间歇负载液压缸同步措施的比较与分析

间歇负载液压缸同步措施的比较与分析铁道部山海关桥梁工厂　李志群　西南交通大学　许志沛

摘　要　针对大型液压起重机和液压举升装置中多液压缸协同负载动作的运动同步问题,结合新型液压举升装置和铁路救援起重机设计,提出从液压回路上保证液压缸同步的多种措施,并采用综合评判方法对这些措施在保证液压缸运动同步方面的作用和相互影响进行了比较、分析,明确指出应用这些措施合理、可靠的主要途径。

关键词　液压缸　同步　分析

1　概述

在大型液压起重机和许多液压举升装置中,多液压缸协同负载动作是比较常见的,如双液压缸变幅机构、双液压缸单级吊臂伸缩机构、多液压缸举升机构等。可是,多液压缸协同负载动作的运动同步一直是比较难解决的问题。虽然,从理论上讲,只要两个液压缸的活塞有效面积相同,输入流量也相同,它们之间应该做出同步运动。但是,实际上由于负载的不均、摩擦阻力的不等、泄漏量的不同和液压缸制造尺寸精度间的差异,都不可避免地会使液压缸间的运动不同步,易造成液压缸运动阻滞、速度不平稳和液压缸、被传动件偏载加剧等现象,严重的甚至导致液压缸或被传动件过早地毁坏。因此,系统地分析、比较负载不均下的多液压缸协同动作的措施,评判液压控制同步回路对多液压缸运动同步上的作用与相互影响,从中总结这些液压缸同步措施的适用性,将对于改进这类机构的液压回路设计,提高设计方案水平具有积极的意义。

因为本文所涉及的多液压缸协同动作的运动同步,是在彼此相同的液压缸,并在中高压、较大流量、间歇负载和单一液压泵源条件下使用所面临的问题,所以,下面所阐述的内容也就局限于上述条件范围内。

2　多液压缸协同动作的运动联系

大量的实际检验表明:当多液压缸协同负载动作出现液压缸间的运动不同步时,液压缸间有无机械联系所产生的运动不同步程度差异是较大的。

2.1　机械联系的多液压缸协同动作

液压缸间有机械联系的多液压缸协同动作可以靠这种联系的刚性作用,使超前运动的液压缸负载增加,摩擦阻力也相应变大,迫使其运动滞缓,偏载上升。反之,运动滞后的液压缸在机械联系的协迫作用下负载减少,摩擦阻力相应变小,拖拽其运动赶前。实际上,液压缸间的机械联系起了迫使液压缸间运动同步的作用。不过,机械联系保持液压缸间运动同步的精度取决于这种联系的刚性程度和液压缸的负载状况、几何构造尺寸与相互位置关系。

要达到一定的同步精度,单靠机械联系来实现有时是较为困难的,代价也是较大的,并且不能从根本上减少因同步引起的个别液压缸和机械联系偏载严重的现象。这其中要涉及到机械联系的相应刚度设计,依据液压缸的负载状况、几何构造尺寸与相互位置关系确定液压缸的偏载承受能力等方面的难题。而采用液压缸同步液压回路对达到较高精度的液压缸运动同步,从根本上减少因同步引起的个别液压缸与机械联系的偏载,以及降低解决液压缸同步问题的难度都可起到事半功倍的作用。

2.2　无机械联系的多液压缸协同动作

液压缸间无机械联系的多液压缸协同负载动作时,负载较小的液压缸因易于被推动而会获得较多液流供给,导致其运动超前。即使各液压缸获得液流供给一致,容油构造尺寸略小的液压缸也会运动超前。一旦不同步的现象出现而其它外界条件不变,则不同步的程度会加剧,并难以逆转。因此,在这种情况下要实现多液压缸同步就必须采用液压缸同步液压回路进行同步过程的调节或预先设定与定期校正。

3　较有有代表性的保证液压缸同步措施

在多液压缸液压系统中,同步液压回路可在较大程度上弥补上述原因引起的不同步,使两液压缸间基本上实现同步运动。

同步回路的控制方式一般有3种:容积控制、流量控制和伺服控制。其中伺服控制的同步精度最高,流量控制的同步精度次之。但是,伺服控制的同步液压回路所涉及的液压元件较精密、复杂,抗环境干扰能力弱,成本高。流量控制的同步精度已可以满足大型液压起重机和液压举升装置多液压缸协同负载下的同步要

24铁道标准设计 2000年12月第20卷第12期

求,而且它受负载变化的影响小,简单、紧凑,易维护,成本较低,获取的性价比较高,其不足主要是压力损失大,使液压系统效率下降,发热增加,不适于连续负载和低压的系统。因此,流量控制的液压缸同步液压回路广泛应用于大型液压起重机和液压举升装置中。

目前,在大型液压起重机和液压举升装置中多液压缸协同负载下的同步回路主要采用4种形式:分流阀控制、液控单向阀控制、可调单向节流阀控制和可调节流桥式单向阀组控制同步回路等(见图1)

。

(a )分流阀控制(b )

液控单向阀控制

(c )可调单向节流阀控制

(d )可调节流桥式单向阀组控制

1.换向阀;

2.平衡阀;

3.液压缸;

4.可调单向节流阀;

5.液控单向阀;

6.分流阀;

7.可调节流桥式单向阀组。

图1　同步回路形式

4　保证液压缸运动同步措施的比较与分析

从图1中可以看出:

(1)(a )和(b )为单向负载机构的液压缸同步回路,如起重机的双液压缸变幅机构,设置有平衡阀。这些回路具有负载方向调节液压缸同步和自动适应间歇负载、偏载调节液压缸同步的功能;

(2)(c )和(d )为具有双向调节液压缸同步功能的回

路,用于有同步要求的双向负载机构液压缸同步回路。其同步调节量须预先设定和定期校正,才能达到较好同步效果,且不适于间歇负载、偏载严重的场合;

(3)为减小阀类控制元件的规格,一般把同步回路

中的阀类控制元件置于液压缸的有杆腔油口处。

采用综合评判法可对影响图1所示的4种同步回路形式应用的诸因素做出初步的量化判定(见表1)。评价集为:

评价因子标准集　[F ]={优,良,一般,差}=

{f 1,f 2,f 3,f 4}={1.0,0.75,0.5,0.25}

权重子集　[A i ]={a i 1,…,a i 6}={0.4,0.1,…

0.05}

评价子集　[N i ]={a i 1n i 1,…,a i 6n i 6}式中　a i ——权重系数; n i ——评价因子。

表1　同步回路形式综合评判表

同步回路形式权重系数

分流阀控制液控单向阀控制可调单向节流阀控制可调节流桥式

单向阀组控制程度量值程度量值程度量值程度量值

同步精度0.401%～3%0.33%～6%0.23%

～6%0.20.1%

～

0.3%

0.40

成本0.10较高0.05一般0.075较低0.1高0.01复杂程度0.25高0.0625一般0.125较低0.25较高0.1875

间歇负载和偏载

0.15好0.15较好0.1125差0.0375一般0.075

系统损失0.05少0.05一般0.025较少0.0375多0.0125体积重量0.05较大0.025较小0.0375小0.05大0.0125合计1.00.63750.5750.6750.6975

从表1中可以看出:

(1)综合评判得分最高的是可调节流桥式单向阀

组控制的同步回路,得分最低的是液控单向阀控制的同步回路;

(2)各同步回路形式综合评判得分最大差值为平

均得分的19%;

(3)可调单向节流阀控制的同步回路综合评判得

分与最高分相差仅3.5%。

5　合理应用控制液压缸同步回路的主要途径

(1)要求同步精度较高的场合,可考虑可调节流桥

式单向阀组或分流阀控制的同步回路。

(2)要求成本低、同步精度一般的场合,可考虑液

控单向阀或可调单向节流阀控制的同步回路。

(3)要求适应间歇负载、偏载的场合,适于液控单

向阀或分流阀控制的同步回路。

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