液压同步控制回路在煤矿机械液压控制中的应用

梁沙平

（山西煤炭进出口集团左云韩家洼煤业有限公司， 山西 大同 037100）

引言

液压控制技术已经被广泛应用于各种工程机械领域，液压同步控制回路是液压控制技术的重要组成部分。同样，液压同步控制技术也已经被广泛应用于工业生产、各类机械等诸多行业中。韩家洼煤业辅助运输系统中，有轨运输与无轨运输快速转换平台采用升降平台来实现，平台负载体积大，顶升质量重，采用单一执行元件无法驱动负载，需要同步控制多个执行元件来驱动负载，对同步性要求比较高。由于液压组件、液路阻力等不同，采用普通的阀件、油路，会造成流入各个油缸的流量不同，又因平台负载不均匀，导致各油缸所承受的载荷不同，承受载荷轻的运动速度快，承受载荷重的运动速度慢，进一步导致平台升降不同步。轻者会使油缸密封圈损坏，活塞杆变形卡死，重者会使平台侧倾负载滑落，造成安全事故。液压同步控制回路可以实现多个油缸升降的同步性，液压同步控制回路各有优缺点，需要根据本平台具体工况要求选取合适的同步回路。

1 几种常见的液压同步回路的原理及优缺点

常见的液压同步回路主要有机械连接式同步回路，单项节流阀液压同步回路，分流集流阀同步回路，同步液压马达同步回路，比例同步回路等。

1.1 机械连接式同步回路

机械连接式同步回路是通过构件的刚性连接或者焊接将两个或者两个以上的执行元件连接成一个整体，从而实现各执行元件的同步控制。该同步回路系统简单，所需液压元件较少，系统工作稳定。但对负载载荷的均匀分布要求高，当执行元件分担的负载偏差大，就会因各执行元件位移量不同导致阻力增大，刚性连接变形卡死。因此，该同步控制回路适用于同步精度要求不高，负载分布均匀的工况。快速转换平台主要是实现胶轮车快速转场，胶轮车的负载会不断变化，负载分布也在变化，而且四根油缸间距较大，刚性连接不可靠，无法实现同步控制。

1.2 单向节流阀液压同步回路

单向节流阀同步回路是通过调节节流阀的过流截面积来控制进入各执行元件的流量，从而控制各执行元件同速输出，来实现同步控制各执行元件。该同步控制回路结构简单，投入成本少，能够实现多个执行元件的同步。但该同步控制回路受自身性能的影响，温度的波动和节流阀性能都会影响同步效果，同步性能不稳定，同步精度较低，而且受误差累积的影响，需要对节流阀进行调整，自动化程度低。快速转换平台作业工况要求同步精度相对较高，而且频繁调整节流阀提高了对操作人员的要求，操作不当会出现安全事故，存在安全隐患。

1.3 分流集流阀同步回路

分流集流阀同步回路通过分流集流阀来实现同步。分流集流阀具有负载压力反馈功能，通过进出口压力差推动阀芯左右移动，从而调节可变节流口大小，通过固定节流口的流量相等，从而实现各执行元件的同步控制。该同步控制回路不受分流时出口压力的变化影响，也不受集流时进口压力变化的影响，既能承受偏载，又能实现执行元件伸缩行程的双向同步控制，而且同步精度较高，同步误差在1%～3%。与液压马达同步回路相比，分流集流阀同步回路系统简单，分流集流阀价格便宜，而且具有自动调节功能，适合于负载存在变化的工况。所以分流集流阀同步回路更适用于快速转换平台。

1.4 同步液压马达同步回路

同步液压马达同步回路采用同轴且排量相同的两个液压马达提供相等流量的液压流，从而实现两个或者多个执行元件同步控制。通常采用齿轮同步马达和柱塞式同步马达。相较齿轮同步马达，柱塞式同步马达同步精度高，而且受负载影响小，但一次性投入高。

1.5 比例同步回路

比例同步回路比前几种回路的精度都要高，但比例同步回路的精度受到系统内电气控制系统的制约，回路精度越高，对电气控制系统的要求越高。该同步回路设计要求高，对油缸等执行元件也有要求[1]。

2 有轨运输与无轨运输快速转换平台同步控制方案

2.1 工作原理

根据有轨运输与无轨运输快速转换平台实际工作工况，选用分流集流阀同步控制回路同步控制四个油缸来实现。如图1 所示。定量液压泵为整个液压系统提供动力，溢流阀防止系统过载，三位四通换向阀在主回路中同时控制四条液压支路的进出油方向，以确保液压缸活塞杆的伸出与收缩，分流集流阀调节进出四个油缸的液压油流量，使四个油缸保持位移同步。液控单向阀可以实现平台作业过程中间停止，避免突发事故。

2.2 试验效果

按照设计要求，计算选取液压泵、各阀组元件、管路及执行元件，并按同步回路要求连接起来进行试验。为提高平台同步精度，进出分流集流阀的管路选用直径相同的油管，而且对称的管路长度相等，同时控制弯曲半径相等。包括油缸回油管路也要选用直径、长度一样的油管，并保持弯曲半径相等。

试验证明，采用分流集流阀同步控制回路，在空载和重载及偏载的情况下，同步精度都能满足平台工况要求，工业试验如图2 所示。

3 结论

根据有轨运输与无轨运输快速转换平台工况要求可知，平台同步控制是其关键技术。对比几种同步控制回路，分流集流阀同步控制回路同步精度高于机械连接式同步回路和单向节流阀液压同步回路，同时比同步液压马达同步回路和比例同步回路更经济适用，理论和实践证明，分流集流阀同步控制回路解决了快速转换平台工况同步升降问题，是一项具有推广意义的技术。

图1 四缸同步控制液压回路

图2 快速转换平台工业试验