高性价比多缸同步问题的探讨

季铮越

摘要：针对多缸同步方法分析与探讨，比较开环同步和闭环同步等方法的优缺点，实现多同步方式的综合应用，从高性价比的角度提出小型系统多缸同步可行方案。

关键词：多缸同步；半闭环控制；抗衡阀；自调同步阀

目前随着控制理论和和微电子技术的突飞猛进，神经网络自适应算法、相关学习算法、比例积分算法和模糊控制器在大型液压同步系统中得以充分应用，但是对于控制精度要求不高和预算紧张的中小型液压系统，机械同步结合液压回路同步方案则是高性价比和高可靠性的不二选择。

1.机械强制同步

机械连接同步方式是同步精度要求不高时最经济的方法，而且也是最可靠和最原始的同步方式，如图1。但由于属于被动同步，所以不但消耗了大量的无用功，而且抗偏载不强对机械结构的损耗也相当可关。尤其在其中一个执行器卡死的情况下，强制连接的机械结构可能受到液压执行器的作用力F=Pmax·S，在系统安全阀未动作的瞬间，机械系统所承受破坏力甚至可达到液压系统崩溃前的最大输出。我厂就出现过钢结构桁架变形达结构尺寸0.1的严重后果。

2.液压回路同步

流量控制是液压同步的基本原理，因此流量阀、同步马达和同步分流器是同步回路中的主要执行元件。本文结合本厂实际应用情况对几种典型的液压同步回路应用进行分析和探讨。

2.1.节流同步回路和自平衡同步回路

2.1.1节流调速同步系统是流量控制的基本手段，该系统广泛应用于对同步精度要求不高的场合，故我厂最初也使用最简单的节流同步系统，原理见图2。然而由于单向节流阀既没有压力补偿，也没有温度补偿，在油液压力脉动和升温情况下流量分配变化，而且节流阀开度确定后，当系统工况改变时其同步效果改变。

2.1.2由于节流阀一旦调整完毕执行器速度就被确定，而我厂液压设备的负载是变化的，为了对系统进行负载控制，故我厂在公共油路上设置了平衡阀，系统同时应用了自平衡同步回路，如图3。然而由于公共管道较长自动平衡阀距离执行器都很远，故负载控制效果滞后，同步效果有限。

2.2.串联缸同步回路

我厂使用液压设备对同步精度要求最高、负载工况最复杂的是一对双齿条式180℃回转摆动缸，由于该缸的作动器实际为2个等面积无杆双作用直线缸，所以同步摆动缸的最简单方式就是4缸串联（摆动缸本身双缸串联，再将成对摆动缸串联）。

然而这种方法带来很多问题：

2.2.1串联油缸一个无法回避的问题就是损耗功率，双齿条摆动缸提供的功率瞬间降低约0.6左右，无法满足系统功率要求；

2.2.2油缸及系统的内泄漏问题导致油缸同步不可靠，响应也比较慢；

2.2.3同步执行器相距甚远且距离不对称分布，由于油管长短相差太大、管内油液的可压缩性及氧化产物作用（含水、空气及胶质等杂质）和系统压力脉动、温升及油路受振动变形等环境变量导致同步不可靠；

2.3.同步马达和同步分配器同步回路

摆动缸同步回路流量很大，大流量同步回路普遍采用的同步马达回路，如图6。该回路采用相同结构和相同排量的液压马达作为等流量分流元件，调速阀、单向阀和多个溢流阀调整支路流量和压力，其同步精度比节流控制更高，但由于一般要用容积效率较高的柱塞式马达所以费用较高。

2.4.分流集流同步回路和互锁负载控制

在小流量同步回路中分流集流阀经常使用，双齿条摆动缸的结构形式特殊（具有4个等有效面积的无杆腔）。本厂试验多次后小流量系统采用同步阀（分流集流阀）回路同步，而双摆动缸回路则使用双抗衡阀实现负载同步控制。

同步阀回路适用于小流量同步回路，分流集流阀结构简单，体积小，重量轻，对负载变化也不敏感，如SUN品牌的固定式同步阀同步精度就能达到最大流量时50%±2.5%、最小流量50%±4.5%；而由于本厂设备负载是交变和脉动的，显然固定式同步阀已不足以满足要求，故我厂选用了ZEUS品牌自调式分流集流阀同步精度达1%～3%。

2.5.蓄能器在同步回路中的作用

其实，蓄能器同步作用并不明显，仅在系统已存在较可靠的被动同步和负载同步的情况下起到补偿流量和稳定压力的作用。但是蓄能器的辅助作用在流量变化大、油液方向频繁改变的情况下非常明显，对同步系统起到重要的作用（保证系统稳定运行、改善其动态品质、降低其噪声和提高其寿命等），故我厂在系统载荷交变的情况下使用了NXQ型囊式蓄能器，当然其充气压力和容积都是根据流量变化频率和幅度、执行器同步和响应精度、压力变化区间、油液流向变化频率及冲击性质等计算出来的。

3.结束语

综上所述，本厂工况最复杂、同步精度要求最高的液压系统使用的是机械同步+分集流阀同步+平衡阀同步。毫无疑问，机械同步是最可靠和高精度的被动同步，但其耐偏载能力有限且会使执行器出现磨损。而分集流阀同步是最常用的主动同步，尤其自调式同步阀同步效果相当明显，当然其对负载荷的响应就不那么及时了。因此，可调平衡阀对负载控制比较有优势，故我厂综合使用双平衡阀并辅以传感器+PLC+无泄漏阀的机制进行反馈。同步回路的经典应用还有很多种方案，但上述的半闭环控制方案确实是我厂摸索出的一套比较高性价比同步方案，而且应用该方案的若干系统已正常投入使用。

参考文献：

[1]杨世祥.自调式同步阀.

[2]上海立新液压有限公司样本.

[3]橡达油压机械（上海）有限公司产品说明（美国SUN）.

[4]上海其胜设备配件有限公司样本（Kinsson）.

[5]天津优瑞纳斯液压机械有限公司樣本.

[6]长春市黎明液压机电厂样本（ZEUS）.

[7]油研工业公司样本.

[8]Yuken.公司培训资料.液压与应用.

[9]刘新德.袖珍液压气动手册-2版. 北京.机械工业出版社， 2004.

[10]屈圭.液压与气压传动.北京.机械工业出版社，2002.