液壓同步控制回路在煤礦機械液壓控制中的應用

李超

摘要：對液壓同步控制回路的原理做具體描述并闡述其優(yōu)缺點，有軌運輸和無軌運輸?shù)脑敿毧刂品绞酵ㄟ^工作原理及試驗結果來分析，并進一步探討升降臺快速轉換問題。

關鍵詞：液壓同步控制回路;煤礦機械液壓控制;應用

0? 引言

液壓控制技術已經被工程機械領域廣泛應用，液壓同步控制技術不僅也被應用到機械和工業(yè)領域，同步控制回路還是液壓控制技術的重要部分。部分煤業(yè)運輸體系，利用升降平臺來實現(xiàn)有軌和無軌運輸?shù)目焖俎D換，但是由于平臺負重的體積較大，再加上頂升的質量較重，且在運輸中要求保持高標準的一致性，所以單用一種執(zhí)行元件根本不能啟動負重，需要利用多種執(zhí)行元件來同步控制啟動負重。在實際運輸中，因液路阻力和液壓組件等是不相同的，如果使用普通的油路或閥件，會使油缸流量變成不等，還有平臺負載不均，導致油缸荷重最終的結果是不同的，比如，運行速度較快的荷重就較輕，而荷重較大的則運行速度相對較慢，這就使平臺升降出現(xiàn)快慢不協(xié)調的問題。這種后果可能會使油缸密封圈被損壞，進而破壞活塞桿發(fā)生變形或卡死，甚至發(fā)生平臺側傾進而導致負重跌落，出現(xiàn)嚴重的安全問題。如果運輸轉換時通過液壓同步控制回路就可以實現(xiàn)多個油缸升降保持同步，但液壓同步控制回路也有一定的弊端，必須根據(jù)實際平臺的具體工況做合理的選擇。

1? 概括液壓同步

在液壓設備尤其是比較大型的液壓設備，需要兩個及以上的油缸共同工作，并且需要保證油缸的速度一致，運動中位移相同，這就是所謂的液壓同步運動。同步運動有位置同步及速度同步。速度同步指不同液壓執(zhí)行元件的速度是相等的，位置同步指不同液壓執(zhí)行元件在運動過程中和完全停止時所處的位置都要保持一致。由此得出，位移同步一定包含了速度同步，速度同步則不能保證位移同步。同步精度是衡量同步運動好壞的重要指標，同步運動可以利用位置偏差或者進入油缸流量的分流偏差來體現(xiàn)。

2? 常見液壓同步回路的原理、優(yōu)點、缺點

液壓同步回路中常見的有五種，具體包括液壓比例、機械連接位置、分流集流閥、液壓同步馬達以及單向節(jié)流閥液壓等同步回路。

2.1 液壓比例同步控制回路

與其他同步控制回路相比，液壓比例同步控制回路精度較高，但系統(tǒng)內電氣控制系統(tǒng)限制了液壓比例同步控制回路的精度，如果想保證高精度的比例同步回路，就要更高的要求系統(tǒng)內的電氣控制系統(tǒng)，不僅如此，還會對執(zhí)行元件比如油缸等有一定的要求。對液壓比例同步回路來說，利用位移傳感器檢測位置誤差，所以位置同步的精度相對較高，比較容易控制雙向保持一致。在液壓比例同步回路中，按照不同的比例元件細分成三種，具體包括比例方向閥同步控制回路和比例調速閥同步控制回路以及比例變量泵同步控制回路，在實際中，需要根據(jù)具體情況來合理選取。

2.2 機械連接位置同步控制回路

機械連接位置同步回路是利用焊接等方式把大于或等于兩個的執(zhí)行元件連接起來，然后使不同執(zhí)行元件達到同步運動的目的。機械連接同步回路系統(tǒng)相對來說比較簡單，只需少量液壓元件就能工作，而且工作性能相對比較穩(wěn)定可靠。但必須保證負載荷重分布均勻，偏載不能太大，否則會因負重較大，導致執(zhí)行元件位移不同增大阻力，剛性連接時發(fā)生變形甚至發(fā)生活塞桿由于偏斜而被卡死。對同步精度要求不高而且負重分布比較隨意的工況比較適合用機械連接同步回路。平臺轉換中主要是為了幫助膠輪車實現(xiàn)快速轉場，在轉場中，膠輪車負重是隨時變換的狀態(tài)，并且負重分布情況也是不可預測的，同時由于油缸之間的距離較大，致使剛性連接不牢靠，所以無法控制不同運動的同步性。機械連接位置同步控制回路是一種同步運動回路，幫助不同的液壓執(zhí)行元件實現(xiàn)速度相同或者位移運動相等的回路。

2.3 分流集流閥的同步回路

分流集流閥簡單說就是一種將流量分流或集流的液壓閥，分流集流閥同步回路主要是控制液壓系統(tǒng)中多個執(zhí)行元件的速度使其同步。分流集流閥可以自測到負重壓力的變化，通過進出口壓力不同產生的壓差推動閥芯來回移動，調節(jié)節(jié)流口的大小，通過對節(jié)流口流量實施控制使其保持一致性，然后對不同執(zhí)行元件有效控制使它們保持同步運動。分流集流閥的同步回路不會因出口壓力分流發(fā)生變化受到影響，也不會被集流產生的進口壓力變化所影響，不僅可以承擔偏載帶來的壓力不均，還能夠同步控制執(zhí)行元件雙向的伸縮行程，并且保證較高的同步精度，使同步出現(xiàn)的誤差較小。分流集流閥的同步回路與其他同步回路相比，系統(tǒng)相對比較簡單，并且分流集流閥的市場價格相對較低，同時由于分流集流閥能夠自動反饋負重壓力，比較適用于負重隨時發(fā)生變化的工況。針對升降平臺的快速轉換，更加適合應用分流集流閥的同步回路。

2.4 液壓同步馬達同步回路

該同步回路采用兩個軸剛性連接的等排量液壓馬達為等流量分流裝置，換言之，兩個液壓馬達的排量相同且軸一樣提供液壓流是相同的，利用這種原理同步控制兩個或以上的執(zhí)行元件。一般情況下都會使用柱塞式同步液壓馬達或者齒輪同步液壓馬達，在這兩種液壓馬達中，柱塞式同步液壓馬達可以在不同負載情況下獲取高水準的同步精度且比齒輪馬達較高，而齒輪同步馬達可以在負載比較均衡下獲取高水準的同步精度。柱塞式同步馬達產生的噪音比較低，還具備較長壽命和高功率等優(yōu)點，并且基本不受負重變化的影響，缺點是抗污染能力比齒輪同步液壓馬達較差，工作轉速有限制。不管是柱塞同步馬達還是齒輪同步馬達，它們的同步誤差受以下因素的影響：比如，負載均衡情況、介質油溫度及粘度、同步馬達的實際轉速情況、系統(tǒng)的實際壓力水平、流量連續(xù)情況等。在實際中，需要根據(jù)具體情況采取適合的同步馬達達到控制同步目的。

2.5 單向節(jié)流閥液壓同步回路

單向節(jié)流閥液壓同步回路是利用對節(jié)流閥的過流截面積進行有效調節(jié)進而實現(xiàn)對不同執(zhí)行元件流量的有效控制，然后控制不同執(zhí)行元件輸出的速度相同，最終達到同步控制不同執(zhí)行元件的目的。單向節(jié)流閥液壓同步回路內部構造簡單只需投入少量成本就能實現(xiàn)對不同執(zhí)行元件的同步控制。但注意單向節(jié)流閥同步回路也是有缺點的，同步效果比較容易受自身功能的影響，如果溫度穩(wěn)定性較差或節(jié)流閥性能不好都會影響液壓同步回路的最終效果，如果同步性能的穩(wěn)定性不好，同步精度不符合標準，誤差越來越大的話，就需要調整節(jié)流閥，人為操作性較大，比較耗費人力。在平臺快速轉換作業(yè)的實際工況中，要求各執(zhí)行元件的同步精度較高，如果使用單向節(jié)流閥液壓同步回路就需要相關操作人員對節(jié)流閥做反復調整，這樣不僅增加了操作人員的工作強度，還使操作人員工作中面臨更多挑戰(zhàn)，如果操作失誤很可能就會發(fā)生安全事故，安全隱患風險較大。比如，在液控單向閥回路中無法及時打開，液控單向節(jié)流閥就不能同步，會導致單向閥控制的液壓缸速度運行不穩(wěn)定，引發(fā)安全問題。在快速轉換平臺，需要依據(jù)實際工況進行合理應用。

3? 有軌運輸和無軌運輸快速轉換平臺實現(xiàn)同步控制的原理

3.1 實現(xiàn)同步控制的工作原理

依據(jù)快速轉換平臺的具體工況，可以通過分流集流閥的同步回路同步控制不同的油缸。在液壓系統(tǒng)中定量液壓泵為其提供動力，溢流閥保證系統(tǒng)載重的穩(wěn)定功能，主回路中如果需要同步控制液壓分路的四個進油和出油方向就需要利用三位四通換向閥來實現(xiàn)，進而保證液壓缸中活塞桿伸縮的規(guī)律性，通過分流集流閥對油缸液壓油流量的有效調節(jié)，保證所有油缸位移速度的一致性。在平臺實際作業(yè)中，如果作業(yè)發(fā)生停止可以利用液控單向閥來有效防范突發(fā)事故的發(fā)生。見圖1。

3.2 分流集流閥同步控制回路試驗效果

針對設計的具體要求，對液壓泵、管路、不同執(zhí)行元件和閥組元件進行精確計算，同時按照一定的同步標準把它們連接起來做同步控制試驗。為了提高升降平臺同步的精準率，需要選用直徑相同的分流集流閥進出管路油管，并且還要使對稱管路的長度保持一致，同時還要使彎曲半徑保持相等。油缸回油管路中的油管直徑和長度也要保持一致，同樣需要保證它的彎曲半徑是相等的。

通過實際試驗得出，分流集流閥同步控制回路，不論是載重較大還是空載或者偏載，分流集流閥同步控制回路都能達到平臺實際的工況需求。由此可以得出，分流集流閥同步回路是有軌運輸和無軌運輸快速轉換平臺實現(xiàn)同步控制方法中較好的。

4? 結論

對于大型液壓設備來說，需要多個執(zhí)行器同時驅動然后共同負載同一液壓系統(tǒng)，由于液壓執(zhí)行元件不同，它們的制造質量也會有所不同，再加上摩擦力不同、負載不一以及構造不同等原因，如果讓各個執(zhí)行元件進行不同步運動，就會引發(fā)整個液壓設備不平穩(wěn)或者無法正常工作。同步控制回路很好的解決了上述問題，對進入部分或全部液壓執(zhí)行元件的流量通過技術手段進行改變使其達到同步目的，一般情況會把某一個液壓缸位置作為參照物，通過進入其他液壓缸的流量位置使之與參照物位置保持同步。

依據(jù)有軌運輸和無軌運輸快速轉換平臺實際工況需求來看，液壓同步控制技術是平臺實施同步控制的關鍵環(huán)節(jié)。本文介紹的幾種液壓同步控制回路中，分流集流閥同步回路的同步準確度比機械連接同步控制回路或單向節(jié)流閥液壓同步控制回路更加精準，從經濟方面來考慮，相比于液壓比例同步回路和同步液壓馬達同步回路，分流集流閥同步控制回路經濟適用性更強，同時由于其能夠自動反饋負重壓力，比較適用于快速轉換平臺工況的實際變化，對快速轉換平臺中工況同步的實際升降做到了有效控制，值得在煤礦機械液壓控制中推廣應用。

參考文獻：

[1]梁沙平.液壓同步控制回路在煤礦機械液壓控制中的應用[J].機械管理開發(fā)，2020，35（04）：147-148.

[2]陳晨.淺談幾種常見液壓同步控制回路及應用[J].河北農機，2020（03）：65-66.

[3]王才東，王立權，趙冬巖.多馬達液壓同步控制系統(tǒng)設計及試驗研究[J].機床與液壓，2013，41（11）：5-9.

[4]任大林.液壓同步控制系統(tǒng)控制方法及應用研究[D].沈陽工業(yè)大學，2009.