概述
液压同步控制回路是液压技术的一个重要组成部分,广泛应用于工业生产、工程机械、农业机械、港口机械等多个领域"。当被驱动的负载体积较大或质量较重需要多个支点时,依靠单一执行元件难以驱动负载,此时,需要多个执行元件以相同的位移或相等的速度共同驱动负载。由于液阻、偏载、空气混入、内泄漏以及制造误差等诸多因素进而导致各执行液压油缸的运动速度不同步,引起误差累积,最终使各执行液压油缸产生不同步现象,轻则使负载或活塞杆变形导致卡死,重则导致负载倾翻危及人身安全。因此,了解并掌握常见的液压同步控制回路,分析并研究液压同步控制技术在驱动重型负载或体积较大需要多个支点的负载工况时的实际应用意义重大”。
液压同步方法多种多样,以下介绍一些常用的液压同步方法和它们各自的优缺点。
一、节流调速同步回路
这是最简单的同步方法,它是通过调节通过油孔的面积来调节两只油缸的同步,如果两只油缸负载偏差不大,还是勉强可以的,但实际上油缸的负载不可能相等,包括油缸自身的摩擦阻力,管路长短等都会影响油缸同步,所以这是非常粗浅精度不高的同步方法。。
如图1所示为由单向节流阀构成的液压同步控制回路,这种液压同步控制回路具有结构简单、成本低、调节方便、可实现多个液压执行元件在速度上的同步,当采用叠加式双单向节流阀或螺纹插装阀时会使整个液压系统结构更紧凑、体积更小、外观整齐美观,但是也存在同步精度低、功率损耗大、易受油温变化和负载特性影响等诸多缺点。
此外,由单向节流阀构成的液压同步控制回路其原理是基于节流,节流一方面会产生能量损失;另一方面会导致液压系统发热。

二、调速阀同步回路
在液压缸的进油或回油路上安装调速阀,通过调整调速阀的开口大小,实现两个液压缸在同方向上的速度同步。这种方法简单,同步精度一般可达5%~10%,适用于对同步精度要求不是特别高的场合。这是在上述节流阀同步的基础上增加了负载补偿功能,即保持两个节流孔的压降一样,这种同步优于第一种,但由于液动力、复位弹簧等的影响,再加上节流孔也不可能绝对相等,所以调速阀的同步误差一般在5%左右,并且系统必须是恒压系统,既有溢流损失也有压力损失,发热较严重。
如图2所示,此系统回路采用两个高精调速阀实现两个液压缸单向同步,原理是分别调节两缸进油路上的调速阀,使两缸活塞移动速度同步,最终实现油缸同步。其优点是造价低廉、系统维护简单,其缺点是各个调速阀很难相同流量,同步精度不高,不能用于要求精度较高的系统中,所以在实际的应用中误差比较大,不是一种高精同步系统。且其最致命的缺点就是调速阀的的开口度一经调整完成后,就确定了油缸在生产过程中的运行速度,,不能应用于需要不断调整油缸速度的系统中。

三、分流集流阀同步回路
将两个节流孔集成在一个阀芯上,通过压力补偿实现同步。适用于流量变化较大的系统,但同步精度较低,一般在2%-5%之间。采用分流集流阀实现液压油缸速度同步具有纠偏能力强、简单经济、同步精度高等优点。
如图3所示,采用分流集流阀的液压同步控制回路纠偏能力强,即使在偏载工况下也能以相等的流量分流或集流,进而实现速度同步,且可实现执行元件双向运动的同步。因为分流集流阀的同步控制精度取决于其压降,所以分流集流阀的流量范围较窄。当实际流量低于其额定流量较多时,该阀的压降与流量将成平方倍的下降,同步精度也显著下降。分流集流阀的压降一般为0.8~1.2Mpa,因此其不适用于压力较低的液压系统。所以,在选择分流集流阀时,首先要选择合适的液压油缸内径,确定其额定工作压力,使其额定工作压力不要过低;其次要根据所需流量合理选择该阀的公称流量,切勿使分流集流阀的公称流量过分的高于执行元件的所需流量。
四、同步缸同步回路
通过多个等容积缸串联运动实现同步,精度较高,但体积庞大,价格昂贵,适用于要求高精度的场合,由于磨损严重,需要增加终点消2差油路,目前应用较少。
如图4所示,同步缸缸径及两个活塞的尺寸完全相同并共用一个活塞杆。当同步缸工作时,出入同步缸的流量相等,可同时向两个液压缸供油,实现位移同步。同步缸容积大于液压缸容积,两个单向阀和背压阀是为了提高同步精度的放油装置,其同步精度可达2%~5%。同步精度主要取决于缸的加工精度及密封性能。

使用多个容积相同的齿轮马达刚性串联实现同步,适用于流量范围较小的系统。它的优点是结构简单,缺点是体积庞大,磨损严重,寿命短、噪音大,油路复杂(多个溢流阀),容积效率影响精度,精度不理想,一般同步精度1-3%,随着磨损加剧,同步精度会进一步下降。
如图5所示,两个油缸同步动作用于芯棒台架的升降,该回路使用相同排量的液压马达作为等流量分流装置的同步回路。这种同步回路通过溢流阀和单向阀实现油缸的泄油和补油,因此同步精度一般比较高,资料统计现阶段的技术水平已经可以保证在3%以内,且维护较简单。但是由于分流马达一般采用精度更高的柱塞马达,其成本较高。

六、变量泵容积同步
利用两台电子变量泵实现高精度闭环伺服同步,需要安装油缸位置传感器和油泵摆角传感器,还需要一套高水平的伺服控制系统,包括两只高频响伺服阀等。优点是节能,精度高。缺点是价格超级贵,两套伺服系统调试麻烦,抗污染能力差。

七、比例伺服同步
这是闭环同步,是两套独立的伺服系统,需要两套传感器、两只高频响伺服阀、一套高级控制器同时控制两只缸。
如图7所示,比例同步系统最大的优点就是控制精确,可以达到极精确控制油缸速度和同步精度的目的,实现使用中可以达到0.1%一0.3%之间,但是该液压系统设计复杂,同时比例同步系统需要电气控制系统的大力支持,越精确的同步精度对电气的控制要求越高,这就造成了日常维护的难度较高,控制系统的设计复杂,故障率也较高,同时,该同步系统造价高昂。高精度的背后是高难度、高成本、高人力。
