液壓同步回路的主要類型及優(yōu)缺點

摘要： 通過介紹液壓同步回路的主要類型，分析各類型的優(yōu)缺點及改進(jìn)措施，以便在液壓系統(tǒng)的同步回路設(shè)計和應(yīng)用中根據(jù)具體情況，采取不同的方法和措施。

關(guān)鍵詞：液壓；同步回路；類型；優(yōu)缺點

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.14.105

1前言

在液壓系統(tǒng)設(shè)計中，如遇到兩個油缸同時作用于同一執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，常常要求兩油缸動作同步。兩油缸的同步措施主要有機(jī)械強(qiáng)制同步和液壓同步兩種。機(jī)械強(qiáng)制同步主要有剛性梁強(qiáng)制同步和齒輪齒條強(qiáng)制同步兩種方法。機(jī)械強(qiáng)制同跳的最大優(yōu)點是同步可靠，在那些對同步要求特別高的場合，主要還是采用機(jī)械強(qiáng)制同步，比如液壓壓力機(jī)和折彎機(jī)等均采用的是機(jī)械強(qiáng)制同步。機(jī)械強(qiáng)制同步的主要缺點是兩個同步運行的油缸各自會受到另一油缸的影響，有時會產(chǎn)生較大的機(jī)械作用力，給油缸帶來拉傷之類的故障，這樣就要求兩油缸之間的連接強(qiáng)度要加強(qiáng)。液壓同步主要是利用液壓控制的方法來實現(xiàn)兩油缸之間速度同步，從而達(dá)到位置同步的目的。液壓同步的主要方法利用串聯(lián)同步液壓缸實現(xiàn)的同步回路、利用調(diào)速閥調(diào)速功能實現(xiàn)的同步回路、利用分流集流閥的分流集流功能實現(xiàn)的同步回路、利用兩個相同液壓泵并聯(lián)輸出流量相同功能實現(xiàn)的同步回路、利用兩個相同液壓馬達(dá)同步運轉(zhuǎn)使其輸出流量相等的功能實現(xiàn)的同步回路等。但不管用那種控制功能實現(xiàn)的同步回路都會存在兩個油缸在泄露、制造誤差、摩擦、受力和堵塞不均等問題，使得同步效果也不同。所以在同步回路在設(shè)計和使用時都一定要針對具體的工況，采取不同的措施，使同步效果達(dá)到最佳。以下主要介紹利用各種液壓控制功能實現(xiàn)的液壓同步回路，并說明其優(yōu)缺點。

2利用液壓控制功能實現(xiàn)的液壓同步回路

2.1利用串聯(lián)同步液壓缸實現(xiàn)的同步回路

圖1所示為帶補(bǔ)償裝置的串聯(lián)同步液壓缸位移同步回路。兩液壓缸A、B串聯(lián)，B缸下腔的有效工作面積等于A缸上腔的有效工作面積，若無泄漏，兩缸可同步下行，但因有泄漏及制造誤差，故有同步誤差。采用由液控單向閥3、電磁換向閥1和4組成的補(bǔ)償裝置可使兩缸每一次下行終點的位置同步誤差得到補(bǔ)償。

2、4—二位三通電磁換向閥；3—液控單向閥其補(bǔ)償原理是：當(dāng)換向閥1右位工作時，壓力油進(jìn)入B缸的上腔，B缸下腔的油液流入A腔上腔，A缸下腔回油，這時兩活塞桿同步下行。若A缸活塞先到達(dá)終點，它就觸動行程開關(guān)S1使電磁閥4通電換為上位工作。這時壓力油經(jīng)閥4將液控單向閥3打開，在B缸上腔繼續(xù)進(jìn)油的同時，B缸下腔的油可經(jīng)單向閥3及電磁換向閥2流回油箱，使B缸活塞能繼續(xù)下行到終點位置。若B缸活塞先到達(dá)終點，它觸動行程開關(guān)S2，使電磁換向閥2通電換為右位工作。這時壓力油可經(jīng)閥2、閥3繼續(xù)進(jìn)入A缸上腔，使A缸活繼續(xù)下行到終點位置。

2.2利用調(diào)速閥調(diào)速功能實現(xiàn)的同步回路

圖2所示為利用調(diào)速閥調(diào)速功能實現(xiàn)的同步回路。圖中兩個調(diào)速閥可分別調(diào)節(jié)進(jìn)入兩個并聯(lián)液壓缸下腔的流量，使兩缸活塞向上伸出的速度相等。這種回路可用于兩缸有效工作面積相等時，也可用于兩缸有效工作面積不相等時，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，且可以調(diào)速。其缺點是受油溫變化和調(diào)速閥性能差異等影響，不易保證位置同步，受載荷、泄露與阻力的不同的影響其同步精度一般低于4%～5%。速度的同步精度也較低，常用于同步精度要求不高的系統(tǒng)中。

圖3所示為用比例調(diào)速閥控制的同步回路。這一同步回路與圖2的調(diào)速同步回路相比，由于采用了比例調(diào)速閥，其同步精度大大提高，絕對精度可達(dá)05mm，已足夠一般設(shè)備的要求。為了使調(diào)速C和D在油缸伸出和縮回時都取作用，把調(diào)速閥C和D裝在由單向閥組成的橋式油路中，這樣油缸不管是伸出還是縮回，液壓油通過調(diào)速閥時都是正向通過，兩個調(diào)速閥均能發(fā)揮作用。一般這種同步回路的油缸上都作安裝位置檢測裝置，當(dāng)兩缸出現(xiàn)位置誤差時，檢測裝置發(fā)出信號，調(diào)整比例閥的開口，修正誤差，即可保證同步。

圖3比例調(diào)速閥的同步回路2.4利用分流集流閥的分流集流功能實現(xiàn)的同步回路

圖4所示為利用分流集流閥的分流集流功能實現(xiàn)的同步回路，它由單向閥、分流集流閥、換向閥、和油缸組成。這種同步回路可以實現(xiàn)兩負(fù)載不同液壓缸伸出、縮回的雙向同步，使用分流集流閥兩個油缸可以在瞬間得到等量的油，以達(dá)到同步工作。因壓降Δp與流量q成平方下降，當(dāng)流量q過小時分流精度將顯著下降，故該系統(tǒng)流量范圍較窄，不適用于低壓。使用分流體集流閥的回路，系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，其同步精度約為2%～5%。

圖5利用兩個相同液壓泵并聯(lián)輸出流量相同功能實現(xiàn)的同步回路，它由液壓泵、溢流閥和換向閥組成。其特點是使用同一個電機(jī)帶動兩個等量液壓泵，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速一致，等量泵供給兩個油缸的流量就是一致的，從而達(dá)到兩油缸同步的目的。向兩缸供油時，兩換向閥應(yīng)同時動作。在消除端點誤差時，換向閥可單獨動作。這種靠并聯(lián)等量泵的回路設(shè)計簡便、經(jīng)濟(jì)，但該回路因受液壓泵、缸和溢流閥制造誤差等一系列因素的影響，同步精度并不高，所以應(yīng)用不普遍。

圖5雙泵的同步回路2.6利用兩個相同液壓馬達(dá)同步運轉(zhuǎn)使其輸出流量相等的功能實現(xiàn)的同步回路

圖6所示利用兩個相同液壓馬達(dá)同步運轉(zhuǎn)使其輸出流量相等的功能這實現(xiàn)的同步回路。兩個馬達(dá)排量完全相同，并且將兩個液壓馬達(dá)的軸剛性地聯(lián)結(jié)在一起，則其能始終通過相等的流量，也就是輸入到兩缸的流量始終相等，從而實現(xiàn)兩缸的速度同步。同步精度主要取決于液壓馬達(dá)和液壓缸的加工精度以及負(fù)載的均勻性。由于加工總是存在誤差，負(fù)載也不可能完全相同，因此同步誤差是不可避免的。在采用并聯(lián)馬達(dá)的同步回路中，要采取措施消除累積誤差，提高同步精度。節(jié)流閥4就是用來消除積累誤差的，若一個液壓缸先到達(dá)終點，隨著馬達(dá)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，已到終點的液壓缸的壓力油就通過節(jié)流閥進(jìn)入另一油缸，使另一液壓缸也到達(dá)終點從而消除累積誤差。

利用數(shù)字缸來實現(xiàn)兩缸或多缸的同步與前面所講的液壓同步有所不同，前面所講的方法均為同時控制兩個油缸使其實現(xiàn)同步，而利用數(shù)字缸實現(xiàn)同步并不是同時控制兩個油缸，而是利用數(shù)字缸的特點，單個控制油缸，使油缸的位置精度足夠高，從而達(dá)到兩個或多個缸同步的目的。數(shù)字液壓缸的運動特性完全被數(shù)字化，即：電脈沖的頻率與油缸的運動速度對應(yīng)，電脈沖的數(shù)量與油缸的行程對應(yīng)，而這種對應(yīng)關(guān)系是通過數(shù)字油缸內(nèi)部的設(shè)計、制造過程確定好的，無需任何外部的調(diào)節(jié)參數(shù)來保障。數(shù)字液壓缸對于使用者而言，是一個開環(huán)控制器件。數(shù)字油缸組成的液壓系統(tǒng)，只需油泵、溢流閥組成的液壓源就可接管使用，無需任何方向閥、流量閥、調(diào)速閥、單向閥、同步閥等繁雜液壓元件，也省略了這些閥件的安裝集成塊，也無需行程開關(guān)、繼電器等電氣元件。一臺微機(jī)或可編程邏輯控制器（PLC）就可以完成多缸的同步。降低了使用成本和維修成本。可以說，利用數(shù)字液壓缸實現(xiàn)兩缸或多缸的同步是同步控制的發(fā)展方向。

3結(jié)論

通過介紹利用液壓控制的方法來實現(xiàn)兩油缸之間同步的液壓同步回路不同類型，分析了這些同步回路和數(shù)字液壓缸同步的特點，并對這些回路在使用中可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)采取的措施給予了說明。這樣便于在同步回路設(shè)計和使用時更好的注意這些問題和措施，使同步的效果達(dá)到最佳。隨著液壓傳動技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓傳動取代機(jī)械傳動和電氣傳動領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，液壓系統(tǒng)同步回路的設(shè)計和應(yīng)用場合也越來越廣泛，在控制方法上，除傳統(tǒng)的控制方法外，越來越多的采用單片機(jī)和可編程邏輯控制器（PLC）控制，逐步由比例調(diào)節(jié)替代機(jī)械調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了同步回路的過程自動化和可視化。這樣在油缸帶動工作裝置運行時，更能準(zhǔn)確、快速地響應(yīng)，達(dá)到最佳控制效果。

參考文獻(xiàn)

[1]徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊[M].第五卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]路甬祥.液壓與氣動技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]鄒建華.液壓與氣動技術(shù)[M].4版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015.