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内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文液压同步回路及同步控制系统实现的方法（内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头市，014010）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。关键词:液压传动;同步回路;同步控制系统全套设计加153893706The Methods of the Synchronous Hydraulic Circuit and Control System (Inner Mongolia scientific and technical university mechanical engineering institute, Inner Mongolian Baotou, 014010)Abstract：This article has given the hydraulic transmission synchronization return route system commonly used transmission plan, and carries on the analysis to the hydraulic pressure synchronization control system realization method principle.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。力同步是指输出给各执行器的力相同;速度同步是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。图1 同步回路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p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。图2 体积控制同步回路(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。1) 闭环同步控制原理 (1) 一个执行缸跟踪另一个执行缸原理图如图3 上半部分所示。执行缸2 的输出跟踪执行缸1 的输出,加上D/ A、A/ D、放大等元件以及位置控制器的设计可实现计算机自动控制。控制元件1 可用普通阀,控制元件2 用伺服阀或比例阀。该系统还可与普通控制系统配合实现组合控制。按控制元件设置的位置, 系统可分为进油路控制和旁油路控制,例如图4a 为进油路控制,图4b 为旁油路控制。图3 闭环同步控制原理图4 闭环同步控制回路(2) 两个缸同时跟踪理想输入原理图如图3 下半部分所示,对两个执行缸同时用一套反馈元件进行跟踪设定的理想输入,也可以用两套反馈机构分别实现对理想输入的跟踪控制,该系统要求每套装置中元件的性能完全一致。按此原理实现系统如图5。图5 两缸同时跟踪理想输入2) 分类按控制元件、反馈检测装置的不同,液压同步闭环控制主要有下列类型:伺服阀组成的系统、比例阀组成系统、数字缸(模拟缸) 组成的系统等。(1) 伺服阀的同步回路根据反馈方式的不同,又可分为机液伺服阀和电液伺服阀的同步回路:前者以机械方式将活塞位置误差反馈给伺服阀,由伺服阀的随动调节流量,实现两缸的同步;后者将活塞位置以电信号反馈给伺服阀。该系统响应速度快,同步精度高,但阀结构复杂,价格高且抗污染能力差,所以一般适用于高同步精度要求的场合。(2) 比例阀的同步回路控制元件为电液比例阀。它是介于普通液压阀的开关式控制和电液伺服控制之间的控制方式,它能实现对液流压力和流量连续地按比例地跟随控制信号而变化,它的控制性能优于开关式控制,控制精度和响应速度低于电液伺服控制,但它的成本较低,抗污染能力强,易于实现计算机控制。适合于大功率及较高同步精度的场合。(3) 数字缸或模拟缸控制的同步回路随着自动化控制技术和机电一体化技术的发展,用数字信号控制的电液步进液压缸或模拟信号控制的电液伺服、电液比例液压缸直接对缸实现位置或速度的同步控制。数字缸是一种机电液一体化控制元件,将缸与控制阀、检测元件等集成为一体,直接用计算机的数字量来实现对缸的控制,其中的D/ A 转换器通常用步进电动机实现将电信号转换为角位移量输出,由相同性能的两套或一台步进电动机同时驱动两个数字缸可实现同步。模拟缸是将缸、电液伺服或电液比例阀、溢流阀、节流阀等叠加集成一体,使缸的活塞移动位移与输入电信号成比例。此类缸便于控制、体积小、动态性能好、抗污染,具有高精度的位置和速度同步。3 结论开环控制的液压同步系统,完全依靠液压控制元件本身来控制执行器的同步,同步精度不高;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,但可获得高精度的同步驱动控制;随着机电一体化技术的发展,控制元件与执行器可实现集成化和数字化,这是液压控制技术发展的趋势;计算机控制的液压同步控制系统可实现系统的自动工作,加上先进的控制器设计方法,可大大提高同步控制的精度;根据液压元件的工作原理、布置、组合,实现同步回路及同步