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)的一個重要組成部分，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、港口機械等多個領(lǐng)域[1]。當(dāng)被驅(qū)動的負(fù)載體積較大或質(zhì)量較重需要多個支點時，依靠單一執(zhí)行元件難以驅(qū)動負(fù)載，此時，需要多個執(zhí)行元件以相同的位移或相等的速度共同驅(qū)動負(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而導(dǎo)致各執(zhí)行液壓油缸的運動速度不同步，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)動重型負(fù)載或體積較大需要多個支點的負(fù)載工況時的實際應(yīng)用意義重大[2—4]。液壓同步控制回路在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用極為廣泛，例如采棉機內(nèi)棉箱的升降、棉箱門的開關(guān)、玉米收獲機及青貯飼料機糧箱的升降、免耕播種機底盤的升降（用于調(diào)節(jié)播種作業(yè)深度）等，如果兩個或多個液壓油缸在運動過程中不同步，將會導(dǎo)致采棉機內(nèi)棉箱、棉箱門、玉米收獲機及青貯飼料機糧箱的卡死、變形、活塞桿彎曲、連接銷軸斷裂等情況發(fā)生，進而影響其正常作業(yè)。如果免耕播種機底盤的兩個液壓油缸運動不同步將影響種子播種深度，進而嚴(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，隨著實踐的不斷檢驗，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)機械中常見的幾種液壓同步控制回路的工作原理、應(yīng)用、優(yōu)缺點進行介紹。

1 常見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，壓力油經(jīng)電磁換向閥左位、單向節(jié)流閥2，分別進入兩個液壓油缸3的無桿腔，通過調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥2，控制進入兩個液壓油缸3的流量，從而達到液壓油缸上升過程中運動速度的同步。這種液壓同步控制回路具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可實現(xiàn)多個液壓執(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會使整個液壓系統(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。

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)流一方面會產(chǎn)生能量損失；另一方面會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)熱。然而，功率損失和液壓系統(tǒng)發(fā)熱對于自走式農(nóng)業(yè)機械來說至關(guān)重要。由于節(jié)流導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)發(fā)熱不但會使液壓油粘度變低，還會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、玉米收獲機、青貯飼料機的割臺在作業(yè)過程中逐漸下降，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

采用分流集流閥實現(xiàn)液壓油缸速度同步具有糾偏能力強、簡單經(jīng)濟、同步精度高（約為1%～3%）等優(yōu)點，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，壓力油經(jīng)電磁換向閥左位、分流集流閥2，分別進入兩個液壓油缸3的無桿腔，通過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，壓力油經(jīng)電磁換向閥右位，分別進入兩個液壓油缸3的有桿腔，無桿腔的液壓油通過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，即使在偏載工況下也能以相等的流量分流或集流，進而實現(xiàn)速度同步，且可實現(xiàn)執(zhí)行元件雙向運動的同步[5]。正是由于分流集流閥的這些優(yōu)點，使其廣泛應(yīng)用于采棉機棉箱門開關(guān)、玉米收獲機以及青貯飼料機糧箱升降的控制。因為分流集流閥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)實際流量低于其額定流量較多時，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，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)行元件為差動液壓油缸時，由于其有桿腔和無桿腔的容積不同，想要通過串聯(lián)的方法實現(xiàn)液壓油缸的同步就需要經(jīng)過準(zhǔn)確的計算，在兩液壓油缸行程相等前提下使得1號液壓油缸有桿腔容積等于2號液壓油缸的無桿腔容積，從而推算出2號液壓油缸的內(nèi)徑。這種液壓同步控制回路較為簡單，成本也相對較低，但也有著不適用于重載、偏載、設(shè)計一旦完成就難于更改、計算圓整后使得液壓油缸缸筒為非標(biāo)產(chǎn)品，密封圈購買困難等缺點。

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)機械的底盤升降以調(diào)節(jié)作業(yè)深度，如免耕播種機調(diào)節(jié)播種深度就是依靠底盤的兩個液壓油缸同步運動完成的，如果兩液壓油缸運動不同步將導(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，壓力油經(jīng)電磁換向閥左位流入1號液壓油缸無桿腔，迫使其有桿腔液壓油流入2號液壓油缸無桿腔，由于在設(shè)計時已經(jīng)使得1號液壓油缸有桿腔的容積等于2號液壓油缸無桿腔的容積，所以能夠?qū)崿F(xiàn)兩液壓油缸同步運動，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，不需要其它控制閥，缺點是不能消除累積同步誤差。

2 總結(jié)

液壓同步控制回路遠遠不止以上所述，本文只是針對幾種常見的液壓同步控制回路并結(jié)合在農(nóng)業(yè)機械上的一些應(yīng)用進行簡要介紹。經(jīng)過對比分析，并結(jié)合農(nóng)業(yè)機械的實際應(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年中國農(nóng)機展來看，液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上的應(yīng)用是越來越廣泛，從原來簡單的各個執(zhí)行機構(gòu)液壓控制，到今天的全液壓驅(qū)動控制，再到未來的智能控制，液壓驅(qū)動方案也是各種各樣，例如前雙液壓馬達帶輪邊減速機驅(qū)動+后橋單液壓馬達驅(qū)動、前橋單液壓馬達驅(qū)動+后橋單液壓馬達驅(qū)動、四馬達帶輪邊減速機驅(qū)動等。最振奮人心的是“智能農(nóng)機”新詞匯的提出，相信在不遠的將來，智能農(nóng)機與液壓工業(yè)4.0的有機結(jié)合將會使我們對農(nóng)業(yè)機械有一個嶄新的認(rèn)識[7—8]。