串聯(lián)液壓缸同步回路與機(jī)械式液壓缸同步相結(jié)合的利弊分析

趙啟焱 羅明生 黃 超 張亞坤

(鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

在液壓系統(tǒng)中，保證兩個(gè)或兩個(gè)以上的執(zhí)行元件在運(yùn)動中具有相同的速度或者相同的位移時(shí)，有機(jī)械式同步和液壓同步回路兩種方式，;在由同一動力源的提供動力的多執(zhí)行元件的系統(tǒng)中，雖然可以保證這些執(zhí)行元件的有效工作面積相等，但由于它們在工作時(shí)可能會承受不同的負(fù)載，由于不同的摩擦阻力和泄漏量的不同，還有制造上的誤差，很難實(shí)現(xiàn)多個(gè)執(zhí)行元件的同步動作。同步回路和機(jī)械式的同步連接就是為了克服或減小上述因素的影響兒童設(shè)置的回路。

圖示為采用補(bǔ)償措施的串聯(lián)液壓缸同步回路及采用機(jī)械連接的液壓缸活塞桿，在理想的情況下，只要保證兩個(gè)液壓缸的串聯(lián)油腔活塞的有效工作面積相等，那么當(dāng)?shù)谝粋€(gè)液壓缸回油腔排出的油液進(jìn)入第二個(gè)液壓缸的進(jìn)油腔時(shí)，由于流量相等，工作面積相等，那么油液推動兩個(gè)液壓缸活塞的運(yùn)動速度就會相等，從而實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動。

但由于制造中存在的誤差和回路中的油液泄露，會嚴(yán)重影響串聯(lián)液壓缸的同步回路的精度，而且當(dāng)液壓缸經(jīng)過長時(shí)間工作后，由于活塞的磨損會產(chǎn)生嚴(yán)重的失調(diào)現(xiàn)象，所以圖中加入了補(bǔ)償裝置。在活塞下行的過程中，若出現(xiàn)不同步的情況，先運(yùn)動到底的液壓缸活塞將觸動相應(yīng)的行程開關(guān)，發(fā)出信號使對應(yīng)的電磁鐵通電，此時(shí)壓力油便經(jīng)過相應(yīng)的二位三通電磁換向閥和液控單向閥想另一液壓缸的對應(yīng)油腔內(nèi)補(bǔ)油，使其運(yùn)動到底，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸同步運(yùn)動的補(bǔ)償。

機(jī)械式同步的方式主要有兩種:

1.兩個(gè)氣缸，用安裝在兩邊機(jī)架上的兩根同模數(shù)齒條和活動臺上一根軸上兩端與齒條嚙合的兩個(gè)同齒數(shù)齒輪同步。

2.兩個(gè)油缸，把兩根活塞桿與活動工作臺用機(jī)械方式連接為一個(gè)剛性整體，保證了同步。

這兩種方式的同步在液壓缸內(nèi)部壓力不同是會產(chǎn)生對液壓缸推桿剛性的彎矩，當(dāng)彎矩過大時(shí)會對液壓缸的推桿造成不可逆的損壞。

機(jī)械式同步的優(yōu)點(diǎn)就在于結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，并且同步精確度比較高，但是在兩液壓缸的壓力差較大時(shí)產(chǎn)生的不平衡力會對機(jī)械連接裝置產(chǎn)生較大損傷;而采用補(bǔ)償措施的串聯(lián)液壓缸同步回路可以使誤差控制在較小的范圍，但是它不適用于大負(fù)載的液壓系統(tǒng);下面就針對兩種方式相結(jié)合的利弊進(jìn)行分析:

兩種同步方式的結(jié)合可以使其應(yīng)用在較大負(fù)載的液壓系統(tǒng)下，機(jī)械的連接可以承擔(dān)大部分的負(fù)載，在大部分的情況下，機(jī)械連接會單獨(dú)起作用，這樣可以使同步回路中的換向閥和單向閥保持休息狀態(tài)，從而延長整個(gè)系統(tǒng)的壽命;還同時(shí)在兩液壓缸的壓力差值突然增大時(shí)可以啟動同步回路的作用，來保護(hù)機(jī)械連接部分不出現(xiàn)失效情況。

但是在這種協(xié)同作用下，機(jī)械式同步的高精度和采用補(bǔ)償措施的串聯(lián)液壓缸同步回路的高精度不免會有一定的浪費(fèi)，而且兩者的結(jié)合使得整個(gè)系統(tǒng)過于復(fù)雜，失去了機(jī)械同步連接的簡潔性;同時(shí)系統(tǒng)的初始成本將增高，但由于系統(tǒng)的有效工作壽命得到延長，可以一定程度上對系統(tǒng)的成本進(jìn)行補(bǔ)償。

在液壓系統(tǒng)中，將機(jī)械式同步和液壓同步回路相結(jié)合的方法是一種新穎的執(zhí)行元件同步的思路，這種思路同步了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，有效提高了系統(tǒng)同步的精度，極大地延長了系統(tǒng)的使用壽命，同時(shí)也減少了系統(tǒng)的故障率，不失為一種值得深入探討的液壓系統(tǒng)同步的思路。

［1］馬勝剛，李延民，馬泳濤，馮靜，張建立，劉能宏.液壓與氣壓傳動［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011:147-150.

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