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內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)專題論文1液壓同步回路及同步控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法（內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)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(dòng)同步回路系統(tǒng)常用的傳動(dòng)方案,并對(duì)液壓同步控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法原理進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞:液壓傳動(dòng);同步回路;同步控制系統(tǒng)全套設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)多個(gè)執(zhí)行器以相同位移、相同力或相等速度運(yùn)動(dòng)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(gè)液壓執(zhí)行器同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)執(zhí)行機(jī)內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)專題論文2構(gòu),例如液壓機(jī)中的上液壓缸、壓樁機(jī)中的機(jī)身升降液壓缸、裝載機(jī)中動(dòng)臂缸和鏟斗缸、鏟運(yùn)機(jī)機(jī)中斗門(mén)液壓缸和鏟斗升降缸、推土機(jī)中鏟刀升降缸和松土器升降缸、挖掘機(jī)中動(dòng)臂缸、開(kāi)斗缸和斗桿缸、攤鋪機(jī)中熨平板升降缸和料斗液壓缸等。同步運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度相同;位置同步則需保證各執(zhí)行器在運(yùn)動(dòng)中和停止時(shí)位置處處相等。實(shí)際機(jī)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(shí)現(xiàn)同步的常用方法。2 液壓同步系統(tǒng)的傳動(dòng)方案2.1 機(jī)械剛性同步系統(tǒng)使多個(gè)執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)部件之間用機(jī)械零件剛性連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)位移的同步,如圖1a 所示。該回路簡(jiǎn)單,不需設(shè)置其他元件,但同步精度、運(yùn)動(dòng)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(duì)同步精度要求不高的場(chǎng)合。圖1 同步回路2.2 液壓同步系統(tǒng)隨著對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)高效率、低噪聲、無(wú)震動(dòng)、高精度、低故障等的要求,對(duì)同步的要求也越來(lái)越高,因此需用液壓的方法來(lái)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.1 開(kāi)關(guān)式(開(kāi)環(huán)) 同步控制系統(tǒng)1) 流量控制閥實(shí)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(hào)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(jì)專題論文3本同步,加上橋式整流回路可實(shí)現(xiàn)雙向同步。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單,成本低,若同步精度要求高可采用帶溫度補(bǔ)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(guò)小時(shí)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(shí)現(xiàn)同步回路體積控制實(shí)現(xiàn)的同步精度比流量控制閥實(shí)現(xiàn)的同步精度高。(1) 串聯(lián)缸的同步回路 對(duì)單伸桿串聯(lián)缸要求一個(gè)缸的有桿腔有效面積等于另一個(gè)缸的無(wú)桿腔有效作用面積,對(duì)雙伸桿如圖2a 所示可實(shí)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(gè)活塞上設(shè)有雙作用單向閥,可在行程端點(diǎn)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(gè)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(bǔ)油回路可消除行程端點(diǎn)的同步誤差。(4) 并聯(lián)泵的同步回路 如圖2d ,用2 個(gè)同軸等排量泵直接向兩缸供油,兩換向閥應(yīng)同時(shí)動(dòng)作,在消除端點(diǎn)誤差時(shí),換向閥可單獨(dú)動(dòng)作。3) 力同步和位置同步上述主要是速度的同步,對(duì)力同步只要保證執(zhí)行器的尺寸大小相同并由同一個(gè)溢流閥設(shè)定壓力很容易實(shí)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(jī)構(gòu)等。但也可像對(duì)速度同步一樣實(shí)現(xiàn)對(duì)力、位置的控制。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)專題論文42.2.2 液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)際上一個(gè)液壓系統(tǒng)不是一個(gè)單一回路的系統(tǒng),通常是由幾個(gè)回路組成,多個(gè)回路之間會(huì)相互影響,即使在一個(gè)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(duì)執(zhí)行器的同步均會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的影響。同時(shí)由于不同工況下負(fù)載的擾動(dòng)、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(huì)影響執(zhí)行器同步運(yùn)行的精度。當(dāng)采用開(kāi)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(duì)執(zhí)行器的輸出進(jìn)行檢測(cè)與反饋來(lái)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(duì)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(dòng)控制。特別是隨著現(xiàn)代控制理論、智能控制理論以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,這種控制形式在高精度的、自動(dòng)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(gè)執(zhí)行缸跟蹤另一個(gè)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(jì)可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。控制元件1 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(shí)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(jì)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(gè)缸同時(shí)跟蹤理想輸入 原理圖如圖3 下半部分所示,對(duì)兩個(gè)執(zhí)行缸同時(shí)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(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(jì)專題論文6圖5 兩缸同時(shí)跟蹤理想輸入2) 分類按控制元件、反饋檢測(cè)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(jī)液伺服閥和電液伺服閥的同步回路:前者以機(jī)械方式將活塞位置誤差反饋給伺服閥,由伺服閥的隨動(dòng)調(diào)節(jié)流量,實(shí)現(xiàn)兩缸的同步;后者將活塞位置以電信號(hào)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(jià)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(chǎng)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(kāi)關(guān)式控制和電液伺服控制之間的控制方式,它能實(shí)現(xiàn)對(duì)液流壓力和流量連續(xù)地按比例地跟隨控制信號(hào)而變化,它的控制性能優(yōu)于開(kāi)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(qiáng),易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。適合于大功率及較高同步精度的場(chǎng)合。(3) 數(shù)字缸或模擬缸控制的同步回路 隨著自動(dòng)化控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,用數(shù)字信號(hào)控制的電液步進(jìn)液壓缸或模擬信號(hào)控制的電液伺服、電液比例液壓缸直接對(duì)缸實(shí)現(xiàn)位置或速度的同步控制。數(shù)字缸是一種機(jī)電液一體化控制元件,將缸與控制閥、檢測(cè)元件等集成為一體,直接用計(jì)算機(jī)的數(shù)字量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)缸的控制,其中的D/ A 轉(zhuǎn)換器通常用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移量輸出,由相同性能的兩套或一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)字缸可實(shí)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(dòng)位移與輸入電信號(hào)成比例。此類缸便于控制、體積小、動(dòng)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(kāi)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(lái)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(duì)執(zhí)行器的輸出進(jìn)行檢測(cè)與反饋來(lái)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(dòng)控制;③隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,控制元件與執(zhí)行器可實(shí)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(jì)專題論文7這是液壓控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì);④計(jì)算機(jī)控制的液壓同步控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)工作,加上先進(jìn)的控制器設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)同步回路及同步控制的液壓系統(tǒng)很多,各有其特點(diǎn)和應(yīng)用的場(chǎng)合。參考文獻(xiàn):[1 ] 馬永輝,等1 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算[M]1 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19951[2 ] 官忠范1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(第3 版) [M]1 北京:機(jī)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(jī)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(jī)械工業(yè)出版社,20001