液压同步回路及同步控制系统实现的方法

２００４年第Ｏ４期　液压与气动　６５　液压同步回路及同步控制系统实现的方法　罗艳营　Ｔｈｅ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｕｏ　Ｙａｎ—ｌｅｉ　（贵州工业大学机械学院，贵州贵阳５５０００３）　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　

中图分类号：Ｔｔｔ１３７、７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８［２００４）０４—００６５—０３　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。　

越　＿Ｊ　

ａ）机械刚性　ｂ）节流阀　ｃ）分流集流阀　图１同步回路　

收稿１５１期：２００３—１０－１３　作者简介：罗艳蕾（１９６７一），女，贵州省安顺人，副教授，硕　士，主要从事液压技术方面的科研和教学工作。　

第三代折边机　通过一个滑块功能使预扳边钳动作的思路明显地把折边机变得更加紧凑，更加经济。第一代折边机预折边　是在一个５米高的压机里进行的，在另一个大小相同的压机上进行精整。第二代折边机的咬边钳是以两个互相　分离的组件相叠安装起来的。折边过程在一台高２．２米的设备上进行。第三代带有Ｃ一型卡箍的新折边机１９９８　年投人使用，高度仅１．６米。通过对动作过程最佳化的调整，达到了前面所说的２０秒最短的折边时间。　液压一折边机高精密度的重要基础　高级的液压元件为满足折边机用户的要求创造了决定性的先决条件，因为它们带来了所需的力量并且获得　高精密度的移动和定位。这就是奥迪工具制造部门的经验之谈。“撼神是我们奥迪久经考验的伙伴。我们因此　就能够用精密液压缸，以最高的使用率，在结构紧凑的折边机上达到满足世界上最高要求的缝隙尺寸。”Ｂｅｒｉｎｇｅｒ　坚信不疑　

维普资讯 http://www.cqvip.com 液压与气动　２００４年第０４期　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Ａｐ　与流量ｐ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。　强孽　ａ）串联缸　ｂ）同步缸　ｃ）并联马达ｄ）并联泵　图２体积控制ｌ司步回路　（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、ＡｉＤ、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．　

【　一　一　ｌ反馈检测元件　同　

丑　步　

————］　土　Ｚ　上上Ｊ　盱　罄　堡：，馈检测元秤２１　叽趣　圜　跹　陶——　

输入　图３闭环同步控制原理　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００４年第Ｏ４期　液压与气动　６７　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。　

ａ）进油踞控制　ｂ）秀油踞控制　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　①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；　②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；　③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；　④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；　⑤根据液压元件的工作原理、布置、组合，实现同　步回路及同步控制的液压系统很多，各有其特点和应　用的场合。　

参考文献：　［１］马永辉，等．工程机械液压系统设计计算［Ｍ］．北京：机　械工业出版社，１９９５．　［２］官忠范．液压传动系统（第３版）［Ｍ］．北京：机械工业出　版社，１９９７．　［３］路甬祥，胡大工．电液比例控制技术［Ｍ］．北京：机械工　业出版社．１９８８．　［４］　李壮云，葛宜远．液压元件与系统［Ｍ］．北京：机械工业　出版社．２００ｏ．　

维普资讯 http://www.cqvip.com