机械同步在液压系统中的应用

摘 要：在液压系统的应用中，当需要多液压缸同步工作时，在满足本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。如圖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。

参考文献

[1] 刘仕平.液压与气压传动[M].郑州：黄河水利出版社.2003.

[2] 路甬祥，胡大汯等.电液比例控制技术[M].北京：机械工业出版社.1988.