质量，保证可靠性的一种切实有效的重要手段。由于试验工作是在模拟实际工况下进行的，可以最大限度地将设计中不能考虑的因素加入到试验中，技术经济价值不容忽视。长冲程油缸系统应用广泛，特别是在大型和重型设备(如大型水闸提升设备、海洋工程、建筑机械等)中。).在运行中，设备的外载荷始终处于不平衡、随机变化的状态，因此对长行程油缸的同步性要求较高，否则设备性能会变差，甚至严重损坏、倒塌。对于长行程多缸，如果用传统的方法检测绝对位移，必须使用大量程的位移传感器，这显然是不经济的，而且安装困难，不满足模拟试验和现场试验的需要。经过多年的研究和实践，本文提出了在线检测长行程多缸同步运行状态的相关方法，在科研和生产实践中取得了良好的效果。简述如下。2测试的工作原理同步测试系统的传感器和同步气缸的连接布置工作原理如图1所示。该系统采用短行程光栅传感器作为相对位移测试的检测元件。光栅位移传感器由固定尺7和滑动尺8(读数头)组成。定尺和滑尺分别安装在不同油缸的活塞杆上。系统工作时，定尺和滑尺随活塞杆一起运动。当两个油缸的活塞杆同步运动时，定尺和滑尺之间没有相对运动，读数头没有信号输出；当两个油缸的活塞杆不同步运行时，定尺和滑尺之间有相对运动，读数头输出位移误差信号。图1在运行过程中，为了保护光栅对不被意外原因损坏，设计了光栅的安全保护结构。在图1中，1是缸筒，磁铁4、连接板3与活塞杆2固定连接，固定尺7与活塞杆9固定连接。由于磁体4和导磁板5产生的磁引力，滑动尺8将与活塞杆2一起移动。当两个油缸的活塞杆由于意外原因相对位移较大时，导磁板5(滑尺)碰到挡铁6，不能继续移动，而磁铁4、连接板3和活塞杆2由于固定连接继续移动，使磁铁4与导磁板5脱离接触，保护了光栅副的安全。在测试中，两个气缸的活塞杆运行状态的一致性是最有趣也是最本质的问题。上述方法可以提高长行程多缸同步测试系统的测试要求。3信号交换图2是信号变换和计算机检测的原理框图。读数头输出的位移信号为正弦波，信号微弱。根据实际应用需要，检测装置的转换电路应具备以下基本信号处理功能：微弱信号的放大、提高分辨率的细分电路、区分光栅尺正负位移的方向判别电路、实时观察的计数显示电路、提高系统可靠性的绝对零电位电路和信号保护功能等。目前光栅信号处理的技术要点讨论如下：图2细分方向判别和p
在同步系统运行时，油缸的两个活塞杆的运动方向相对于零位发生变化。为了区分运动方向(误差的符号)，必须使用相位差为90的两路光栅传感器的输出信号。图中，S和C是两个相位差为90的正弦和余弦信号。当骨尺向某一方向移动时，C在S /2之前。差分电路产生的S信号的脉冲与C信号的高电平在与门1得到脉冲输出；S的反相信号和C信号的低电平产生的脉冲在与门2中，输出低电平。同样，当滑尺反方向移动时，S超前C /2，门2输出脉冲，门1输出低电平。与门1或与门2输出的脉冲信号分别控制计数器的计数脉冲，计数器的输出状态能正确反映光栅副即油缸的两根活塞杆的运动方向。零电位功能电路：系统实际运行过程中，不可避免地会出现中断、停机、断电等情况，导致测量结果丢失或错误。幸运的是，大部分光栅都设计了零点标记，提供零点称为绝对零点，解决了上述问题。因此，应该有相应的绝对零点电路，即零脉冲形成电路。为了满足主光栅不同的倍频要求，保证零脉冲和计数脉冲的同步，光栅输出的原始零信号不能直接作为零脉冲，而必须适当选择倍频后的方波和原始零信号调理后的方波的相位，以相同倍频宽度的波形作为选通条件，这样取出的计数脉冲作为零脉冲信号。4计算机在线检测光栅传感器拾取的同步误差信号，经放大、整形、细分、判断方向后，成为脉冲信号进入计数器8253，计数器8253在逻辑上控制数据传输寄存器和移位寄存器，将数字信号传输到芯片8250的接口电路，通过RS-232总线与计算机通信，组成计算机同步误差数据自动检测系统。在计算机程序的控制下，可以实时、准确、自动地检测和记录同步误差数据，用于数据分析和处理。根据应用需求和试验研究，该系统程序具有以下基本功能：同步运行数据在显示屏上实时显示；(2)全行程或预设线
程检测同步运行数据； (3)求平均误差及误差变动范围； (4)记录绘制同步运行曲线及生成数据文件。 本程序用VB5.0语言编写，利用专设的Mscomm控件实现仪表与计算机之间的串行数据通信，并采用函数过程和子例程实现数据采集、同步运行曲线绘制、数据处理等程序的调用。图3是程序流程框图。图3
5 同步运行的模拟试验
两油缸活塞杆的相对位移反映了同步系统性能，而分别安装于两油缸活塞杆上的定尺与滑尺作为检测元件，通过上述检测系统，实时显示的数据，直接实时地反映了两活塞杆之间的相对位移，即同步运行情况。所以，用相对法检测两活塞杆之间的位移完全符合实际工况。同步运行的模拟试验工作原理如图4所示。将两长行程试验油缸置于模拟试验台上，摸拟工况加载油缸活塞杆与试验长行程油缸活塞杆通过连接小车联结构成“对顶油缸”，连接小车装有带轴承的滚轮，小车在导轨上滚动以保证加载油缸活塞杆和试验长行程油缸活塞杆在很小摩擦力下沿直线运动。试验长行程油缸的外负载是分别调整节流阀的开口度，形成一定的背压产生不同的外负载，造成一定的负载差来模似长行程油缸的实际工作状态。当长行程油缸因负载差或其它因素引起不同步时，装在两长行程油缸塞杆上的光栅位移传感器就有信号输出。信号经变换电路、计数、计算机系统采集、显示、处理、打印数据，运行曲线绘制，生成数据文件并予存储以及供后置分析处理等。整个模拟工况过程的不同步数据采集处理等在计算机程序控制下进行，自动完成运行状态的在线检测。
图4
使用上述模拟试验系统，对同步系统进行不同负载下模拟试验，图5是加载压力为15MPa实时检测的同步误差曲线，同步最大误差为0.18mm，符合设计要求，表明同步系统具有较理想的同步性能。 上述模拟试验系统，将形成背压的阀开口度改用电控方式按某一规律变化或按随机变化，产生变化的外负载，即可以进行动负载的同步试验，研究同步系统的动态性能。
图5
6 结束语
本文提出的长行程油缸的测试方法，成功取代传统的绝对位移测量，有显著特点： (1)以小量程传感器代替大量程传感器，实用性强，简易可行，它解决了行程特别长的油缸(如2米以上)购置及安装大量程传感器时遇到的技术难题； (2)经济效益明显，小量程传感器是大量程传感器费用的十几分之一或更少，且以光栅传感器作为检测元件，用相对法测试同步误差最直接、直观反映同步性能，而且可以节省一个光栅传感器。适应性强，亦可用于多个长行程油缸的同步运行测试； (3)磁吸结构能够方便地实现传感器的安装、调整，当系统出现故障时，对传感器起安全保护作用； (4)计算机检测系统具有快速、处理功能完善的优点，为误差的测试研究及现场同步性能在线监控提供了有效的工具。 目前，对长行程多油缸的测试研究尚属基本空白的状态，本项研究具有普遍性和实用性，并产生广泛的应用前景。
