液压同步控制回路在煤矿机械液压控制中的应用

李超

摘要：对液压同步控制回路的原理做具体描述并阐述其优缺点，有轨运输和无轨运输的详细控制方式通过工作原理及试验结果来分析，并进一步探讨升降台快速转换问题。

關键词：液压同步控制回路;煤矿机械液压控制;应用

0  引言

液压控制技术已经被工程机械领域广泛应用，液压同步控制技术不仅也被应用到机械和工业领域，同步控制回路还是液压控制技术的重要部分。部分煤业运输体系，利用升降平台来实现有轨和无轨运输的快速转换，但是由于平台负重的体积较大，再加上顶升的质量较重，且在运输中要求保持高标准的一致性，所以单用一种执行元件根本不能启动负重，需要利用多种执行元件来同步控制启动负重。在实际运输中，因液路阻力和液压组件等是不相同的，如果使用普通的油路或阀件，会使油缸流量变成不等，还有平台负载不均，导致油缸荷重最终的结果是不同的，比如，运行速度较快的荷重就较轻，而荷重较大的则运行速度相对较慢，这就使平台升降出现快慢不协调的问题。这种后果可能会使油缸密封圈被损坏，进而破坏活塞杆发生变形或卡死，甚至发生平台侧倾进而导致负重跌落，出现严重的安全问题。如果运输转换时通过液压同步控制回路就可以实现多个油缸升降保持同步，但液压同步控制回路也有一定的弊端，必须根据实际平台的具体工况做合理的选择。

1  概括液压同步

在液压设备尤其是比较大型的液压设备，需要两个及以上的油缸共同工作，并且需要保证油缸的速度一致，运动中位移相同，这就是所谓的液压同步运动。同步运动有位置同步及速度同步。速度同步指不同液压执行元件的速度是相等的，位置同步指不同液压执行元件在运动过程中和完全停止时所处的位置都要保持一致。由此得出，位移同步一定包含了速度同步，速度同步则不能保证位移同步。同步精度是衡量同步运动好坏的重要指标，同步运动可以利用位置偏差或者进入油缸流量的分流偏差来体现。

2  常见液压同步回路的原理、优点、缺点

液压同步回路中常见的有五种，具体包括液压比例、机械连接位置、分流集流阀、液压同步马达以及单向节流阀液压等同步回路。

2.1 液压比例同步控制回路

与其他同步控制回路相比，液压比例同步控制回路精度较高，但系统内电气控制系统限制了液压比例同步控制回路的精度，如果想保证高精度的比例同步回路，就要更高的要求系统内的电气控制系统，不仅如此，还会对执行元件比如油缸等有一定的要求。对液压比例同步回路来说，利用位移传感器检测位置误差，所以位置同步的精度相对较高，比较容易控制双向保持一致。在液压比例同步回路中，按照不同的比例元件细分成三种，具体包括比例方向阀同步控制回路和比例调速阀同步控制回路以及比例变量泵同步控制回路，在实际中，需要根据具体情况来合理选取。

2.2 机械连接位置同步控制回路

机械连接位置同步回路是利用焊接等方式把大于或等于两个的执行元件连接起来，然后使不同执行元件达到同步运动的目的。机械连接同步回路系统相对来说比较简单，只需少量液压元件就能工作，而且工作性能相对比较稳定可靠。但必须保证负载荷重分布均匀，偏载不能太大，否则会因负重较大，导致执行元件位移不同增大阻力，刚性连接时发生变形甚至发生活塞杆由于偏斜而被卡死。对同步精度要求不高而且负重分布比较随意的工况比较适合用机械连接同步回路。平台转换中主要是为了帮助胶轮车实现快速转场，在转场中，胶轮车负重是随时变换的状态，并且负重分布情况也是不可预测的，同时由于油缸之间的距离较大，致使刚性连接不牢靠，所以无法控制不同运动的同步性。机械连接位置同步控制回路是一种同步运动回路，帮助不同的液压执行元件实现速度相同或者位移运动相等的回路。

2.3 分流集流阀的同步回路

分流集流阀简单说就是一种将流量分流或集流的液压阀，分流集流阀同步回路主要是控制液压系统中多个执行元件的速度使其同步。分流集流阀可以自测到负重压力的变化，通过进出口压力不同产生的压差推动阀芯来回移动，调节节流口的大小，通过对节流口流量实施控制使其保持一致性，然后对不同执行元件有效控制使它们保持同步运动。分流集流阀的同步回路不会因出口压力分流发生变化受到影响，也不会被集流产生的进口压力变化所影响，不仅可以承担偏载带来的压力不均，还能够同步控制执行元件双向的伸缩行程，并且保证较高的同步精度，使同步出现的误差较小。分流集流阀的同步回路与其他同步回路相比，系统相对比较简单，并且分流集流阀的市场价格相对较低，同时由于分流集流阀能够自动反馈负重压力，比较适用于负重随时发生变化的工况。针对升降平台的快速转换，更加适合应用分流集流阀的同步回路。

2.4 液压同步马达同步回路

该同步回路采用两个轴刚性连接的等排量液压马达为等流量分流装置，换言之，两个液压马达的排量相同且轴一样提供液压流是相同的，利用这种原理同步控制两个或以上的执行元件。一般情况下都会使用柱塞式同步液压马达或者齿轮同步液压马达，在这两种液压马达中，柱塞式同步液压马达可以在不同负载情况下获取高水准的同步精度且比齿轮马达较高，而齿轮同步马达可以在负载比较均衡下获取高水准的同步精度。柱塞式同步马达产生的噪音比较低，还具备较长寿命和高功率等优点，并且基本不受负重变化的影响，缺点是抗污染能力比齿轮同步液压马达较差，工作转速有限制。不管是柱塞同步马达还是齿轮同步马达，它们的同步误差受以下因素的影响：比如，负载均衡情况、介质油温度及粘度、同步马达的实际转速情况、系统的实际压力水平、流量连续情况等。在实际中，需要根据具体情况采取适合的同步马达达到控制同步目的。

2.5 单向节流阀液压同步回路

单向节流阀液压同步回路是利用对节流阀的过流截面积进行有效调节进而实现对不同执行元件流量的有效控制，然后控制不同执行元件输出的速度相同，最终达到同步控制不同执行元件的目的。单向节流阀液压同步回路内部构造简单只需投入少量成本就能实现对不同执行元件的同步控制。但注意单向节流阀同步回路也是有缺点的，同步效果比较容易受自身功能的影响，如果温度稳定性较差或节流阀性能不好都会影响液压同步回路的最终效果，如果同步性能的稳定性不好，同步精度不符合标准，误差越来越大的话，就需要调整节流阀，人为操作性较大，比较耗费人力。在平台快速转换作业的实际工况中，要求各执行元件的同步精度较高，如果使用单向节流阀液压同步回路就需要相关操作人员对节流阀做反复调整，这样不仅增加了操作人员的工作强度，还使操作人员工作中面临更多挑战，如果操作失误很可能就会发生安全事故，安全隐患风险较大。比如，在液控单向阀回路中无法及时打开，液控单向节流阀就不能同步，会导致单向阀控制的液压缸速度运行不稳定，引发安全问题。在快速转换平台，需要依据实际工况进行合理应用。

3  有轨运输和无轨运输快速转换平台实现同步控制的原理

3.1 实现同步控制的工作原理

依据快速转换平台的具体工况，可以通过分流集流阀的同步回路同步控制不同的油缸。在液压系统中定量液压泵为其提供动力，溢流阀保证系统载重的稳定功能，主回路中如果需要同步控制液压分路的四个进油和出油方向就需要利用三位四通换向阀来实现，进而保证液压缸中活塞杆伸缩的规律性，通过分流集流阀对油缸液压油流量的有效调节，保证所有油缸位移速度的一致性。在平台实际作业中，如果作业发生停止可以利用液控单向阀来有效防范突发事故的发生。见图1。

3.2 分流集流阀同步控制回路试验效果

针对设计的具体要求，对液压泵、管路、不同执行元件和阀组元件进行精确计算，同时按照一定的同步标准把它们连接起来做同步控制试验。为了提高升降平台同步的精准率，需要选用直径相同的分流集流阀进出管路油管，并且还要使对称管路的长度保持一致，同时还要使弯曲半径保持相等。油缸回油管路中的油管直径和长度也要保持一致，同样需要保证它的弯曲半径是相等的。

通过实际试验得出，分流集流阀同步控制回路，不论是载重较大还是空載或者偏载，分流集流阀同步控制回路都能达到平台实际的工况需求。由此可以得出，分流集流阀同步回路是有轨运输和无轨运输快速转换平台实现同步控制方法中较好的。

4  结论

对于大型液压设备来说，需要多个执行器同时驱动然后共同负载同一液压系统，由于液压执行元件不同，它们的制造质量也会有所不同，再加上摩擦力不同、负载不一以及构造不同等原因，如果让各个执行元件进行不同步运动，就会引发整个液压设备不平稳或者无法正常工作。同步控制回路很好的解决了上述问题，对进入部分或全部液压执行元件的流量通过技术手段进行改变使其达到同步目的，一般情况会把某一个液压缸位置作为参照物，通过进入其他液压缸的流量位置使之与参照物位置保持同步。

依据有轨运输和无轨运输快速转换平台实际工况需求来看，液压同步控制技术是平台实施同步控制的关键环节。本文介绍的几种液压同步控制回路中，分流集流阀同步回路的同步准确度比机械连接同步控制回路或单向节流阀液压同步控制回路更加精准，从经济方面来考虑，相比于液压比例同步回路和同步液压马达同步回路，分流集流阀同步控制回路经济适用性更强，同时由于其能够自动反馈负重压力，比较适用于快速转换平台工况的实际变化，对快速转换平台中工况同步的实际升降做到了有效控制，值得在煤矿机械液压控制中推广应用。

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