1　前言

　　多個執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)拣播，幾乎都有同步運行的技術(shù)要求穗狞。尤其在重載不平衡的工況下虫棚，同步要求更為突出：否則，即會引起設(shè)備性能低劣碉讯、失效鹤鲤，甚至?xí)?yán)重?fù)p壞褐琼。因此，對同步系統(tǒng)的設(shè)計方案枷辫、控制方法涤瘸、同步性能等方面的研究有重要的技術(shù)意義。
　　本文根據(jù)多年的實踐和試驗笔房，提出一種新型同步系統(tǒng)延砾，該系統(tǒng)在主油路上用泵控方式獲得較高同步性能的基礎(chǔ)上，還設(shè)計了一個輔助閥控補償系統(tǒng)学虑。由于閥控補償系統(tǒng)的高控制精度和快速動態(tài)響應(yīng)補償了主油路上因負(fù)載變化和不平衡以及泄漏等因素產(chǎn)生的同步誤差圣钝，從而使系統(tǒng)具有高同步精度和最大功率利用系數(shù)。

　　2　設(shè)計方案及工作原理

　　在主油路(主系統(tǒng))上没惶，由泵元件分別輸入相同(或成比例)的流量到缸5及缸6，即用泵控方式實現(xiàn)了一定精度的同步動作簇抵。同時庆杜，如改變泵元件的排量，即可改變油缸活塞速度碟摆，實現(xiàn)調(diào)速控制(有關(guān)泵控同步運行問題晃财，已有論文敘述，這里不再詳細(xì)介紹)典蜕。

　　由泵源1断盛、溢流閥2、控制閥3愉舔、單向閥 4等組成了閥控補償系統(tǒng)钢猛。控制閥3可選用比例閥轩缤、電液伺服或機液伺服閥等閥件命迈，它的兩個輸出口A、B分別與主系統(tǒng)油路相接火的，向油缸5壶愤、6補償部分油液。當(dāng)兩缸因負(fù)載不平衡(泄漏及幾何尺寸誤差等因素馏鹤，而出現(xiàn)不同步運行時涮饱，則由傳感器、變換電路牵蠢、比較電路等檢測及比較常择，得出的偏差值將作為控制信號，驅(qū)動控制閥3的閥芯作微小位移(其傳遞路徑如圖上虛線所示)卸研，此時閥口A或閥口B有液壓油輸入缸5或缸6佩讨，補償兩油缸的同步誤差哥甲。因此，新系統(tǒng)是由泵控主系統(tǒng)和閥控輔助系統(tǒng)組成把毒，是泵和閥復(fù)合控制的同步系統(tǒng)裹耗。
　　在主油路中，每個油缸能自動適應(yīng)負(fù)載力的變化徽捶，是“變壓式” 系統(tǒng)痘宋，其輸出流量僅受容積效率的影響，不存在節(jié)流閥的“壓力—流量特性”淡箱，故其同步精度較高塌瑞。而且，無“節(jié)流效應(yīng)”蛔六，它的功率利用系數(shù)最高荆永，理論上其效率系數(shù)可達(dá)η≈1 。另外国章，還應(yīng)注意到具钥，由于泵的工作容積(總控制容積)大，液壓固有頻率低(見公式)液兽，響應(yīng)速度較低骂删。又泵控流量增益在工作范圍內(nèi)近似為常數(shù)(僅由泵的變量擺角、幾何參數(shù)決定)四啰，由于泵控方式的流道簡單宁玫、環(huán)節(jié)少，其泄漏系數(shù)較小柑晒，變化量亦小欧瘪，泵控機構(gòu)可視作線性元件。
　　在補償系統(tǒng)中匙赞，采用閥控方式恋追，控制容積較小，液壓固有頻率較高奖岛，響應(yīng)性能較好恕孙。但總存在壓力—流量系數(shù)的影響，即在負(fù)載的工作范圍內(nèi)變化時淑储，由于閥組必然會受到節(jié)流特性限制帘缤，故非線性影響大。閥控方式還存在功率利用系數(shù)低的缺點俏堆。如在定量泵—溢流閥油源時憋屑，最大效率僅為38%。
　　在新系統(tǒng)中篡呆，輔助閥控油路正好發(fā)揮了動態(tài)響應(yīng)快汽后、補償靈敏的優(yōu)點面旋，而主油路則有功率利用系數(shù)高，能量損失小的特點两胃。例如吟沮，輔助補償系統(tǒng)的功率設(shè)計為全系統(tǒng)功率的 10%，該系統(tǒng)的功率利用系數(shù)理論上可達(dá)93.8%专肪∩膊可見，用泵控和輔助閥控的復(fù)合控制方式的同步系統(tǒng)嚎尤，在提高同步精度和合理利用能源方面都是十分有效的荔仁。

　　3　控制閥的選擇與分析

　　(1)零開口三通閥
　　如圖2所示，這類閥的特點是通過閥口A芽死、B作單向補償乏梁，即根據(jù)同步誤差，由電液轉(zhuǎn)換或電磁轉(zhuǎn)換或機械轉(zhuǎn)換关贵，驅(qū)動閥芯位移xv掌呜，向缸5或缸6補償液壓油。其補償流量為　(1)

　　由于補償?shù)街饔吐返牧髁縌1坪哄、Q2是使兩油缸產(chǎn)生“差動效應(yīng)”，所以實際補償?shù)街饔吐返牧髁繛閮砷y口流量之差值势篡，定義為ΔQ翩肌，即　(5)
　　當(dāng)主油路兩缸負(fù)載相近時，即p1≈p2禁悠，則ps-p1≈ps-p2念祭，則有，
　　對比式(1)和式(6)撤筐，可知正開口閥的實際補償流量(當(dāng)xv為定植)為零開口閥的兩倍裙系。由于負(fù)載壓力p1與p2經(jīng)常會出現(xiàn)相差不大的工況，所以正開口三通閥的補償靈敏度接近為零開口閥的兩倍午伍。又由于正開口閥的節(jié)流口的差動工作眼膊，非線性的互補作用較強，它的壓力—流量特性的線性度也將比零開口閥改善許多傲轮。
　　(3)四通閥
　　可以選用零開口或正開口的四通閥作為補償流量的控制閥舆鸿，其特性與零開口或正開口的三通閥相似。但在工作時(xv≠0)百膳，即會出現(xiàn)對一個油缸供油翰发，而另一油缸泄油(返回油箱)。泄油的油缸則起“放出”能量的作用 冀态，故能量利用率降低吮骑〖岷疲克服的方法，是對閥芯實行改裝等方法循头，變?yōu)閷嵸|(zhì)上的三通正開口或零開口閥绵估。
　　負(fù)開口閥的死區(qū)大，不靈敏贷岸，且流量特性非線性壹士，在補償系統(tǒng)中沒有必要選用。

　　4　控制信號

　　補償系統(tǒng)的油液輸出受控于同步運行誤差信號偿警，也就是檢測得出的誤差信號躏救。但對于長行程的油缸是難以實現(xiàn)的。原因是大量程傳感器難于制造及安裝螟蒸。經(jīng)反復(fù)研究盒使，用相對法檢測，能很好解決該難題七嫌。
　　如圖4所示少办，將光柵位移傳感器的定尺固定在缸1上，而滑尺則借助連桿固定于缸2上诵原。運行時英妓，若兩缸是同步運行，則定尺與滑尺沒有相對運動狠寒，讀數(shù)頭無信號輸出呈篱；若兩缸不同步運行，定尺與滑尺即有相對運動伐狼，讀數(shù)頭即有位移誤差信號輸出臣塑。誤差信號經(jīng)變換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)送至計算機岁十，由計算機按控制程序發(fā)出指令并經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)及比例放大器輸入到伺服閥的電機轉(zhuǎn)換元件(如比例電磁鐵或力矩馬達(dá))特干，驅(qū)動閥芯運動，產(chǎn)生流量輸出惦踩，對油缸運行實現(xiàn)補償作用涨剧。它們構(gòu)成了一個自動補償閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　用機械裝置檢測同步誤差敲骏，并進(jìn)行反饋拖揩、比較的同步補償控制原理如圖5所示。若兩缸出現(xiàn)位移誤差時溜棉，例如缸1運行有微小的超前丽示，彈簧的張緊力即通過鋼帶，使反饋桿繞支點順時針旋轉(zhuǎn)一個小角度，導(dǎo)致伺服閥的閥芯上移肾砂，閥口A節(jié)流作用增大列赎，輸出流量減小，缸1運行速度減慢镐确；而閥口B節(jié)流作用減小包吝，輸出流量增大，缸2運行速度增快源葫，結(jié)果兩缸運行趨于同步運行诗越。經(jīng)試驗驗證，同步誤差可小于0.1mm息堂。

　　用機械裝置實現(xiàn)控制補償作用嚷狞，其結(jié)構(gòu)簡單，又可通過調(diào)整反饋桿的支點位置來改變反饋放大系數(shù)荣堰，達(dá)到最佳控制閥芯位移的目標(biāo)床未，其傳遞路線簡捷，將檢測振坚、反饋薇搁、比較等環(huán)節(jié)集結(jié)于一身。缺點是安裝空間會受到設(shè)備條件的限制秤淀，環(huán)境因素(如溫度影響挺皆、鋼帶變形)會降低其控制精度。

　　5　實驗研究

　　新系統(tǒng)選擇極限環(huán)境條件下世荐，進(jìn)行試驗研究否因，以期能最大限度地把未能考慮到的因素都“加入”試驗中。試驗系統(tǒng)的原理如圖6所示芒单。其中一組“對頂油缸”無加載，而第二組“對頂油缸”通過調(diào)整節(jié)流閥開口度來施加不同數(shù)值的負(fù)載袖况，造成在大負(fù)載差的工況下反復(fù)運行抗躺，并作出對比分析。

　　兩組“對頂油缸”壓力差為15MPa時對應(yīng)的運動曲線抢驴≈ǎ可見盡管兩組油缸負(fù)載懸殊，但它們的運動曲線仍是十分平行的做身，即表明系統(tǒng)速度同步性能良好丸爵。缸1及缸2在負(fù)載產(chǎn)生很大變化時，由于實行閥控補償汁咏，兩缸的輸入流量仍然保持“等量”關(guān)系亚斋，幾乎不受負(fù)載變化、泄漏等因素影響，新系統(tǒng)的同步性能是較理想的帅刊。

　　上述試驗系統(tǒng)中纸泡，如果將形成加載壓力的節(jié)流閥的開口度改用電控方式，按某一規(guī)律變化或隨機變化赖瞒，產(chǎn)生變化的外負(fù)載女揭，即可進(jìn)行動態(tài)同步試驗。

　　6　結(jié)束語

　　(1)閥控補償?shù)拈]環(huán)控制使系統(tǒng)獲得高同步精度栏饮，而主油路采用泵控方式吧兔，充分利用液壓能量，效率高袍嬉。因此境蔼，復(fù)合控制方式的技術(shù)經(jīng)濟價值是顯著的。
　　(2)正開口閥冬竟，由于節(jié)流口的差動工作欧穴，其靈敏度高，響應(yīng)快悟津，且制造及改裝容易山椎。盡量增大該閥的面積梯度，節(jié)流損失可以減小宗瓢，有利于提高能量利用系數(shù)徒妒。在生產(chǎn)實踐中，為避免對油液清潔度的苛刻要求旷厨，采用電液比例閥為宜乘恩。
　　(3)用相對法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕對值同步誤差檢測，避免了大量程傳感器研制及安裝的困難腋意，而且為鑒別同步性能提供了有效的新方法容蕉。
　　(4)由于一個實用的生產(chǎn)系統(tǒng)，最終還是靠“硬件”來實現(xiàn)往软，僅靠“仿真”研究是不可能把難以估計的因素都“加入”試驗中亩当，所以選擇極限環(huán)境條件下進(jìn)行試驗研究或模擬試驗，其結(jié)果是最為“逼真”哟蝉，置信度最高蜓耻，設(shè)備可靠性最好，堅持實驗研究對大型械巡、重型系統(tǒng)更是至關(guān)重要的刹淌。

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