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液压同步回路及同步控制系统实现的方法

2014/11/13 17:25:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

    摘 要:该文给出了液压传动同步回路系统常用的传动方案,并对液压同步控制系统的实现方法原理进行分析。

    1 概述

    同步系统是实现多个执行器以相同位移、相同力或相等速度运动的回路。大型设备因负载力很大或布局的关系,需设多个液压执行器同时驱动一个执行机构,例如液压机中的上液压缸、压桩机中的机身升降液压缸、装载机中动臂缸和铲斗缸、铲运机机中斗门液压缸和铲斗升降缸、推土机中铲刀升降缸和松土器升降缸、挖掘机中动臂缸、开斗缸和斗杆缸、摊铺机中熨平板升降缸和料斗液压缸等。

    同步运动包括力同步、速度同步和位置同步三类。力同步指输出给各执行器的力相同;速度同步指各执行器的运动速度相同;位置同步则需保证各执行器在运动中和停止时位置处处相等。实际机构中的执行器多数为液压缸,本文主要以液压缸为执行器分析液压系统中实现同步的常用方法。

    2 液压同步系统的传动方案

    2·1 机械刚性同步系统

    使多个执行器的运动部件之间用机械零件刚性连接起来,实现位移的同步,如图1a所示。该回路简单,不需设置其他元件,但同步精度、运动的平稳性均较差,一般适用于各执行器负载相差不大,对同步精度要求不高的场合。

 

     2·2 液压同步系统

    随着对液压传动系统高效率、低噪声、无震动、高精度、低故障等的要求,对同步的要求也越来越高,因此需用液压的方法来保证同步的要求。按构成回路的控制元件的不同,液压同步回路主要有流量控制和体积控制两大类,按控制方式的不同,液压同步控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

    2·2·1 开关式(开环)同步控制系统

    1)流量控制阀实现同步回路

    (1)节流阀的同步回路 如图1b所示,选用相同型号的节流阀,可以达到基本同步,加上桥式整流回路可实现双向同步。该系统简单,成本低,若同步精度要求高可采用带温度补偿的调速阀或在系统中设稳流阀等。

    (2)分流集流阀的同步回路 用分流集流阀可使两负载不同的液压缸同步,如图1c所示,因压降Δp与流量Q成平方下降,当流量Q过小时分流精度将显著下降,故该系统流量范围较窄,不适用于低压。

    2)体积控制实现同步回路

    体积控制实现的同步精度比流量控制阀实现的同步精度高。

    (1)串联缸的同步回路 对单伸杆串联缸要求一个缸的有杆腔有效面积等于另一个缸的无杆腔有效作用面积,对双伸杆如图2a所示可实现双向同步。

    (2)同步缸的同步回路 如图2b所示的同步缸起着配流的作用,在其2个活塞上设有双作用单向阀,可在行程端点消除两液压缸的同步误差。

    (3)并联马达的同步回路 如图2c,用2个同轴等排量的液压马达作配流环节,输出相同流量保证缸的同步。由单向阀和溢流阀组成的补油回路可消除行程端点的同步误差。

    (4)并联泵的同步回路 如图2d,用2个同轴等排量泵直接向两缸供油,两换向阀应同时动作,在消除端点误差时,换向阀可单独动作。

    3)力同步和位置同步

    上述主要是速度的同步,对力同步只要保证执行器的尺寸大小相同并由同一个溢流阀设定压力很容易实现力的同步,位置同步则需在系统中设置特殊结构或行程控制机构等。但也可像对速度同步一样实现对力、位置的控制。

    2·2·2 液压同步闭环控制系统

    实际上一个液压系统不是一个单一回路的系统,通常是由几个回路组成,多个回路之间会相互影响,即使在一个回路中通常设有溢流阀调压、安全阀保护、节流阀或调速阀调速及换向阀换向等,它们对执行器的同步均会产生静态或动态的影响。同时由于不同工况下负载的扰动、执行器的摩擦阻力、系统的泄漏、控制元件间的性能差异、空气的混入量以及系统各组成部分的制造和安装误差等因素的影响,都会影响执行器同步运行的精度。当采用开环控制的液压同步回路,同步精度较低;当采用液压同步闭环控制系统,可对执行器的输出进行检测与反馈来构成闭环控制,尽管该系统组成复杂、成本高,但能消除和抑制对高精度同步控制的不利因素的影响,可获得高精度的同步驱动控制。特别是随着现代控制理论、智能控制理论以及计算机控制技术的发展,这种控制形式在高精度的、自动的液压同步控制回路中得到广泛的应用。

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