鐵建重工新疆有限公司 陳晨

概述

液壓同步控制回路是液壓技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、港口機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域[1]。當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載體積較大或質(zhì)量較重需要多個(gè)支點(diǎn)時(shí)，依靠單一執(zhí)行元件難以驅(qū)動(dòng)負(fù)載，此時(shí)，需要多個(gè)執(zhí)行元件以相同的位移或相等的速度共同驅(qū)動(dòng)負(fù)載。由于液阻、偏載、空氣混入、內(nèi)泄漏以及制造誤差等諸多因素進(jìn)而導(dǎo)致各執(zhí)行液壓油缸的運(yùn)動(dòng)速度不同步，引起誤差累積，最終使各執(zhí)行液壓油缸產(chǎn)生不同步現(xiàn)象，輕則使負(fù)載或活塞桿變形導(dǎo)致卡死，重則導(dǎo)致負(fù)載傾翻危及人身安全。因此，了解并掌握常見(jiàn)的液壓同步控制回路，分析并研究液壓同步控制技術(shù)在驅(qū)動(dòng)重型負(fù)載或體積較大需要多個(gè)支點(diǎn)的負(fù)載工況時(shí)的實(shí)際應(yīng)用意義重大[2—4]。液壓同步控制回路在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用極為廣泛，例如采棉機(jī)內(nèi)棉箱的升降、棉箱門(mén)的開(kāi)關(guān)、玉米收獲機(jī)及青貯飼料機(jī)糧箱的升降、免耕播種機(jī)底盤(pán)的升降（用于調(diào)節(jié)播種作業(yè)深度）等，如果兩個(gè)或多個(gè)液壓油缸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同步，將會(huì)導(dǎo)致采棉機(jī)內(nèi)棉箱、棉箱門(mén)、玉米收獲機(jī)及青貯飼料機(jī)糧箱的卡死、變形、活塞桿彎曲、連接銷軸斷裂等情況發(fā)生，進(jìn)而影響其正常作業(yè)。如果免耕播種機(jī)底盤(pán)的兩個(gè)液壓油缸運(yùn)動(dòng)不同步將影響種子播種深度，進(jìn)而嚴(yán)重影響種子的成活率。能夠?qū)崿F(xiàn)多執(zhí)行元件同步的回路不止一種，然而，隨著實(shí)踐的不斷檢驗(yàn)，一些液壓同步控制回路逐漸淡出了人們的視線，本文就農(nóng)業(yè)機(jī)械中常見(jiàn)的幾種液壓同步控制回路的工作原理、應(yīng)用、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1 常見(jiàn)的幾種液壓同步控制回路

1.1 單向節(jié)流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路

圖1所示為由單向節(jié)流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路。當(dāng)電磁換向閥1左位得電時(shí)，壓力油經(jīng)電磁換向閥左位、單向節(jié)流閥2，分別進(jìn)入兩個(gè)液壓油缸3的無(wú)桿腔，通過(guò)調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥2，控制進(jìn)入兩個(gè)液壓油缸3的流量，從而達(dá)到液壓油缸上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)速度的同步。這種液壓同步控制回路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可實(shí)現(xiàn)多個(gè)液壓執(zhí)行元件在速度上的同步，當(dāng)采用疊加式雙單向節(jié)流閥或螺紋插裝閥時(shí)會(huì)使整個(gè)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊、體積更小、外觀整齊美觀，但是也存在同步精度低、功率損耗大、易受油溫變化和負(fù)載特性影響等諸多缺點(diǎn)。

此外，由單向節(jié)流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路其原理是基于節(jié)流，節(jié)流一方面會(huì)產(chǎn)生能量損失；另一方面會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)熱。然而，功率損失和液壓系統(tǒng)發(fā)熱對(duì)于自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。由于節(jié)流導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)發(fā)熱不但會(huì)使液壓油粘度變低，還會(huì)使液壓油缸密封圈的密封性能大打折扣，最終導(dǎo)致液壓油缸內(nèi)泄，使采棉機(jī)、玉米收獲機(jī)、青貯飼料機(jī)的割臺(tái)在作業(yè)過(guò)程中逐漸下降，這樣將嚴(yán)重影響采收效率，造成不必要的損失。因此，在主流農(nóng)業(yè)機(jī)械中，基于節(jié)流原理的液壓同步控制回路已經(jīng)被由分流集流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路所替代。

圖1單向節(jié)流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路

1.2 分流集流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路

采用分流集流閥實(shí)現(xiàn)液壓油缸速度同步具有糾偏能力強(qiáng)、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、同步精度高（約為1%～3%）等優(yōu)點(diǎn)，其原理如圖2所示。

圖2分流集流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路

當(dāng)電磁換向閥1左位得電時(shí)，壓力油經(jīng)電磁換向閥左位、分流集流閥2，分別進(jìn)入兩個(gè)液壓油缸3的無(wú)桿腔，通過(guò)該閥的分流功能使兩液壓油缸以相等的速度上升；當(dāng)電磁換向閥1右位得電時(shí)，壓力油經(jīng)電磁換向閥右位，分別進(jìn)入兩個(gè)液壓油缸3的有桿腔，無(wú)桿腔的液壓油通過(guò)該閥的集流功能使兩液壓油缸以相等的速度下降并流回油箱。由于分流集流閥的糾偏能力強(qiáng)，即使在偏載工況下也能以相等的流量分流或集流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)速度同步，且可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件雙向運(yùn)動(dòng)的同步[5]。正是由于分流集流閥的這些優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于采棉機(jī)棉箱門(mén)開(kāi)關(guān)、玉米收獲機(jī)以及青貯飼料機(jī)糧箱升降的控制。因?yàn)榉至骷鏖y的同步控制精度取決于其壓降，所以分流集流閥的流量范圍較窄。當(dāng)實(shí)際流量低于其額定流量較多時(shí)，該閥的壓降與流量將成平方倍的下降，同步精度也顯著下降。分流集流閥的壓降一般為0.8～1.2Mpa，因此其不適用于壓力較低的液壓系統(tǒng)。所以，在選擇分流集流閥時(shí)，首先要選擇合適的液壓油缸內(nèi)徑，確定其額定工作壓力，使其額定工作壓力不要過(guò)低；其次要根據(jù)所需流量合理選擇該閥的公稱流量，切勿使分流集流閥的公稱流量過(guò)分的高于執(zhí)行元件的所需流量[6]。

1.3 兩液壓缸串聯(lián)構(gòu)成的液壓同步控制回路

當(dāng)執(zhí)行元件為差動(dòng)液壓油缸時(shí)，由于其有桿腔和無(wú)桿腔的容積不同，想要通過(guò)串聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)液壓油缸的同步就需要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算，在兩液壓油缸行程相等前提下使得1號(hào)液壓油缸有桿腔容積等于2號(hào)液壓油缸的無(wú)桿腔容積，從而推算出2號(hào)液壓油缸的內(nèi)徑。這種液壓同步控制回路較為簡(jiǎn)單，成本也相對(duì)較低，但也有著不適用于重載、偏載、設(shè)計(jì)一旦完成就難于更改、計(jì)算圓整后使得液壓油缸缸筒為非標(biāo)產(chǎn)品，密封圈購(gòu)買(mǎi)困難等缺點(diǎn)。

圖3兩液壓油缸串聯(lián)構(gòu)成的液壓同步控制回路

兩液壓油缸串聯(lián)同步控制一般用于牽引式農(nóng)業(yè)機(jī)械的底盤(pán)升降以調(diào)節(jié)作業(yè)深度，如免耕播種機(jī)調(diào)節(jié)播種深度就是依靠底盤(pán)的兩個(gè)液壓油缸同步運(yùn)動(dòng)完成的，如果兩液壓油缸運(yùn)動(dòng)不同步將導(dǎo)致播種深度不同，影響種子成活率，其液壓原理如圖3所示。當(dāng)電磁換向閥1左位得電時(shí)，壓力油經(jīng)電磁換向閥左位流入1號(hào)液壓油缸無(wú)桿腔，迫使其有桿腔液壓油流入2號(hào)液壓油缸無(wú)桿腔，由于在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)使得1號(hào)液壓油缸有桿腔的容積等于2號(hào)液壓油缸無(wú)桿腔的容積，所以能夠?qū)崿F(xiàn)兩液壓油缸同步運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其它控制閥，缺點(diǎn)是不能消除累積同步誤差。

2 總結(jié)

液壓同步控制回路遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止以上所述，本文只是針對(duì)幾種常見(jiàn)的液壓同步控制回路并結(jié)合在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的一些應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，并結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)際應(yīng)用得出：（1）在偏載、重載、同步精度要求較高的工況下選用由分流集流閥構(gòu)成的液壓同步控制回路；（2）在輕載、精度要求較低的工況下選擇由液壓油缸串聯(lián)構(gòu)成的液壓同步控制回路。

3 展望

從2019年中國(guó)農(nóng)機(jī)展來(lái)看，液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用是越來(lái)越廣泛，從原來(lái)簡(jiǎn)單的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓控制，到今天的全液壓驅(qū)動(dòng)控制，再到未來(lái)的智能控制，液壓驅(qū)動(dòng)方案也是各種各樣，例如前雙液壓馬達(dá)帶輪邊減速機(jī)驅(qū)動(dòng)+后橋單液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、前橋單液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)+后橋單液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、四馬達(dá)帶輪邊減速機(jī)驅(qū)動(dòng)等。最振奮人心的是“智能農(nóng)機(jī)”新詞匯的提出，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，智能農(nóng)機(jī)與液壓工業(yè)4.0的有機(jī)結(jié)合將會(huì)使我們對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械有一個(gè)嶄新的認(rèn)識(shí)[7—8]。