液壓同步控制回路在煤礦機(jī)械液壓控制中的應(yīng)用

李超

摘要：對液壓同步控制回路的原理做具體描述并闡述其優(yōu)缺點(diǎn)，有軌運(yùn)輸和無軌運(yùn)輸?shù)脑敿?xì)控制方式通過工作原理及試驗(yàn)結(jié)果來分析，并進(jìn)一步探討升降臺快速轉(zhuǎn)換問題。

關(guān)鍵詞：液壓同步控制回路;煤礦機(jī)械液壓控制;應(yīng)用

0? 引言

液壓控制技術(shù)已經(jīng)被工程機(jī)械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，液壓同步控制技術(shù)不僅也被應(yīng)用到機(jī)械和工業(yè)領(lǐng)域，同步控制回路還是液壓控制技術(shù)的重要部分。部分煤業(yè)運(yùn)輸體系，利用升降平臺來實(shí)現(xiàn)有軌和無軌運(yùn)輸?shù)目焖俎D(zhuǎn)換，但是由于平臺負(fù)重的體積較大，再加上頂升的質(zhì)量較重，且在運(yùn)輸中要求保持高標(biāo)準(zhǔn)的一致性，所以單用一種執(zhí)行元件根本不能啟動負(fù)重，需要利用多種執(zhí)行元件來同步控制啟動負(fù)重。在實(shí)際運(yùn)輸中，因液路阻力和液壓組件等是不相同的，如果使用普通的油路或閥件，會使油缸流量變成不等，還有平臺負(fù)載不均，導(dǎo)致油缸荷重最終的結(jié)果是不同的，比如，運(yùn)行速度較快的荷重就較輕，而荷重較大的則運(yùn)行速度相對較慢，這就使平臺升降出現(xiàn)快慢不協(xié)調(diào)的問題。這種后果可能會使油缸密封圈被損壞，進(jìn)而破壞活塞桿發(fā)生變形或卡死，甚至發(fā)生平臺側(cè)傾進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)重跌落，出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。如果運(yùn)輸轉(zhuǎn)換時(shí)通過液壓同步控制回路就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)油缸升降保持同步，但液壓同步控制回路也有一定的弊端，必須根據(jù)實(shí)際平臺的具體工況做合理的選擇。

1? 概括液壓同步

在液壓設(shè)備尤其是比較大型的液壓設(shè)備，需要兩個(gè)及以上的油缸共同工作，并且需要保證油缸的速度一致，運(yùn)動中位移相同，這就是所謂的液壓同步運(yùn)動。同步運(yùn)動有位置同步及速度同步。速度同步指不同液壓執(zhí)行元件的速度是相等的，位置同步指不同液壓執(zhí)行元件在運(yùn)動過程中和完全停止時(shí)所處的位置都要保持一致。由此得出，位移同步一定包含了速度同步，速度同步則不能保證位移同步。同步精度是衡量同步運(yùn)動好壞的重要指標(biāo)，同步運(yùn)動可以利用位置偏差或者進(jìn)入油缸流量的分流偏差來體現(xiàn)。

2? 常見液壓同步回路的原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)

液壓同步回路中常見的有五種，具體包括液壓比例、機(jī)械連接位置、分流集流閥、液壓同步馬達(dá)以及單向節(jié)流閥液壓等同步回路。

2.1 液壓比例同步控制回路

與其他同步控制回路相比，液壓比例同步控制回路精度較高，但系統(tǒng)內(nèi)電氣控制系統(tǒng)限制了液壓比例同步控制回路的精度，如果想保證高精度的比例同步回路，就要更高的要求系統(tǒng)內(nèi)的電氣控制系統(tǒng)，不僅如此，還會對執(zhí)行元件比如油缸等有一定的要求。對液壓比例同步回路來說，利用位移傳感器檢測位置誤差，所以位置同步的精度相對較高，比較容易控制雙向保持一致。在液壓比例同步回路中，按照不同的比例元件細(xì)分成三種，具體包括比例方向閥同步控制回路和比例調(diào)速閥同步控制回路以及比例變量泵同步控制回路，在實(shí)際中，需要根據(jù)具體情況來合理選取。

2.2 機(jī)械連接位置同步控制回路

機(jī)械連接位置同步回路是利用焊接等方式把大于或等于兩個(gè)的執(zhí)行元件連接起來，然后使不同執(zhí)行元件達(dá)到同步運(yùn)動的目的。機(jī)械連接同步回路系統(tǒng)相對來說比較簡單，只需少量液壓元件就能工作，而且工作性能相對比較穩(wěn)定可靠。但必須保證負(fù)載荷重分布均勻，偏載不能太大，否則會因負(fù)重較大，導(dǎo)致執(zhí)行元件位移不同增大阻力，剛性連接時(shí)發(fā)生變形甚至發(fā)生活塞桿由于偏斜而被卡死。對同步精度要求不高而且負(fù)重分布比較隨意的工況比較適合用機(jī)械連接同步回路。平臺轉(zhuǎn)換中主要是為了幫助膠輪車實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)場，在轉(zhuǎn)場中，膠輪車負(fù)重是隨時(shí)變換的狀態(tài)，并且負(fù)重分布情況也是不可預(yù)測的，同時(shí)由于油缸之間的距離較大，致使剛性連接不牢靠，所以無法控制不同運(yùn)動的同步性。機(jī)械連接位置同步控制回路是一種同步運(yùn)動回路，幫助不同的液壓執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)速度相同或者位移運(yùn)動相等的回路。

2.3 分流集流閥的同步回路

分流集流閥簡單說就是一種將流量分流或集流的液壓閥，分流集流閥同步回路主要是控制液壓系統(tǒng)中多個(gè)執(zhí)行元件的速度使其同步。分流集流閥可以自測到負(fù)重壓力的變化，通過進(jìn)出口壓力不同產(chǎn)生的壓差推動閥芯來回移動，調(diào)節(jié)節(jié)流口的大小，通過對節(jié)流口流量實(shí)施控制使其保持一致性，然后對不同執(zhí)行元件有效控制使它們保持同步運(yùn)動。分流集流閥的同步回路不會因出口壓力分流發(fā)生變化受到影響，也不會被集流產(chǎn)生的進(jìn)口壓力變化所影響，不僅可以承擔(dān)偏載帶來的壓力不均，還能夠同步控制執(zhí)行元件雙向的伸縮行程，并且保證較高的同步精度，使同步出現(xiàn)的誤差較小。分流集流閥的同步回路與其他同步回路相比，系統(tǒng)相對比較簡單，并且分流集流閥的市場價(jià)格相對較低，同時(shí)由于分流集流閥能夠自動反饋負(fù)重壓力，比較適用于負(fù)重隨時(shí)發(fā)生變化的工況。針對升降平臺的快速轉(zhuǎn)換，更加適合應(yīng)用分流集流閥的同步回路。

2.4 液壓同步馬達(dá)同步回路

該同步回路采用兩個(gè)軸剛性連接的等排量液壓馬達(dá)為等流量分流裝置，換言之，兩個(gè)液壓馬達(dá)的排量相同且軸一樣提供液壓流是相同的，利用這種原理同步控制兩個(gè)或以上的執(zhí)行元件。一般情況下都會使用柱塞式同步液壓馬達(dá)或者齒輪同步液壓馬達(dá)，在這兩種液壓馬達(dá)中，柱塞式同步液壓馬達(dá)可以在不同負(fù)載情況下獲取高水準(zhǔn)的同步精度且比齒輪馬達(dá)較高，而齒輪同步馬達(dá)可以在負(fù)載比較均衡下獲取高水準(zhǔn)的同步精度。柱塞式同步馬達(dá)產(chǎn)生的噪音比較低，還具備較長壽命和高功率等優(yōu)點(diǎn)，并且基本不受負(fù)重變化的影響，缺點(diǎn)是抗污染能力比齒輪同步液壓馬達(dá)較差，工作轉(zhuǎn)速有限制。不管是柱塞同步馬達(dá)還是齒輪同步馬達(dá)，它們的同步誤差受以下因素的影響：比如，負(fù)載均衡情況、介質(zhì)油溫度及粘度、同步馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速情況、系統(tǒng)的實(shí)際壓力水平、流量連續(xù)情況等。在實(shí)際中，需要根據(jù)具體情況采取適合的同步馬達(dá)達(dá)到控制同步目的。

2.5 單向節(jié)流閥液壓同步回路

單向節(jié)流閥液壓同步回路是利用對節(jié)流閥的過流截面積進(jìn)行有效調(diào)節(jié)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對不同執(zhí)行元件流量的有效控制，然后控制不同執(zhí)行元件輸出的速度相同，最終達(dá)到同步控制不同執(zhí)行元件的目的。單向節(jié)流閥液壓同步回路內(nèi)部構(gòu)造簡單只需投入少量成本就能實(shí)現(xiàn)對不同執(zhí)行元件的同步控制。但注意單向節(jié)流閥同步回路也是有缺點(diǎn)的，同步效果比較容易受自身功能的影響，如果溫度穩(wěn)定性較差或節(jié)流閥性能不好都會影響液壓同步回路的最終效果，如果同步性能的穩(wěn)定性不好，同步精度不符合標(biāo)準(zhǔn)，誤差越來越大的話，就需要調(diào)整節(jié)流閥，人為操作性較大，比較耗費(fèi)人力。在平臺快速轉(zhuǎn)換作業(yè)的實(shí)際工況中，要求各執(zhí)行元件的同步精度較高，如果使用單向節(jié)流閥液壓同步回路就需要相關(guān)操作人員對節(jié)流閥做反復(fù)調(diào)整，這樣不僅增加了操作人員的工作強(qiáng)度，還使操作人員工作中面臨更多挑戰(zhàn)，如果操作失誤很可能就會發(fā)生安全事故，安全隱患風(fēng)險(xiǎn)較大。比如，在液控單向閥回路中無法及時(shí)打開，液控單向節(jié)流閥就不能同步，會導(dǎo)致單向閥控制的液壓缸速度運(yùn)行不穩(wěn)定，引發(fā)安全問題。在快速轉(zhuǎn)換平臺，需要依據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行合理應(yīng)用。

3? 有軌運(yùn)輸和無軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺實(shí)現(xiàn)同步控制的原理

3.1 實(shí)現(xiàn)同步控制的工作原理

依據(jù)快速轉(zhuǎn)換平臺的具體工況，可以通過分流集流閥的同步回路同步控制不同的油缸。在液壓系統(tǒng)中定量液壓泵為其提供動力，溢流閥保證系統(tǒng)載重的穩(wěn)定功能，主回路中如果需要同步控制液壓分路的四個(gè)進(jìn)油和出油方向就需要利用三位四通換向閥來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證液壓缸中活塞桿伸縮的規(guī)律性，通過分流集流閥對油缸液壓油流量的有效調(diào)節(jié)，保證所有油缸位移速度的一致性。在平臺實(shí)際作業(yè)中，如果作業(yè)發(fā)生停止可以利用液控單向閥來有效防范突發(fā)事故的發(fā)生。見圖1。

3.2 分流集流閥同步控制回路試驗(yàn)效果

針對設(shè)計(jì)的具體要求，對液壓泵、管路、不同執(zhí)行元件和閥組元件進(jìn)行精確計(jì)算，同時(shí)按照一定的同步標(biāo)準(zhǔn)把它們連接起來做同步控制試驗(yàn)。為了提高升降平臺同步的精準(zhǔn)率，需要選用直徑相同的分流集流閥進(jìn)出管路油管，并且還要使對稱管路的長度保持一致，同時(shí)還要使彎曲半徑保持相等。油缸回油管路中的油管直徑和長度也要保持一致，同樣需要保證它的彎曲半徑是相等的。

通過實(shí)際試驗(yàn)得出，分流集流閥同步控制回路，不論是載重較大還是空載或者偏載，分流集流閥同步控制回路都能達(dá)到平臺實(shí)際的工況需求。由此可以得出，分流集流閥同步回路是有軌運(yùn)輸和無軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺實(shí)現(xiàn)同步控制方法中較好的。

4? 結(jié)論

對于大型液壓設(shè)備來說，需要多個(gè)執(zhí)行器同時(shí)驅(qū)動然后共同負(fù)載同一液壓系統(tǒng)，由于液壓執(zhí)行元件不同，它們的制造質(zhì)量也會有所不同，再加上摩擦力不同、負(fù)載不一以及構(gòu)造不同等原因，如果讓各個(gè)執(zhí)行元件進(jìn)行不同步運(yùn)動，就會引發(fā)整個(gè)液壓設(shè)備不平穩(wěn)或者無法正常工作。同步控制回路很好的解決了上述問題，對進(jìn)入部分或全部液壓執(zhí)行元件的流量通過技術(shù)手段進(jìn)行改變使其達(dá)到同步目的，一般情況會把某一個(gè)液壓缸位置作為參照物，通過進(jìn)入其他液壓缸的流量位置使之與參照物位置保持同步。

依據(jù)有軌運(yùn)輸和無軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺實(shí)際工況需求來看，液壓同步控制技術(shù)是平臺實(shí)施同步控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文介紹的幾種液壓同步控制回路中，分流集流閥同步回路的同步準(zhǔn)確度比機(jī)械連接同步控制回路或單向節(jié)流閥液壓同步控制回路更加精準(zhǔn)，從經(jīng)濟(jì)方面來考慮，相比于液壓比例同步回路和同步液壓馬達(dá)同步回路，分流集流閥同步控制回路經(jīng)濟(jì)適用性更強(qiáng)，同時(shí)由于其能夠自動反饋負(fù)重壓力，比較適用于快速轉(zhuǎn)換平臺工況的實(shí)際變化，對快速轉(zhuǎn)換平臺中工況同步的實(shí)際升降做到了有效控制，值得在煤礦機(jī)械液壓控制中推廣應(yīng)用。

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