液压系统同步回路的设计

摘
要：通过对液压系统中同步回路的分析，介绍了各种同
步回路设计时的优缺点及设计的改进措施，以便根据具体情况选择合适同步回路。

关键词：液压系统；同步回路；串联缸；节流阀；分流阀
1前言
在液压系统设计中，要求执行机构动作同步的情况较多，设计人员通常采用节流调速、串联液压缸、分流阀及同步马达等一系列方案来实现。

由于在设备制造和运行中存在一系列内在和外在因素，如泄露、制造误差、摩擦和阻力等问题，使同步回路在应用时获得的同步效果有差异，这就要求在方案设计时针对不同工况选择不同的同步回路。

下面介绍一些常用的同步回路设计方法，为设计人员合理地选择同步回路提供参考。

2
同步回路的设计
2.1
液压缸机械结合同步回路
图1中回路由两执行油缸和刚性梁组成，通过
刚性梁联接实现两缸同步。

图2中回路由两执行油缸、齿轮齿条缸组成，通过齿轮齿条将两缸联接在一起，从而实现同步。

两液压回路液压缸的同步都是靠机械结构来保证的，这种回路特点是同步性能较可靠，但由于油缸的受力有差别时硬性的机械作用力可能对油缸有所损伤，同时对机械联接的强度要求有所增加。

在实际应用上，我公司生产的6000t/h 堆取料机，其大臂俯仰油缸就是采用机械刚性联接实现同步的，满足了油缸同步的要求。

2.2
串联液压缸同步回路
图3中回路由泵、溢流阀、换向阀及两串联缸组成，要求实现两串联缸同步。

实现此串联液压缸同步回路的前提条件是：必须使用双侧带活塞杆的液压缸，或者串联的两油腔的有效作用面积相等，这样根据油缸速度为流量与作用面积的比值，油缸
的速度才能相同。

但是，这种结构往往由于制造上的误差、内部泄露及混入空气等原因而影响其同步
性。

对于负载一定时，
需要的油路压力要增加，其增加的倍数为其所串联的油缸数。

为了补偿因为泄露造成的油缸不同步问题，在设计同步回路时可以采用带补油装置的同步回路，见图4。

图4中回路较图3增加了液压锁和控制液压
锁打开的换向阀，这条油路的增加可使两串联缸更好地实现同步。

同样，缸Ⅰ的有杆腔A 和缸Ⅱ的无杆腔B 的受力面积相同。

在工作状态，活塞杆伸出
液压系统同步回路的设计
大连华锐股份有限公司液压装备厂王经伟
重工与起重技术
HEAVY INDUSTRIAL ＆HOISTING MACHINERY No．12010Serial No．25
2010年第1期总第25
期
的情况下，如果缸Ⅰ先伸出到底部，限位开关的作用使电磁换向阀得电，压力油进入B腔补入一部分油液，使油缸Ⅱ完成全部行程；如果缸Ⅱ先伸出到底部，限位开关的作用使电磁阀得电，液控单向阀打开，使A腔放出部分油液，使油缸Ⅰ完成全部行程。

2.3采用节流阀的同步回路
用节流阀来控制工作缸的同步，其结构较简单，造价低廉，且同步效果较好，是液压同步回路设计中较常用的控制方法。

图5～图8的节流回路组成均是通过换向阀来控制节流阀以实现执行油缸的同步，不同的是节流阀的形式和安装位置不同。

采用节流阀的同步回路分为进油节流回路（见图5）、回油节流回路（见图6）、单侧进回油节流回路（见图7）和双向出油节流（见图8）。

图8的回路液压缸伸出和缩回均进行出油节流，调整节流阀可以实现两缸同时前进和后退。

在这种回路中，各个电磁换向阀必须同时切换，如果液压缸操作回路管路长度不同，还需要考虑压力差异的影响。

由于载荷、泄露与阻力的不同会影响其同步性，节流阀调速的同步精度一般低于4%～5%。

2.4采用分流阀的同步回路
图5进油节流
图6回油节流图7单侧进油节流图8
双向出油节流
(下转第32页)图10分流马达
图9中分流阀由单向阀、分流阀、换向阀、背压阀和执行油缸组成。

此设计方案可以实现液压缸的上升、下降的双向同步，并且可以在中间任意位置停留。

回路中回油口装有背压阀，这个阀的作用是为了防止液压缸在下降行程中活塞很快滑下，此背压阀的设定压力应该比最大负载时作用在液压缸上的负载压力要稍高。

其缺点是当活塞上升时功率损伤较大。

使用分流阀可以在瞬间得到等量的油，以达到同步工作。

使用分流阀的回路，系统简单、经济，其同步精度约为2%～5%。

2.5采用分流马达的同步回路
图10中回路由四个柱塞缸、分流马达组成。

四个柱塞缸的同步靠四个分流马达来实现，其同步因素决定于每个液压马达每转排油量之差和液压马达的容积效率，所以在要求精确度较高的场合可以采用容积效率高的柱塞式液压马达。

由于分流马达具有增压器的功能，马达出口的溢流阀可以防止分流马达运行过程中因增压作用而导致马达出口产生过高的压力，起过载保护作用，即使回路中有一只液压缸已经提前完成了整个行程，其他液压缸仍可以完成其工作行程。

马达出口的单向阀和回油的溢流阀功能是：使分流马达每腔分配室都维持一定压力，保证系统最小工作压力，这样，当一个液压缸因为外力等因素运行加快时，最小工作压力就能保证速度最快的液压缸不会发生吸空现象。

2.6采用并联液压泵的同步回路
图11中回路由液压泵、溢流阀和换向阀组成。

其特点是使用同一个电机带动两个等量液压泵，这样电机转速一致，等量泵供给2台油缸的流量是一致的，从而达到两执行油缸同步的目的。

这种靠并联等量泵的回路设计简便、经济，但该回路因受液压泵、缸和溢流阀制造误差等一系列因素，同步精度并
不高，所以应用不普遍。

3
特殊工况同步回路的设计
3.1
高精度同步回路
以上介绍的方法适用于一般精度要求的系统，对于同步要求严格的情况，必须采用伺服控制或比例控制技术，结合电子计算机控制系统才能获得良好的控制效果。

常用的高精度同步回路：油缸采用MTS 缸，由比例阀控制，液压缸的位移信号传递给PLC ，通过PLC 控制比例阀的节流口开度来控制流量，从而达到精确控制液压缸同步的目的。

3.2大差异多缸动作的同步回路
负载差异大的多缸系统，要求同步时，负载小的液压缸或马达需要的流量要小，多余的流量就要产
生热量，造成功率损失，因此，对于
图9分流阀
图11
并联液压泵
1kWh=860kcal
η—单级传动效率，磨齿齿轮按η=0.995；
γ—油的比重，γ=0.9kg/L；
C—油的比热，C=0.4kcal/kg·℃；
△t—进出油口温差，△t=10℃。

（2）轴承部分润滑及冷却所需润滑油量
每个轴承所需油量Q
2
计算如下：
Q2=0.5×D×B（L/min）（2）式中：
D—轴承外径，mm；
B—轴承宽度，mm。

两部分合计总用油量为：
Q∑=Q1+Q2
=91.929L/min（3）为保险起见，根据经验向上圆整至100L/min。

经对比，与意大利POMINI公司该型号减速机原图纸所标润滑油量一致。

我们依据此方法选取Φ550mm、Φ450mm、Φ350mm等轧机减速机与国外同型号减速机进行计算比对，基本与国外减速机标注润滑油量一致。

因此，多年来所设计的近二十条线轧机减速机的润滑油量均照此方法计算，结果所有减速机的运行一直良好。

4.2主要润滑元件的选取
若润滑油量、润滑油牌号已确定，那么润滑元件的类型、型号规格的正确选取是保证润滑质量的重要前提。

（1）滤油网：一般轧机减速机采用集中强制润滑。

润滑站有滤油网，但对于要求较严的减速机，应在每台减速机进油口处再增加一个管式过滤器。

（2）压力表：应选用带电节点耐震压力表，以保证抵抗轧制工作中的震动。

非耐震压力表不适合此工作场合。

（3）喷油嘴：喷油嘴的型号选择至关重要。

喷油嘴看似是一个很小的零件，但由于型号众多，稍有不慎，选择型号不当，就容易造成不必要的损失。

一般根据齿轮宽度来布置喷油嘴的数量。

棒线材轧机减速机一般选取PZ6050B1型即可，板轧机等大型轧机减速机可适当选大一些的型号。

通常，轴承润滑进油口处应设有Φ2.5～Φ3mm的节流孔。

通过合适的喷油嘴和轴承润滑节流堵，来保证建立起润滑系统相应的工作压力。

（4）油流信号器。

油流信号器的流量范围、监测范围，以及接口尺寸要与减速机的润滑系统流量相匹配。

国外进口或引进技术生产的产品，能够显示出具体流量。

5结论
润滑部分在齿轮传动方面的作用，看似是一个辅助系统，其作用足可以影响整个齿轮箱的使用寿命。

只有正确设计润滑系统，选择合适的润滑元件、润滑油牌号、合理地确定流量，定期检测及更换润滑油就可以保证齿轮及轴承的正常运转。

参考文献
[1]吴晓铃.齿轮传动的润滑.郑州大学
[2]西马克轧机减速机设计.西安重型机械研究所翻译
负载差异大的工况，在液压同步回路时要着重考虑系统发热引起的油温过高的问题，在元件和密封件等选择时注意其耐热参数，合理选择。

4结论
通过对液压同步回路的分析，介绍了采用刚性联接、节流阀、分流马达及串联缸等同步回路的特点，设计人员应根据工况要求选择合理的设计方案，并结合实际工况完善优化设计方案。

随着液压传动技术的迅速发展，液压系统同步回路设计应用也越来越广泛。

在控制方法上，与电气控制结合更加紧密，从而实现了同步回路的过程可视性和可控性。

这样在控制执行元件动作时，更能准确、快速地响应，以达到理想的控制效果。

参考文献
[1]雷天觉.新编液压工程手册.北京大学出版社,1998
[2]丁树模.液压传动.机械工业出版社,2002
[3]邵俊鹏.液压系统设计禁忌.机械工业出版社,2008
(上接第21页)
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