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內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文1液壓同步回路及同步控制系統(tǒng)實現(xiàn)的方法（內(nèi)蒙古科技大學(xué)機械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭市，014010）摘 要:該文給出了液壓傳動同步回路系統(tǒng)常用的傳動方案,并對液壓同步控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法原理進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞:液壓傳動;同步回路;同步控制系統(tǒng)全套設(shè)計加 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 概述同步系統(tǒng)是實現(xiàn)多個執(zhí)行器以相同位移、相同力或相等速度運動的回路。大型設(shè)備因負(fù)載力很大或布局的關(guān)系,需設(shè)多個液壓執(zhí)行器同時驅(qū)動一個執(zhí)行機內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文2構(gòu),例如液壓機中的上液壓缸、壓樁機中的機身升降液壓缸、裝載機中動臂缸和鏟斗缸、鏟運機機中斗門液壓缸和鏟斗升降缸、推土機中鏟刀升降缸和松土器升降缸、挖掘機中動臂缸、開斗缸和斗桿缸、攤鋪機中熨平板升降缸和料斗液壓缸等。同步運動包括力同步、速度同步和位置同步三類。力同步是指輸出給各執(zhí)行器的力相同;速度同步是指各執(zhí)行器的運動速度相同;位置同步則需保證各執(zhí)行器在運動中和停止時位置處處相等。實際機構(gòu)中的執(zhí)行器多數(shù)為液壓缸,本文主要以液壓缸為執(zhí)行器分析液壓系統(tǒng)中實現(xiàn)同步的常用方法。2 液壓同步系統(tǒng)的傳動方案2.1 機械剛性同步系統(tǒng)使多個執(zhí)行器的運動部件之間用機械零件剛性連接起來,實現(xiàn)位移的同步,如圖1a 所示。該回路簡單,不需設(shè)置其他元件,但同步精度、運動的平穩(wěn)性均較差,一般適用于各執(zhí)行器負(fù)載相差不大,對同步精度要求不高的場合。圖1 同步回路2.2 液壓同步系統(tǒng)隨著對液壓傳動系統(tǒng)高效率、低噪聲、無震動、高精度、低故障等的要求,對同步的要求也越來越高,因此需用液壓的方法來保證同步的要求。按構(gòu)成回路的控制元件的不同,液壓同步回路主要有流量控制和體積控制兩大類,按控制方式的不同,液壓同步控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.1 開關(guān)式(開環(huán)) 同步控制系統(tǒng)1) 流量控制閥實現(xiàn)同步回路(1) 節(jié)流閥的同步回路 如圖1b 所示,選用相同型號的節(jié)流閥,可以達(dá)到基內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文3本同步,加上橋式整流回路可實現(xiàn)雙向同步。該系統(tǒng)簡單,成本低,若同步精度要求高可采用帶溫度補償?shù)恼{(diào)速閥或在系統(tǒng)中設(shè)穩(wěn)流閥等。(2) 分流集流閥的同步回路 用分流集流閥可使兩負(fù)載不同的液壓缸同步,如圖1c 所示,因壓降Δ p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。2) 體積控制實現(xiàn)同步回路體積控制實現(xiàn)的同步精度比流量控制閥實現(xiàn)的同步精度高。(1) 串聯(lián)缸的同步回路 對單伸桿串聯(lián)缸要求一個缸的有桿腔有效面積等于另一個缸的無桿腔有效作用面積,對雙伸桿如圖2a 所示可實現(xiàn)雙向同步。圖2 體積控制同步回路(2) 同步缸的同步回路 如圖2b 所示的同步缸起著配流的作用,在其2 個活塞上設(shè)有雙作用單向閥,可在行程端點消除兩液壓缸的同步誤差。(3) 并聯(lián)馬達(dá)的同步回路 如圖2c ,用2 個同軸等排量的液壓馬達(dá)作配流環(huán)節(jié),輸出相同流量保證缸的同步。由單向閥和溢流閥組成的補油回路可消除行程端點的同步誤差。(4) 并聯(lián)泵的同步回路 如圖2d ,用2 個同軸等排量泵直接向兩缸供油,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。3) 力同步和位置同步上述主要是速度的同步,對力同步只要保證執(zhí)行器的尺寸大小相同并由同一個溢流閥設(shè)定壓力很容易實現(xiàn)力的同步,位置同步則需在系統(tǒng)中設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)或行程控制機構(gòu)等。但也可像對速度同步一樣實現(xiàn)對力、位置的控制。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文42.2.2 液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)實際上一個液壓系統(tǒng)不是一個單一回路的系統(tǒng),通常是由幾個回路組成,多個回路之間會相互影響,即使在一個回路中通常設(shè)有溢流閥調(diào)壓、安全閥保護(hù)、節(jié)流閥或調(diào)速閥調(diào)速及換向閥換向等,它們對執(zhí)行器的同步均會產(chǎn)生靜態(tài)或動態(tài)的影響。同時由于不同工況下負(fù)載的擾動、執(zhí)行器的摩擦阻力、系統(tǒng)的泄漏、控制元件間的性能差異、空氣的混入量以及系統(tǒng)各組成部分的制造和安裝誤差等因素的影響,都會影響執(zhí)行器同步運行的精度。當(dāng)采用開環(huán)控制的液壓同步回路,同步精度較低;當(dāng)采用液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng),可對執(zhí)行器的輸出進(jìn)行檢測與反饋來構(gòu)成閉環(huán)控制,盡管該系統(tǒng)組成復(fù)雜、成本高,但能消除和抑制對高精度同步控制的不利因素的影響,可獲得高精度的同步驅(qū)動控制。特別是隨著現(xiàn)代控制理論、智能控制理論以及計算機控制技術(shù)的發(fā)展,這種控制形式在高精度的、自動的液壓同步控制回路中得到廣泛的應(yīng)用。1) 閉環(huán)同步控制原理(1) 一個執(zhí)行缸跟蹤另一個執(zhí)行缸 原理圖如圖3 上半部分所示。執(zhí)行缸2 的輸出跟蹤執(zhí)行缸1 的輸出,加上D/ A、A/ D、放大等元件以及位置控制器的設(shè)計可實現(xiàn)計算機自動控制?？刂圃? 可用普通閥,控制元件2 用伺服閥或比例閥。該系統(tǒng)還可與普通控制系統(tǒng)配合實現(xiàn)組合控制。按控制元件設(shè)置的位置, 系統(tǒng)可分為進(jìn)油路控制和旁油路控制,例如圖4a 為進(jìn)油路控制,圖4b 為旁油路控制。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文5圖3 閉環(huán)同步控制原理圖4 閉環(huán)同步控制回路(2) 兩個缸同時跟蹤理想輸入 原理圖如圖3 下半部分所示,對兩個執(zhí)行缸同時用一套反饋元件進(jìn)行跟蹤設(shè)定的理想輸入,也可以用兩套反饋機構(gòu)分別實現(xiàn)對理想輸入的跟蹤控制,該系統(tǒng)要求每套裝置中元件的性能完全一致。按此原理實現(xiàn)系統(tǒng)如圖5。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文6圖5 兩缸同時跟蹤理想輸入2) 分類按控制元件、反饋檢測裝置的不同,液壓同步閉環(huán)控制主要有下列類型:伺服閥組成的系統(tǒng)、比例閥組成系統(tǒng)、數(shù)字缸(模擬缸) 組成的系統(tǒng)等。(1) 伺服閥的同步回路 根據(jù)反饋方式的不同,又可分為機液伺服閥和電液伺服閥的同步回路:前者以機械方式將活塞位置誤差反饋給伺服閥,由伺服閥的隨動調(diào)節(jié)流量,實現(xiàn)兩缸的同步;后者將活塞位置以電信號反饋給伺服閥。該系統(tǒng)響應(yīng)速度快,同步精度高,但閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價格高且抗污染能力差,所以一般適用于高同步精度要求的場合。(2) 比例閥的同步回路 控制元件為電液比例閥。它是介于普通液壓閥的開關(guān)式控制和電液伺服控制之間的控制方式,它能實現(xiàn)對液流壓力和流量連續(xù)地按比例地跟隨控制信號而變化,它的控制性能優(yōu)于開關(guān)式控制,控制精度和響應(yīng)速度低于電液伺服控制,但它的成本較低,抗污染能力強,易于實現(xiàn)計算機控制。適合于大功率及較高同步精度的場合。(3) 數(shù)字缸或模擬缸控制的同步回路 隨著自動化控制技術(shù)和機電一體化技術(shù)的發(fā)展,用數(shù)字信號控制的電液步進(jìn)液壓缸或模擬信號控制的電液伺服、電液比例液壓缸直接對缸實現(xiàn)位置或速度的同步控制。數(shù)字缸是一種機電液一體化控制元件,將缸與控制閥、檢測元件等集成為一體,直接用計算機的數(shù)字量來實現(xiàn)對缸的控制,其中的D/ A 轉(zhuǎn)換器通常用步進(jìn)電動機實現(xiàn)將電信號轉(zhuǎn)換為角位移量輸出,由相同性能的兩套或一臺步進(jìn)電動機同時驅(qū)動兩個數(shù)字缸可實現(xiàn)同步。模擬缸是將缸、電液伺服或電液比例閥、溢流閥、節(jié)流閥等疊加集成一體,使缸的活塞移動位移與輸入電信號成比例。此類缸便于控制、體積小、動態(tài)性能好、抗污染,具有高精度的位置和速度同步。3 結(jié)論①開環(huán)控制的液壓同步系統(tǒng),完全依靠液壓控制元件本身來控制執(zhí)行器的同步,同步精度不高;②液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng),可對執(zhí)行器的輸出進(jìn)行檢測與反饋來構(gòu)成閉環(huán)控制,盡管該系統(tǒng)組成復(fù)雜、成本高,但可獲得高精度的同步驅(qū)動控制;③隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展,控制元件與執(zhí)行器可實現(xiàn)集成化和數(shù)字化,內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計專題論文7這是液壓控制技術(shù)發(fā)展的趨勢;④計算機控制的液壓同步控制系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動工作,加上先進(jìn)的控制器設(shè)計方法,可大大提高同步控制的精度;⑤根據(jù)液壓元件的工作原理、布置、組合,實現(xiàn)同步回路及同步控制的液壓系統(tǒng)很多,各有其特點和應(yīng)用的場合。參考文獻(xiàn):[1 ] 馬永輝,等1 工程機械液壓系統(tǒng)設(shè)計計算[M]1 北京:機械工業(yè)出版社,19951[2 ] 官忠范1 液壓傳動系統(tǒng)(第3 版) [M]1 北京:機械工業(yè)出版社,19971[3 ] 路甬祥,胡大工1 電液比例控制技術(shù)[M]1 北京:機械工業(yè)出版社,19881[4 ] 李壯云,葛宜遠(yuǎn)1 液壓元件與系統(tǒng)[M]1 北京:機械工業(yè)出版社,20001