运梁车液压支撑系统同步问题故障分析

余昌文 戴志兵

摘 要：运梁车设置四个顶升油缸支撑箱梁，通过控制四个液压油缸的回缩和顶升来实现运梁车驮运箱梁低位过隧道，高位喂梁的工况，四个油缸的同步性直接影响到驮梁的稳定性和安全性。结合杭黄项目HZY900运梁车设计的箱梁支撑液压系统，箱梁起升和下降过程中不同步的问题进行分析，通过讲述分流集流阀的使用特性来分析系统不同步的原因。并针对该液压系统提出一些改进措施。

关键词：液压系统;同步;分流集流阀

引言

目前随着液压技术的发展，液压系统作为先进的执行控制系统已经广泛的应用于工程机械行业中，其中同步控制系统是液压系统中常见的一部分，工程应用中，实现液压系统同步的方式很多，包括：节流调速同步系统、分流集流阀同步系统、比例同步系统等。设计阶段往往会根据系统的同步精度要求，綜合考虑系统的复杂程度以及成本来选择合适的同步控制方式。也经常出现同步控制达不到实际使用要求，而难以解决的状况。杭黄HZY900运梁车采用分流集流阀同步系统来实现四个油缸同步。

一、工程概况

杭黄项目HZY900运梁车驮运箱梁为实现低位过隧道，高位喂梁而设置的液压支撑系统。该液压系统设置四个油缸支撑箱梁，通过液压系统控制实现四个油缸起升下降的同步。现场四个油缸起升下降过程中，支撑箱梁的四个液压油缸出现速度缓慢，而且纵向两组油缸出现不同步的现象，不仅降低了施工效率，油缸不同步的问题对箱梁的驮运造成很大的安全隐患。通过对液压系统的分析，研究系统中分流集流阀的性能，对系统进行改进，适当提升系统的速度，将支撑油缸的不同步误差降低的措施来增强系统的安全性和效率。

分流集流阀也称：同步阀，是集液压分流阀、集流阀功能于一体的独立液压器件。是液压阀中分流阀，集流阀，单向分流阀，单向集流阀和比例分流阀的总称。同步阀主要是应用于双缸及多缸同步控制液压系统中。通常实现同步运动的方法很多，但其中以采用分流集流阀-同步阀的同步控制液压系统具有结构简单、成本低、制造容易、可靠性强等许多优点，因而同步阀在液压系统中得到了广泛的应用。

二、支撑液压系统原理

液压系统由4个油缸组成（YG–01、YG–02、YG–03、YG–04），YG–01和YG–03并联为一组，YG–02和YG–04并联为一组，每组工作油路上分别设置一个开关换向阀，可以单独调节一组油缸的动作。每个油缸的无杆腔设置了液控单向阀装置，控制油口直接从系统工作油口取油，并配有开关控制阀，当控制油口无压力油时，液压油缸的无杆腔依靠液控单向阀锁死，可防止油缸支撑箱梁停止状态下，油缸回缩。系统油路中设置了3个分流集流阀（JL–1、JL–2、JL–3），3套分流集流阀（采用TQ型分流阀，型号分别为一套TQ5P–A6，8和两套TQ4P–A5）将液压系统工作油路一分为四后，又将两组分流集流阀的出油口各堵死一个，然后分别给两组油缸供油，系统由三位四通电磁换向阀来实现支撑油缸的伸缩动作，当油缸顶升动作时，分流集流阀将系统压力油分为两股相等的输出分流量提供给两组油缸。液压系统动力由运梁车上2个力士乐产A11VO190开式泵提供动力，并设置单向节流阀控制系统总流量。

三、支撑系统故障分析

4个液压油缸支撑715t箱梁，执行顶升和下降动作时，油缸运行速度比较缓慢，走完一个工作行程后，第一组油缸的位移比第二组的位移多走了约100mm。存在较大的同步误差。同组油缸暂无明显的位移误差。

设计者的意图是想通过3套分流集流阀将系统油路一分为四，分别为四个油缸供油，后又将四个油缸合并为两组，并将系统堵死两个油口，分别给两组油缸供油。导致分流集流阀单个油口供油给两个油缸，油液流量供应减小一半，导致油缸速度明显不足。

系统的同步靠分流集流阀来实现。4个油缸两两并联，形成两组，系统采用3组分流集流阀完全可以由一个分流集流阀代替，分流集流阀使用时，具有一定的同步误差，3个分流集流阀组合很容易造成同步误差的累积，影响同步性能。系统两个分流集流阀的出油口各堵死一个，已经失去了分流的意义。

四、分流集流阀特点介绍

TQ型分流阀是一种流量自动调节装置，如图1所示为分流阀的职能符号，其最大工作压力Pmax=35MPa，通流量Qcn=200L/min，分流比1∶1，A、B、C口的实际流量分别为Q1、Q2、Q0，该阀很大程度上不受工作油口A与B的压力差别影响，将从C口流入的流量Q0，分为两股相等的输出分流量Q1和Q2，或者在相反的方向上，保持分流量Q1和Q2数值相等地汇合成合成流量Q0。

图3所示为等量分流阀的结构原理图，它可以看作是由两个串联减压式流量控制阀结合为一体构成的。该阀采用“流量–压差–力”负反馈，用两个面积相等的固定节流孔1、2作为流量一次传感器，作用是将两路负载流量Q1、Q2分别转化为对应的压差值ΔP1和ΔP2。代表两路负载流量Q1和Q2大小的压差值ΔP1和ΔP2同时反馈到公共的减压阀芯6上，相互比较后驱动减压阀芯来调节Q1和Q2大小，使之趋于相等。

五、影响分流集流阀精度的原因分析

（1）分流精度与阀的实际入口流量Q0有关，且Q0应不小于50%～100%Qcn，如果低于50%Qcn，则分流精度会降低。使用分流阀时，必须选择最接近的流量代号。

本系统借用运梁车系统动力源实现油缸动作，系统中采用了双单向节流阀控制系统流量。选用为两套TQ4P–A5和一套TQ5P–A6的分流阀组合实现同步，可通过如下方式得到分流阀实际通流流量：

已知：

箱梁重量：M3=715t

油缸缸筒内径：D3=360mm

活塞杆直径：d3=280mm

油缸行程：L3=650mm

系统额定压力：p3=28MPa

实际测得油缸顶升全行程所需时间为：t3=4min

计算：

油缸顶升速度：

系统压力：

单个油缸所需流量：

则分流阀TQ4p实际流量为：

分流阀TQ5p的实际流量为：

系统所选分流阀为两套TQ4P–A5和一套TQ5P–A6，8由下表可知两组阀的额定总流量分别为Qcn4p=120 L/min，Qcn5p=200 L/min。系统的实际入口流量即为分流阀TQ5P–A6，8的实际入口流量，单组油缸实际入口流量即为单个分流阀TQ4P–A5的实际入口流量。

由于Q4p<50%Qcn4p，而Q5p<50% Qcn5p，可以看出系统分流阀的选型与系统流量要求不匹配，对分流阀的分流精度影响很大。

（2）分流精度还与负载接口A与B之间的压力差有关。两者压力相等或者差别微不足道时，分流精度约在2%以内，两接口压力差增大时，分流精度误差随之增大。当压力差别在10MPa时，TQ4P–A5分流阀的分流精度约在2%～2.5%，TQ5P–A6，8分流阀的分流精度则高达5%～7%。

（3）分流阀将系统工作油路一分为二才能体现分流同步作用，将分流阀一个出口堵住使用，不仅失去分流阀的作用，起不到同步效果。

（4）分流閥的分流精度还受到液压油的压缩性、软管的膨胀以及要求同步的两工作油路的管路长短不一致有关。

（5）多个分流阀组合，由于分流阀精度不是很高，多个分流阀的组合精度会导致系统精度累积，同步性能大大降低。

六、液压支撑系统同步性能改进措施

要求保证支撑系统顶升速度v3=2.708mm/s不变。系统直接采用一个分流阀实现两组油缸的同步动作。根据前面分流阀通流流量的计算，结合表1可以选择分流阀的型号为：TQ4P–A5。该分流阀的额定流量Qcn4p=120L/min，满足实际系统流量Q4p=66.162L/min=（50%～100%）Qcn4p。同时需对单向节流阀的流量通过试验台调定，使单向节流阀的额定流量调整为66.162L/min。

由于采用分流阀实现同步，仍具有一定的同步误差，系统在每个油缸的无杆腔设置一个开关阀，当某个误差偏大时，可单独进行手动调节。

七、结论

结合以上分析，杭黄HZY900运梁车的支撑液压系统采用分流集流阀，其同步精度并不是很高。目前能实现较高同步精度的液压系统，需采用比例多路阀结合位移传感器来实现同步，该系统回路向对复杂，成本偏高。

参考文献

[1] HZY900运梁车使用说明书.