一种补偿的双杆串联液压缸新同步回路

在液压系统中，使两个或多个液压缸在运动中保持相对位置或速度不变的回路称为同步回路。

在多缸液压系统中，往往由于液压缸负载、摩擦阻力、泄漏、制造精度、结构变形以及油液中的含气量等因素的差异而不能使串联的液压缸保持同步，性能良好的液压回路要尽量克服或减少这些因素的不良影响。

有关带补偿措施的串联液压缸同步回路，很多研究工作者对其进行了研究与改进。

长沙大学汪大鹏做了开创性的工作，提出了几种单杆串联液压缸带补偿措施的新同步回路，采用单向阀、单向阀和顺序阀、在液压缸端盖和活塞上装单向阀来消除误差，但这几种同步回路只能在液压缸下行时消除误差，反向则不行。

汪大鹏又提出了双杆串联液压缸的同步回路的补偿措施，采用单向阀、单向阀与顺序阀以及在活塞上装单向阀来消除误差。

这几种补偿措施虽然可以消除双向误差，但需要在液压缸和活塞上另外加工油孔，不仅使液压缸加工工序和造价增加，而且由于油孔的存在，易产生应力集中，影响液压缸和活塞寿命，特别是活塞受其影响较大。

另外由于使用多个单向阀，连接比较复杂。

本文提出了几种新的带补偿装置的双杆串联缸同步回路，可以免去加工油孔及其带来的不良影响，消除误差更准确、及时，而且价格也不贵。

2 现有的单杆串联缸同步回路
教材上提到一种带补偿装置的串联缸同步回路，如图1a所示，其工作原理简介如下。

图1 同步回路工作原理
2个串联的液压缸5和6，有效工作面积相等而使进出流量相等，理论上升降可同步，实际上产生的误差都可在每一个下行运动中消除。

例如，当1Y通电，三位四通电磁换向阀2左位接人回路，液压缸5和6活塞同时下行，如果缸5活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关1S，1S给三位四通电磁换向阀3发信号，使电磁铁3Y通电，换向阀3左位接人回路，压力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔，进行补油，使其活塞继续下行到达行程端点，积累误差便可消除。

如果缸6活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关2s，2S给三位四通电磁换向阀3发信号，使电磁铁4Y通电，换向阀3右位接人回路，由于缸6先到达行程端点，遇到阻力，缸5上腔油压升高，高压油便进人液控单向阀4的控制腔，打开阀4，缸5下腔便与油箱接通，使其活塞继续下行到达行程端点，从而消除积累误差。

已有的这种同步回路的缺点是只能在液压缸下行时消除误差，上行时则不行，作者针对这种回路进行了改进，使液压缸双向都可消除误差。

3 对单杆串联缸同步回路的改进
针对图1a我们进行了改进，图1b和图1c是改进后的新同步回路，它们不仅克服了图1a中回路上行不能消除积累误差的缺点，而且结构简单，连接方便。

3．1 采用两三位四通电磁换向阀对称连接的同步回路(1)图1b是新的带补偿装置的两缸双杆串联缸同步回路，与图la相比，保持了原有的液控单向阀和换向阀，增加了两个行程开关3S、4s和一个三位四通电磁换向阀5，使换向阀4和5对称水平放置，其工作原理如下。

如当1Y通电，三位四通电磁换向阀2左位接人回路，液压缸6和7活塞同时下行，如果缸6活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关1S，1S给三位四通电磁换向阀3发信号，使电磁铁4Y通电，换向阀3左位接入回路，压力油便不再经过缸6，而是经换向阀3和液控单向阀5进入缸7上腔，进行补油，使其活塞继续下行到达行程端点。

下行中积累误差即被消除。

如果缸7活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关2s，2S给三位四通电磁换向阀3发信号，使电磁铁3Y通电，换向阀3右位接入回路，由于缸7先到达行程端点，遇到阻力，缸6上腔油压升高，高压油便进入液控单向阀5的控制腔，打开阀5，液压油便由缸6下腔，经过液控单向阀5流回油箱，下行中积累误差即被消除。

如果换向阀2换向，2Y通电，右位接人回路，液压缸6和7活塞同时上行，如果缸6活塞先到达行程端点，则挡块顶起行程开关3s，3s给换向阀4发信号，使电磁铁5Y得电，换向阀4右位接人回路，压力油液压英才网用心专注、服务专业
进入液控单向阀5的控制腔，打开阀5，缸7上腔与油箱接通，使其活塞继续上行到达行程端点，上行时积累误差即被消除。

如果缸7活塞先到达行程端点，则挡块顶起行程开关4s，4s给三位四通电磁换向阀4发信号，使电磁铁6Y通电，换向阀4左位接人回路，压力油经换向阀4和液控单向阀5进入缸6下腔，进行补油，使其活塞继续上行到达行程端点。

上行时积累误差即被消除。

(2)对图1b进行优化，去掉液控单向阀5，分别堵住换向阀3、4的一个阀口后结构如图1c所示，换向阀3和4就变为三位三通电磁换向阀，该结构也可实现双向误差补偿，而且结构更简单，连接更方便。

其原理与图1b原理基本相同，此处不再赘述。

3．2 采用二位二通电磁换向阀的同步回路
针对图l a进行改进，还有一种采用两二位二通电磁换向阀对称连接的同步回路，其结构如图2a所示，该回路与图1C相似，就是把图1c的三位四通电磁换向阀3、4分别换成图2a中的二位二通电磁换向阀3和4，该回路不仅可以进行双向误差补偿，而且原理和结构比图1C中的更简单，更重要的是可以应用到多缸液压系统中。

图2 新同步回路工作原理
(1)采用两二位二通电磁换向阀对称水平放置的双缸串联同步回路，其工作原理如下：
当1Y通电，三位四通电磁换向阀2左位接入回路，液压缸5和6活塞同时下行时，如果缸5活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关1S，1S给换向阀3发信号，使电磁铁3Y通电，换向阀3左位接人回路，压力油经换向阀3进入缸6上腔，进行补油，使其活塞继续下行到达行程端点。

下行中积累误差即被消除。

如果缸6活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关2s，2s给换向阀3发信号，使电磁铁4Y通电换向阀4左位接人回路，缸5下腔通过阀4与油箱接通，使其活塞继续下行到达行程端点，下行中积累误差即被消除。

在液压缸5和6都到达行程端点后，启动电源开关，使行程开关1s、2s断电，两换向阀3和4复位，都处于右位，准备反向。

当2Y通电，三位四通电磁换向阀2右位接人回路，液压缸5和6活塞同时上行时，如果缸5活塞先到达行程端点，则挡块顶起行程开关3s，3s给换向阀3发信号，同样使电磁铁3Y通电，换向阀3左位接人回路，缸6上腔通过阀3与油箱接通，使其活塞继续上行到达行程端点，上行中积累误差即被消除。

如果缸6活塞先到达行程端点，则挡块顶起行程开关4S，4s给换向阀4发信号，同样使电磁铁4Y通电，换向阀4左位接入回路，这样压力油就不经过液压缸6，而是经换向阀4进入缸5下腔，进行补油，使其活塞继续上行到达行程端点，上行中积累误差即被消除。

由此来看，在该回路中，对于液压缸的双向补油或排油都是接通换向阀左位实现的，即在液压缸活塞升降过程中，无论哪个活塞先到达行程端点，都是使相对应的阀左位接人系统，代替液压缸接通油路进行补油或排油。

图2a与图1b和图1c不同的是，图1b和图1c中换向阀3和4接人左位，进行补油，接入右位进行排油；图2中换向阀3和4接人左位既可补油也可排油，而且价格更便宜。

(2)图2b和图2c分别是采用二位二通电磁换向
阀对称水平放置的三缸、四缸同步回路，都可实现双向误差补偿。

图2b和图2c的工作原理如下。

当1Y通电，换向阀2左位接人回路时，所有液压缸活塞同时下行，若有一个液压缸先到达行程端点，则挡块会压下相应的行程开关，是相对应的换向阀左位接入回路，代替与之对应的液压缸接通油路，压力油便不经过此缸，而是由液压泵或前面液压缸的下腔、左位接人回路的换向阀进入下一个液压缸上腔或油箱，进行排油或补油，使其活塞继续下行到达行程端点，消除积累误差。

例如，图2c中缸8先到达行程端点，挡块压下行程开关2s，2s给相对应的换向阀4发信号使4Y通电，换向阀4处于左位，液压油由缸7下腔通过换向阀4进入缸9上腔，而不再经过缸8。

如有2个或3个缸先后到达行程端点，其工作原理与之相同，相信读者可自行分析，这里不再进行分析。

3．3 新同步回路的优缺点
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(1)新同步回路使用了价格便宜的三位四通电磁换向阀和二位二通电磁换向阀，可避免在缸筒和缸盖上开油孔，减少加工工序，从而可避免油孔带来的应力集中问题，延长了液压缸的使用寿命；
(2)新同步回路可双向补偿同步误差，而且补偿及时，同步精度高，所用元件较少，连接简单，还可用于多缸液压系统中；
(3)活塞运动到位后，泵可卸荷，缸可释压，降低了能耗，提高了效率；
(4)由于滑阀的运动存在一个“死区”，这多少影响补偿的速度，所以新同步回路适宜用在同步精度高的回路上。

如果同步精度要求非常高，那就要把滑阀阀芯换成球形阀芯，因为球形阀芯的运动不存在死区，控制精度高，但价格要比滑阀阀芯高很多。

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