液壓同步控制回路在煤礦機(jī)械液壓控制中的應(yīng)用

梁沙平

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云韓家洼煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

液壓控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種工程機(jī)械領(lǐng)域，液壓同步控制回路是液壓控制技術(shù)的重要組成部分。同樣，液壓同步控制技術(shù)也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、各類機(jī)械等諸多行業(yè)中。韓家洼煤業(yè)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中，有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)采用升降平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)負(fù)載體積大，頂升質(zhì)量重，采用單一執(zhí)行元件無(wú)法驅(qū)動(dòng)負(fù)載，需要同步控制多個(gè)執(zhí)行元件來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，對(duì)同步性要求比較高。由于液壓組件、液路阻力等不同，采用普通的閥件、油路，會(huì)造成流入各個(gè)油缸的流量不同，又因平臺(tái)負(fù)載不均勻，導(dǎo)致各油缸所承受的載荷不同，承受載荷輕的運(yùn)動(dòng)速度快，承受載荷重的運(yùn)動(dòng)速度慢，進(jìn)一步導(dǎo)致平臺(tái)升降不同步。輕者會(huì)使油缸密封圈損壞，活塞桿變形卡死，重者會(huì)使平臺(tái)側(cè)傾負(fù)載滑落，造成安全事故。液壓同步控制回路可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)油缸升降的同步性，液壓同步控制回路各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)本平臺(tái)具體工況要求選取合適的同步回路。

1 幾種常見的液壓同步回路的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

常見的液壓同步回路主要有機(jī)械連接式同步回路，單項(xiàng)節(jié)流閥液壓同步回路，分流集流閥同步回路，同步液壓馬達(dá)同步回路，比例同步回路等。

1.1 機(jī)械連接式同步回路

機(jī)械連接式同步回路是通過構(gòu)件的剛性連接或者焊接將兩個(gè)或者兩個(gè)以上的執(zhí)行元件連接成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行元件的同步控制。該同步回路系統(tǒng)簡(jiǎn)單，所需液壓元件較少，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。但對(duì)負(fù)載載荷的均勻分布要求高，當(dāng)執(zhí)行元件分擔(dān)的負(fù)載偏差大，就會(huì)因各執(zhí)行元件位移量不同導(dǎo)致阻力增大，剛性連接變形卡死。因此，該同步控制回路適用于同步精度要求不高，負(fù)載分布均勻的工況。快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)主要是實(shí)現(xiàn)膠輪車快速轉(zhuǎn)場(chǎng)，膠輪車的負(fù)載會(huì)不斷變化，負(fù)載分布也在變化，而且四根油缸間距較大，剛性連接不可靠，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步控制。

1.2 單向節(jié)流閥液壓同步回路

單向節(jié)流閥同步回路是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的過流截面積來(lái)控制進(jìn)入各執(zhí)行元件的流量，從而控制各執(zhí)行元件同速輸出，來(lái)實(shí)現(xiàn)同步控制各執(zhí)行元件。該同步控制回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投入成本少，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)執(zhí)行元件的同步。但該同步控制回路受自身性能的影響，溫度的波動(dòng)和節(jié)流閥性能都會(huì)影響同步效果，同步性能不穩(wěn)定，同步精度較低，而且受誤差累積的影響，需要對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)整，自動(dòng)化程度低。快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)作業(yè)工況要求同步精度相對(duì)較高，而且頻繁調(diào)整節(jié)流閥提高了對(duì)操作人員的要求，操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)安全事故，存在安全隱患。

1.3 分流集流閥同步回路

分流集流閥同步回路通過分流集流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。分流集流閥具有負(fù)載壓力反饋功能，通過進(jìn)出口壓力差推動(dòng)閥芯左右移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)可變節(jié)流口大小，通過固定節(jié)流口的流量相等，從而實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行元件的同步控制。該同步控制回路不受分流時(shí)出口壓力的變化影響，也不受集流時(shí)進(jìn)口壓力變化的影響，既能承受偏載，又能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件伸縮行程的雙向同步控制，而且同步精度較高，同步誤差在1%～3%。與液壓馬達(dá)同步回路相比，分流集流閥同步回路系統(tǒng)簡(jiǎn)單，分流集流閥價(jià)格便宜，而且具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，適合于負(fù)載存在變化的工況。所以分流集流閥同步回路更適用于快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)。

1.4 同步液壓馬達(dá)同步回路

同步液壓馬達(dá)同步回路采用同軸且排量相同的兩個(gè)液壓馬達(dá)提供相等流量的液壓流，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或者多個(gè)執(zhí)行元件同步控制。通常采用齒輪同步馬達(dá)和柱塞式同步馬達(dá)。相較齒輪同步馬達(dá)，柱塞式同步馬達(dá)同步精度高，而且受負(fù)載影響小，但一次性投入高。

1.5 比例同步回路

比例同步回路比前幾種回路的精度都要高，但比例同步回路的精度受到系統(tǒng)內(nèi)電氣控制系統(tǒng)的制約，回路精度越高，對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求越高。該同步回路設(shè)計(jì)要求高，對(duì)油缸等執(zhí)行元件也有要求[1]。

2 有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)同步控制方案

2.1 工作原理

根據(jù)有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)實(shí)際工作工況，選用分流集流閥同步控制回路同步控制四個(gè)油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖1 所示。定量液壓泵為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，溢流閥防止系統(tǒng)過載，三位四通換向閥在主回路中同時(shí)控制四條液壓支路的進(jìn)出油方向，以確保液壓缸活塞桿的伸出與收縮，分流集流閥調(diào)節(jié)進(jìn)出四個(gè)油缸的液壓油流量，使四個(gè)油缸保持位移同步。液控單向閥可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)作業(yè)過程中間停止，避免突發(fā)事故。

2.2 試驗(yàn)效果

按照設(shè)計(jì)要求，計(jì)算選取液壓泵、各閥組元件、管路及執(zhí)行元件，并按同步回路要求連接起來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。為提高平臺(tái)同步精度，進(jìn)出分流集流閥的管路選用直徑相同的油管，而且對(duì)稱的管路長(zhǎng)度相等，同時(shí)控制彎曲半徑相等。包括油缸回油管路也要選用直徑、長(zhǎng)度一樣的油管，并保持彎曲半徑相等。

試驗(yàn)證明，采用分流集流閥同步控制回路，在空載和重載及偏載的情況下，同步精度都能滿足平臺(tái)工況要求，工業(yè)試驗(yàn)如圖2 所示。

3 結(jié)論

根據(jù)有軌運(yùn)輸與無(wú)軌運(yùn)輸快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)工況要求可知，平臺(tái)同步控制是其關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)比幾種同步控制回路，分流集流閥同步控制回路同步精度高于機(jī)械連接式同步回路和單向節(jié)流閥液壓同步回路，同時(shí)比同步液壓馬達(dá)同步回路和比例同步回路更經(jīng)濟(jì)適用，理論和實(shí)踐證明，分流集流閥同步控制回路解決了快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)工況同步升降問題，是一項(xiàng)具有推廣意義的技術(shù)。

圖1 四缸同步控制液壓回路

圖2 快速轉(zhuǎn)換平臺(tái)工業(yè)試驗(yàn)