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摘 要：在液压系统的应用中,当需要多液压缸同步工作时,在满文所列出的几点特点的情况下,可采取机械同步的方法,使用这种方法的液压系统,成本低廉,结构简单,安全可靠,同步效果较好.
关 键 词 ：液压缸并联；摆转运动；结构件刚性
中图分类号：TH13 文献标识码：A
一、概述
在液压系统的应用中,有很多时候需要保证多个并联的液压执行元件的同步性.在系统设计过程中,使多个并联的执行元件同步的方法有很多种,如：用分流阀或同步马达分配流量、用同步液压缸来保证流量相等等.这些方法有的同步效果不理想,出现误差难以消除,有的系统较为复杂,还有的成本较高.本文将要介绍一种较为常见、系统简单、成本低廉的同步控制方法,那就是机械同步.
二、基本原理
众所周知,水往低处流,相同道理,在液压系统中,液压油会优先流向压力低的地方.机械同步就是基于这个原理来实现同步控制的.如图1所示,件1为结构件,可绕销轴2旋转,两支并联的液压缸3共同驱动件1,当液压缸伸出或缩回时,由于两液压缸的管路自由联通,又由于件1具有刚性,所以两液压缸的动作必然会同步,这是机械同步的最基本的应用.
三、典型应用
1平移运动时多液压缸同步
当多液压缸共同驱动一结构件做平移运动,而不是做摆转运动时,就要用到机械同步的特殊应用.如图2a所示,结构件有足够的刚度,在六支液压缸的驱动下做平移运动,如果按照机械同步的常规方法设计液压系统,将所有液压缸并联,液压管路自由串通,由一片换向阀来控制液压缸的动作.由于结构件各部位摩擦力不同,不同液压缸的管路阻力也不同,结构件会出现2b或2c所示的整体倾斜的现象,但这个时候有一个特点：六支液压缸的伸缩量呈现等差数列依次变化,即液压缸的杆端呈一条直线,这是由结构件的刚度来决定的.如果利用这一特点,同时将六支液压缸由中间分成两组,每边的三支为一组并联起来由一片换向阀来控制,这样两片换向阀共同控制六支液压缸,同时在两组液压缸的总油路中加设节流阀,这样就可以通过节流阀来调节两组液压缸的速度,从而实现两组液压缸即六支液压缸的同步.在这里,也可以用同步阀或分流马达来分配两组液压缸的总流量,同样可以达到六支液压缸同步的效果.
2摆转运动时多液压缸同步
当多液压缸共同驱动一结构件做摆转运动,但结构件的刚度不够或者有一定的弹性时,也要用动机械同步的特殊应用.如图3a所示,件1为钢模板,总长度为40米,在6支液压缸3的驱动下绕销轴2旋转.虽然模板1有一定的刚度,但在长度方向有很大的弹性,可以有很大的弹性变形量.如果按照机械同步的常规方法设计液压系统,将所有液压缸并联,液压管路自由串通,由一片换向阀来控制液压缸的动作,6支液压缸将会有很好的同步效果.但在施工过程中当模板的一端被外物卡着或者蹭着,则模板将会发生弹性变形而出现整体倾斜,6支液压缸也将自动适应模板而失去同步效果.这时,如果能够让模板自由端的液压缸锁定不动,只让被卡端的液压缸动作,则可消除整体倾斜的现象.如图3b所示的液压系统即可达到这样的效果,将6支液压缸分为左右两组,每组3支液压缸并联由一片换向阀来控制,同时将两组液压缸用带有高压球阀4的管路并联起来.当模板自由旋转时,将高压球阀打开,6液压缸并联,形成基本的机械同步.当模板一端被卡时,将高压球阀关闭,单独动作被卡一端的3支液压缸,液压缸驱动模板克服被卡的阻力,追回与自由端的行程差.采用这种控制系统,还可以纠正因加工误差而出现的模板自身的变形.
四、机械同步不可使用的典型情况
有些多液压缸共同驱动一结构件的情况是不能使用机械同步的.如图4a所示,两液压缸共同举升一平台,尽管平台具有很强的刚度,这种情况还是不能使用机械同步的,因为一旦两液压缸并联,管路自由串通,由于重心不可能在两液压缸的正中间,平台必然会一端下降,将液压缸中的油液压向另一端而使另一端上升,从而使平台出现倾斜,甚至会有危险情况发生.如果是多缸共同举升同一平台,可按图4b所示,将多支液压缸分为三组,由三片换向阀分别控制,每组的多支液压缸分别并联,每组多支液压缸之间为机械同步.把每组液压缸看作一点,由于三点确定一面,平台可通过三点调平.
结语
上述为较常见、较典型的多液压缸同步系统,一定要认清构件的运动特点和想要达到的效果,以及构件有几个约束.当需要用机械同步时,一定要认清运动构件是否具备以下两点：1、构件具有足够的刚度；2、构件做摆转运动.同时多驱动液压缸的管路一定要并联,且油路自由串通,并联管路上不能有任何起单向阀作用的元件.只有认清构件的运动特点,抓住机械同步的要点,在采用机械同步的方法时才能取得事半功倍的效果.