王莉　鐘浩

摘要：文章針對架橋機對稱升降液壓缸的同步問題，簡要介紹了其裝置的工作原理，對其液壓缸不同步原因進行了深入研究，提出采用同步馬達對系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，消除誤差，從而提高系統(tǒng)的同步精度，使其滿足工作需求。

關鍵詞：架橋機；對稱升降液壓缸；同步流量；同步馬達

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）02-0022-03

1 概述

在架橋機中，1、2、3號柱體都是生根于車體上的用于支撐機臂的結構體，其通過套筒的伸縮來調節(jié)主機的高度，套筒伸縮的動力則來源于與其相并的液壓缸，因而柱體升降的好與壞很大程度上取決于液壓缸，相對于對稱柱體的升降，液壓缸的同步動作將顯得尤為重要，若不同步則會有支撐結構傾斜，使機臂接觸放置不穩(wěn)，影響吊梁運梁很好工作，同時也使機構在連接

處橫向力增大，將影響其壽命，以下將做分析。

2 柱體升降油缸的工作原理及不同步分析

2.1 單向節(jié)流閥很難調整到同流量

該系統(tǒng)結構簡單、造價低廉、調整方便，但單向節(jié)流閥的精度相當?shù)?，很難將單向節(jié)流閥調整到同流量，只能通過觀察液壓缸的動作情況，粗略地調整開口量。而且在一段時間的運行之后，由于流體對閥芯的磨損程度不同，造成原先調整的單向節(jié)流閥的節(jié)流口斷面發(fā)生變化，其流量也發(fā)生相應變化，導致液壓缸不同步。尤其在大流量的系統(tǒng)中，節(jié)流閥的細微變化就會引起系統(tǒng)流量的大幅度變化。僅靠調整流量閥的開口量來實現(xiàn)液壓缸的同步工作，工作難度相當大，而且同步精度很低。

2.2 受單向節(jié)流閥性能特點的影響

圖1為單向節(jié)流閥的結構圖和圖形符號，它把節(jié)流閥芯分成上閥芯和下閥芯兩部分。當流體正向流動時，其節(jié)流過程與節(jié)流閥是一樣的；當流體反向流動時，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實現(xiàn)流體的反向自由流動。

1.頂蓋 2.導套 3.上閥芯 4.下閥芯 5.閥體 6.復位彈簧 7.底蓋

圖1 單向節(jié)流閥

現(xiàn)將單向節(jié)流閥的性能特點做一分析：

節(jié)流閥的流量特性方程：

Qv＝KA△Pm

式中：

K——由節(jié)流口形狀、流體特征、流體性質等因素確定的系數(shù)，由實驗得出。

A——節(jié)流口的通流面積（m2）

△P——節(jié)流口前后的壓差（MPa）

m——節(jié)流口形狀決定的指數(shù)（0.5≤m≤1）

節(jié)流閥流量特性曲線如圖2所示：

圖2 節(jié)流閥流量特性曲線

由圖2可知，節(jié)流閥的穩(wěn)定性與節(jié)流口形狀、節(jié)流口壓差等因素有關，穩(wěn)定性差。其他條件一定的情況下，當各液壓缸的負載不同時，節(jié)流口的前后壓差就發(fā)生變化。由液壓流體力學的中油液流經(jīng)閥口時的流量公式：

（L/min）

式中：

Cq——流量系數(shù)

At——節(jié)流閥開口面積（mm2）

ρ——油液密度（kg/mm2）

△P——節(jié)流閥的壓力差（MPa）

上式中，當At調定后，At、Cq、ρ是不變的，壓力差△P的變化導致通過各個節(jié)流閥的流量發(fā)生相應的變化，從而引起液壓缸不同步。

2.3 系統(tǒng)的泄漏

系統(tǒng)泄漏主要是液壓缸的內泄漏，為了定性分析，其泄漏的形式可假設為通過偏心環(huán)狀間隙的流量，其流量公式為：

式中：

d——液壓缸活塞直徑（mm）

h——缸內徑與活塞的間隙量（mm）

?——液壓油的動力粘度（P·s）

l——活塞與缸體配合長度（mm）

△P1——缸兩腔壓力差（MPa）

ε——相對偏心率（ε＝）

e——偏心量（mm）

從式中可以看出，不僅負載不同導致各缸壓力差△P1的不同，而且d、h和e對各缸也有微差，油溫的變化也會引起?的變化，這些都會引起各缸泄漏量△Q的不同，因此，若液壓缸的密封條件變差，其泄漏量就會變大且不相同，會使其同步精度進一步下降。

2.4 管路布置不合理

在同樣的條件下，管道越長，損失的能量就越大，即沿程損失。當這種壓力損失與負載偏置疊加在一起，就將在管道內產(chǎn)生較大的壓差，這種壓差也會導致單向節(jié)流閥的流量發(fā)生變化。

2.5 人為操作原因

對稱油缸同步升降是通過人為操作的，當人的兩只手同步放下去缸同時升降，會因操作用力不均等而使缸的運行速度不一致。

從理論上講，只要油缸的活塞有效面積相同，輸入流量也相同，它們之間應該做出同步運動。但是，柱體同步活動除受以上因素的影響外，還因為負載的不均、摩擦阻力的不等、桿機構的制造、安裝誤差等都不可避免地會使液壓缸間的運動不同步，易造成液壓缸運動阻滯、速度不平穩(wěn)和液壓缸、被傳動件偏載加劇等現(xiàn)象，嚴重的甚至導致液壓缸或被傳動件過早地毀壞。綜上說明，以上回路的同步問題需改進。

3 研究與措施

液壓同步回路具有多樣性，大致可分為流量同步回路、容積同步回路、伺服同步回路三大類，不論用哪種方法，完全同步難以實現(xiàn)，只能盡可能地提高同步精度，達到使用要求即可。介于對柱體液壓同步問題的分析，考慮到工程實際、成本造價等方面，提出采用容積同步即使用同步馬達具有一定的可行性，可以柱體同步的要求。

液壓同步馬達又叫液壓分流馬達。液壓同步馬達是由加工精度較高、規(guī)格相同、性能參數(shù)基本相近的若干個液壓馬達組成。相近的性能參數(shù)和較高的加工精度，使得通過每一個液壓馬達的流量基本保持一致，由于液壓缸的規(guī)格相同、性能參數(shù)相近、進排油量一致，從而實現(xiàn)速度同步。我們經(jīng)常見到和使用的液壓分流馬達一般有兩種結構類型：齒輪式和徑向柱塞式。這兩種結構形式都是屬于高速類元件，在低速時容易產(chǎn)生爬行和內泄漏，排量精度都是在一定的轉速以上才能得到保證，因此它適用于大流量的系統(tǒng)中。一般來講，徑向柱塞式可以做得同步精度更高一些。

1.溢流閥 2.單向閥 3.單向節(jié)流閥 4.液壓鎖 5.同步馬達 6.油缸 7.換向閥

圖3 液壓同步馬達控制的新液壓回路圖

如圖3所示，是一個液壓同步馬達控制的新液壓回路。溢流閥1相當于安全閥，其作用是防止在液壓缸出口由于壓力放大現(xiàn)象而產(chǎn)生過高壓力，由于此閥的設置，即使回路中有一只液壓缸已經(jīng)提前完成了整個行程，其他液壓缸仍然可以繼續(xù)上升，直至所有液壓缸完成工作行程；單向閥2的作用是保證同步馬達的每腔分配室都能維持一定的壓力。保證系統(tǒng)最小壓力是非常重要的，當其中一只液壓缸運動速度較快時，同步馬達仍然在為其他速度稍慢的液壓缸運行提供動力，這時，系統(tǒng)的最小壓力就能保證速度稍快的液壓缸不會發(fā)生吸空現(xiàn)象；單向節(jié)流閥3的作用也非常重要，除了可以調節(jié)液壓缸的上升速度外，下降時也可以產(chǎn)生一定的背壓。當液壓缸下降時，同步馬達的任務是收集液壓缸的回油并保證流量的一致，這時單向節(jié)流閥3的作用是防止同步馬達按照最快液壓缸的速度運行而導致其他稍慢的液壓缸沒有及時跟上，當然當所有液壓缸都以相同的速度運行時，同步馬達僅僅起到一個收集器的作用。當液壓缸回程存在負載時，單向節(jié)流閥3的作用就顯得更為重要。

同步馬達的加工精度固然很高，但不可能完全一樣，每一個液壓馬達的排量肯定也不完全一樣，最終導致油路上的總流量不一樣。流量大的總是流量大，即產(chǎn)生同步精度的累計誤差。尤其是液壓執(zhí)行器的運動是在行程范圍之內，這種累計誤差就更大了。

由圖3可以看出，在液壓同步馬達內部的每一流油路上，均有一個溢流閥1和一個單向閥2組成的閥組，這個閥組就是消除位置不同步誤差所設置的。如果出現(xiàn)一個液壓缸較快的到達終點，那么先到終點液壓缸的馬達，會被與其他馬達相同的一根軸帶動，繼續(xù)供油，從而壓力上升直至溢流閥1發(fā)生溢流，實現(xiàn)同步功能。同時單向閥2也可以向同步油路補油，這樣多了溢流閥1溢流，少了單向閥2補油，就能實現(xiàn)液壓缸的同步要求。由此可以看出，采用溢流閥和單向閥的同步馬達控制回路可以消除每一步同步誤差，這樣當所有液壓缸都完成自己的行程，就可以消除同步馬達的累計誤差。

此外，液壓管路的合理布置和液壓缸的密封也極為重要。所以，我們應盡可能地將遠近距離、彎管形式、管道的通徑等管道配置成一樣，所有液壓缸的密封件也最好定期地更換。

4 結語

基于對架橋機柱體同步問題的深入研究，分析在實際應用過程中出現(xiàn)液壓缸不同步的原因，結合工程實際，提出采用同步馬達對同步回路進行優(yōu)化改進，讓液壓缸動作具備同步性，使工作性能大為改善，同時也為同步馬達的正確使用提供了范例。

參考文獻

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[3] 王健鐵．液壓同步馬達的正確使用[J]．液壓與氣動，2001，（7）：32-33．

（責任編輯：王書柏）