一种两缸并联液压同步控制回路系统的改进设计
液压同步回路的主要类型及优缺点
液压同步回路的主要类型及优缺点
邹建华 ( 武 汉 职 业 技 术 学 院 ，湖 北 武 汉 430074)
摘 要 ：通 过 介 绍 液 压 同 步 回 路 的 主 要 类 型 ，分 析 各 类 型 的 优 缺 点 及 改 进 措 施 ，以 便 在 液 压 系 统 的 同 步 回 路
设 计 和 应 用 中 根 据 具 体 情 况 ，采 取 不 同 的 方 法 和 措 施 。
图 1 带补偿装置的串联同步缸同步回路
1一 三 位 四 通 电 磁 换 向 阀 ； 2 、4 一 二 位 三 通 电 磁 换 向 阀 ；3— 液 控 单 向 阀
其 补 偿 原 理 是 ，当 换 向 阀 1 右 位 工 作 时 ，压 力 油 进 人 B 缸 的 上 腔 ，B 缸 下 腔 的 油 液 流 入 A 腔 上 腔 ，A 缸下 腔 回 油 ，这 时 两 活 塞 杆 同 步 下 行 。若 A 缸 活 塞 先 到 达 终 点 ，它 就 触 动 行 程 开 关 S1 使 电 磁 阀 4 通 电 换 为 上 位 工 作 。这 时 压 力 油 经 阀 4 将 液 控 单 向 阀 3 打 开 ，在 B 缸 上 腔 继 续 进 油 的 同 时 ，B 缸 下 腔 的 油 可 经 单 向 阀 3 及 电 磁 换 向 阀 2 流 回 油 箱 ，使 B 缸 活 塞 能 继 续 下 行 到 终 点 位 置 ，若 B 缸 活 塞 先 到 达 终 点 ，它 触 动 行 程 开 关 S2 ， 使电磁换向阀2 通电换为右位工作6 这时压力油可经 阀 2 、阀 3 继 续 进 人 A 缸 上 腔 ，使 A 缸 活 继 续 下 行到 终 点位置6 2 . 2 利用调速阀调速功能实现的同步回路
1一 油 源 ；2— 三 位 四 通 电 磁 换 向 阀 ; : 3 、4 一 单 向 调 速 阀
液压缸并联的同步回路
（八）液压缸并联的同步回路
一、实验目的
了解并应用液压缸的串、并联的同步回路
二、实验器材
QCS014B装拆式液压教学实验台。
1台
三、实验回路原理图
1 泵站
2 溢流阀
3 二位四通电磁阀
4 节流单向阀
5 液压缸
四、实验步骤
1、看懂实验原理图，按照原理图连接好回路；
2、将安全阀（溢流阀）处于开启状态，打开总电源，开启泵站电机，调节溢流阀2，系统压力达到一定值之后，缸5的无杆腔开始进油，活塞杆向右运行，两缸的运动速度基本实现同步（误差在2%-5%之内）。
电磁阀Y1得电之后，两缸的有杆腔开始进油，活塞杆向右运行。
由于两腔作用力的有效面积不一样，所以在系统压力不变的情况下，活塞杆的伸出的速度比它复位的速度快。
如果两缸的同步误差比较大，调节单向节流阀4，通过调节其回油的流量来减少误差。
3实验完毕之后，清理实验台，将各元件放入原来的位置。
液压启闭机设计方案
题目液压启闭机设计姓名余楠学号授课教师龚国芳魏建华专业机械电子专业(混合班)1.（1（2）本机操作闸门至上、下极限位置或设定的任一开度位置时，液压泵电动机应自动切断电源，特别是当闸门到达下极限位置时，应确保安全运行。
（3）闸门在全开或设定的任一局部开启位置时，启闭机的液压系统中的保压锁锭回路能可靠地将闸门固定在上极限或设定的位置处。
（4）闸门自全开位置或局部开启预置位置下滑150mm时，或双缸同步偏差超过20mm时，液压泵电动机自动投入运行，将闸门提升恢复原位。
若继续下滑至160mm，液压泵电动机尚未投入运行时，应自动接通另一组液压泵电动机，将闸门提升恢复原位；若继续下沉至200mm时，在集控室及现场均应有声光报警信号。
2.液压系统原理图该设计原理图由Eplan-fluent软件设计，如下图所示。
根据该图可以看出，本液压设计原理图可分为八部分，分别为，动力模块，总控模块，分流机构，阀门A启闭机构，阀门A锁紧机构，阀门B启闭机构，阀门B锁紧机构与极限位置保护机构。
3.设计功能说明首先对各模块依次说明，从左下角的动力模块开始，此模块包括主泵组，备用泵组，溢流阀，过滤器。
在正常运行时，主泵组的两个45KW电机运转，输出90KW功率，若压力表检测到系统失压，会通过电控模块开启备用泵组，并发出检修信号，提示检修主泵组。
动力模块提供的流量进入下面的总控模块，总控模块包括保护阀，总控制阀与节流分流机构。
保护阀供能在最后的极限位置保护机构部分会着重解释，总控阀实现油缸A、B的同步运行或异步运行。
总控模块后接分流机构，分流机构在此处着重说明，在初步设计时我查阅了相关的论文与设计，了解到了现今主流的同步回路主要有下面三种实现方法： 1、油路并联，且每路各接一个节流阀，实现各路流量一致。
2、利用伺服阀、传感器与电控系统，通过电控系统的控制算法实现精确分流。
3、使用分流集流阀，利用其机械结构按比例分流集流，实现同步。
对比上面三种方法，利用多节流阀的方法是最简单的方法，但是在实际应用中会遇到一定问题，多个节流阀之间往往很难保证一致性，故调试与安装较为复杂，且稳定性不高。
液压缸并联的同步回路实验报告
液压缸并联的同步回路实验报告实验目的液压缸并联同步回路是液压控制系统中非常重要的组成部分。
本实验的目的是探究并联同步液压缸的工作原理，实现多个液压缸的同步运动，并研究不同工作条件下系统的响应特性以及系统参数的影响。
实验设备1. 液压缸并联同步回路2. 操作台面及油源调节阀3. 液压油泵、压力表、溢流阀、油箱等液压元件4. 面积相同的两个液压缸实验原理在液压控制系统中，液压缸并联同步回路是达到多个液压缸同步运动的一种方式。
液压缸并联后，每个液压缸都能得到相同的油量，从而实现同步运动。
当其中一个液压缸速度发生改变时，系统会自动调整液压油的供给量，以确保液压缸之间的同步性。
该系统通常由电磁阀、油泵、油箱、压力表、溢流阀、液压缸、同步回路等液压元件组成。
实验步骤1. 将液压缸并联同步回路放置在操作台面上，并连接油泵、溢流阀和液压油箱。
2. 让液压泵开始运转，并将油泵的压力表连接到系统中的进口部分。
3. 分别将面积相同的两个液压缸连接到同步回路中，并调整溢流阀，使系统的最高压力不超过设计值。
4. 在液压缸并联同步回路的端口上连接压力和流量传感器，以记录压力和流量的变化。
5. 通过操作电磁阀，控制液压缸的进油和排油，观察液压缸的运动轨迹和同步性。
6. 改变液压缸的工作条件，如工作压力、液压油的流量等，记录系统的响应特性以及系统参数的影响。
实验结果分析在不同的工作条件下，液压缸并联同步回路的响应特性会发生改变。
当系统的工作压力较低时，各液压缸的运动速度会逐渐减缓，导致液压缸之间的同步性下降。
而当系统的工作压力较高时，各液压缸的运动速度会增加，同步性会得到改善。
同时，在系统的流量变化较大时，也会影响液压缸的同步性。
因此，在设计液压缸并联同步回路时，需要对系统的工作条件进行充分考虑，并结合流量和压力的变化，优化系统的特性和参数。
结论通过本次实验，我们探究了液压缸并联同步回路的工作原理，实现了多个液压缸的同步运动，并研究了不同工作条件下系统的响应特性以及系统参数的影响。
液压传动与控制习题及答案
液压传动与控制习题1 液压传动概述思考题与习题1-1 液压传动系统由哪几个基本部分组成?它们的基本功能是什么?试用示意图说明。
1-2 试比较液压传动与机械传动和电力传动的主要优缺点。
1-3 用附录A中液压系统图形符号表示图l-l的液压千斤顶原理图。
1-4说明图1-2所示的机床工作台传动系统，若用机械传动来实现同样功能，至少应由哪些部分和零件组成，试用简图表示之。
1-5 如图1-1所示,某液压千斤顶(设效率为1)可顶起10t重物。
试计算在30MPa压力下，液压缸7的活塞面积A2为多大？当人的输入功率为100w时，将10t重物提起0.2m高所需的时间为多少？2 液压传动中的工作液体思考题与习题2-1说明工作介质在液压传动系统的作用。
2-2粘度有几种表示方法？它们之间的关系如何？2-3什么是乳化液？其有哪些类型？各自的特点如何？2-4 对液压工作介质有哪些基本要求？试说明理由。
2-5 在矿物油类工作介质中，有几种常用的工作介质？它们的性能和适用范围如何？2-6 什么液压工作介质的粘温特性？用什么指标来表示？2-7 液压工作介质中的污染物是如何产生的？2-8 为了减少液压工作介质的污染，应采取哪些措施？2-9 什么是气蚀现象？它有哪些危害？2-10 什么是液压冲击？举例说明其产生的过程。
3 液压流体力学思考题与习题3-1 流体静压力有那些特性？3-2 什么是定常流动？举例说明3-3流管具有什么特性？并进行证明3-4 比较微小流束和流线两个概念的异同3-5 什么流动阻力、沿程阻力和局部阻力？3-6 如图3-22所示，断面为50×50cm2的送风管，通过a、b、c、d四个50×50cm2送风口向室内输送空气，送风口气流平均速度为5m/s,求通过送风管1、2、3断面的流速和流量。
面高出管道出口中心的高度H =4m ,管道的损失假设沿管道均匀发生，v h 32=。
4-3 什么是齿轮泵的因油现象？有什么危害？怎样消除？4-4 减小齿轮泵径向力的措施有哪些？4-5 提高高压齿轮泵容积效率的方法有哪些？4-6双作用叶片泵定子内表面的过渡曲线为何要做成等加速-等减速曲线？其最易磨损的地方在进液区还是排液区？4-7 简述斜盘式轴向柱塞泵的工作原理和手动伺服变量机构的变量原理。
双缸同步提升电液系统建模和控制
图 １ 示 的双缸 管排 同步提 升 电液 系统 ，每个 所 液压 缸都 由各 自独立 的 比例 阀控 制 ，其 主要 液压 回
路如 图所 示 。为实现 管排 的精确 堆 放 ，一个 两级控
制器将 用 于系统 的同步控 制 。该控 制器外 环 级采用
ｆ●● －
ｏＸｏ —— 液压缸 的稳 态负 载压 力 ， ６ ］
— —
ｆ — — 第 ｉ个 液 压 缸 的 无 杆 腔和 有 杆 腔 面 ｌ ， 恐
积 ，ｉ １２ ＝ ．
液压缸 的期 望 负载力
Ｖ ＝ １ Ｆ ２ ｐ ［ ｐ ］
而—— 第 ｆ 液压 缸沿 竖直 方 向的位移 个 ｍ — — 第 ｉ 液压 缸 的活塞杆 质量 ，ｉ １２ ｆ 个 ＝ ．
中 图 分类 号 ：Ｔ ３ １ Ｐ ９
电液 比例控制
运动 同步
非线性控制
鲁棒控制
０ 前 言
由浙 江 大 学 自行 研 制 的管 捆 智 能成 形 电 液 伺 服 系统 【，是可按 程序 设 定要 求 自动将 重 载钢 管分 Ｊ Ｊ
同步 和单 缸跟 踪控制 ，即可 以有 效实现 管 排 的精 确 堆放 。 目前 该 设备 已在 天津钢 管 公司 的精 整线 上投
式中
‰—— 负载 质心 沿 竖直方 向的位移
— —
负载 的质 量
ｇ ——重力加速度 第ｉ 个液压 缸 活塞杆 的 受力 ，ｉ １ ２ ＝ ，
— —
厶—— 对质 心 的力臂 ，卢ｌ２ ，
２０ ０ ２ 到初稿 ，２０ ０ ２ 到修 改稿 ０６ ２０收 ０６ ７０收
维普资讯
入使 用 。
双缸同步回路仿真分析与实验研究
１３ 调 速 阀同步 回路 ．
精度 ， 得 两个 液 压 马达 的流 量 基本 相 同 ， 而 实 现两 使 从 缸 同步运 动 。若 其 中一个 液压缸 先 到达终 点 。 由于 两个
Ｈｖ ｒ ｕ ｉ ｓＰ ｅ ｍａ ｉｓ＆ Ｓ ａ ｓＮｏ８ ２ １ ｄａ ｌ ｎ ｕ ｔ ｃ ｃ ｅ ｌ／ ． ．０ ２
双 缸 同步 回路仿 真分 析 与 实 验研 究
傅 晓云 ， 忆文 ， 书 广 潘 灵 永 卢 吴 ，
（． 中科技 大 学 Ｆ Ｓ Ｏ气 动 中心 ， 北 武 汉 １ 华 ＥＴ 湖 ４ ０７ ３ ０ ４；
图 ２ 串 联 同 步 回 路 图 ３ 调 速 阀 同 步 回 路
过 信号 发 生器 和 力转 换信 号 。将两 个液 压 缸 负载 均 设
为 ３ ０ Ｎ， 持续 不变 。 ０ 且 ２ 选取仿 真 时 间为 ２ ｓ 时间 间隔 ５， ０Ｉ 。 ． 其他参 数 为默认值 。 ｓ
分 别 设 置 草 图模 式 （ ｋ ｔ ｄ ） Ｓ ｅｃ Ｍｏ ｅ 、子 模 型 模 式 ｈ
对 设 计 的液 压 双缸 同步 回路 进行 仿 真 ，并否 满 足要求 。
图１ 刚 性 连 接 同 步 回 路
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ８ ２ １— ６ ０
作 者 简 介 ： 晓云 （９ ０ ） 男 ， 北 宜 昌 人 ， 教 授 ， 士 ， 要 研 究 方 向 傅 １７ 一 ， 湖 副 博 主
Ｆ Ｘｉ － ｕ Ｕ ｉ ｅ Ｕ ａ ｙｎ ， Ｙ－ ｎ， ｏ Ｌ ｗ
Ｓ ｕ ｇ ａｇ，ＡＮ ｉ －ｏ￣ ｈ －ｕ ｎ ２ Ｐ Ｌｎ ｙｎ ｇ
双液压缸位移同步的PID控制
关键词 ： 机械 设 计 ； 液压 机 ； 液 压缸 ； 同步 ； Ｐ Ｉ Ｄ 控 制
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ３ １ ５ ． ４ １ 前 言 文献标 识码 ： Ａ
在 和将来 的主要 信息 。 通 过 对 比例 带 、 积 分 时 间 常 数 和微 分 时 间 常 数 的适 当 调 整 ，可 以达 到 良好 的控 制
统输 出上下 波动 ， 即发生 振荡 。 ③ 比例 系统 的确 定 是 在 响 应 的 快 速 性 与 平 稳 性 之 间进 行 折 衷 。④ 比例 调
节基于 偏差 ， 不可 能完全 消除偏 差 。
３ ． ３ 积 分 控 制 的 特 点
① 只要偏 差不 为零 ， 偏 差就 不断积 累 ， 从 而使 控 制量不 断增 大或减 小 ， 直 到偏差 为零 。 ② 积分作 用一 般 和 比例 作 用 配 合 组 成 Ｐ Ｉ 调 节 器 ，并 不 单 独 使 用 ，
＃ Ａ
图 ６ 比例带作用
Ｄ１ ４ ０ ２
应 时间来定 ， 如 果 系 统 响 应 比较 快 ， 则采样 周期 可设
ＭＯ Ｖ（ ０ ２ １ ）
＃２ Ｄ１ ４ ０ ３
短一 些 ， 反之则 可设 长 一些 ， 本 台设 备设 定 为 ＃ ３， 对 应 ３ ０ ０ ｍｓ的 采 样 周 期 （ 时 间 单 位 由 Ｄ１ ４ ０ ６的 位 ０ ４ ～ ０ ７定 ， 本 台设 备 设 定 为 ９ ， 单位 为 １ ０ ０ ｍｓ ） 。
位 移状况 反馈 给系统 ，系统通过 Ｐ Ｉ Ｄ时 时 进 行 调 节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
比 例 流 量 阀 的 开 口 ，保 证 两 只 独 立 液 压 缸 位 移 高 精
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一种两缸并联液压同步控制回路系统的改进设计
作者：张洋
来源：《广告大观》2019年第10期
摘要：介绍了一种基于新型控制阀下的两缸并联液压同步控制回路的改进设计，该设计有效解决了大载荷下，两缸并联液压系统的同步控制问题。
关键词：两缸并联;液压同步;控制回路
一、研究问题的提出
主井液压吊箕斗装置是由两个液压缸和一套液压泵组成，主要担负着主井检修时吊箕斗工作，其工作过程是，先将箕斗停在正常工作位置后，利用液压吊箕斗装置将整个箕斗吊起来，然后进行各种检修工作。
但由于箕斗的体积和重量较大（箕斗容积m3：长*宽*高
22m*15.5m*11.3m;箕斗自重22吨），因此采用了两个液压缸并联进行工作的液压吊箕斗装置。
其液压工作原理图见图
但现在我矿所使用的液压吊箕斗装置中，两个液压缸不能进行同步作业，当遇到两个液压缸不同步的现象时，检修工作更加困难。
严重时，造成过箕斗侧翻。
给检修工作带来很多不安全隐患，费时费力又达不到安全、快速的检修要求。
成为一个难以解决的问题。
因此，必须要对液压吊箕斗装置进行重新设计和改造。
二、分析问题及解决方案
针对两个液压缸不同步原因的分析，主要是箕斗的重量分布不均，导致两个液压缸所承受的负荷不同而引起的其工作速度快慢不同。
考虑到箕斗整体的体积和重量较大，如果采用其他
方式进行吊箕斗作业，将面临作业空间狭小的压力和由此带来的新的技术问题和成本增加的问题，因此，仍然保留了现有的吊罐装置，通过对现有吊罐装置的改进，是可以解决两个液压缸不同步工作的问题。
其改进方法是：
将现有的两个液压缸的控制方式由原来的单独控制，更改为由一组控制阀控制，并在两个液压缸的控制回液线路上分别安设一个同步阀，将同步阀的接口分别与控制阀和液压缸的液压线路接口连接，则硬件改造工作即告结束。
工作原理图见图
三、系统工作原理
系统工作原理如图2所示，在初始位置时，同步阀阀芯在中间位置，当两个液压缸开始工作时，液压油P分别由控制阀进入同步阀体内，在阀芯的作用下，分成两路分别通过A、B阀口进入与其相连的液压缸内，推动液压缸活塞杆运动。
与此同时，控制回路侧液压油经C/D阀口通过同步阀，流回控制阀内。
当液压缸的负载压力发生变换时，负载压力增大侧的液压缸的控制回路中流量下降，而另一个液压缸的流量则上升，从而导致了两个液压缸的位移不同步。
而同步阀则可以通过阀内的流量传感器实时的对两液压缸的流量进行监控，当发现两缸回液流量不同时，流量传感器通过阀内的驱动程序推动阀芯移动从而调节阀的开口，控制两液压缸的流量，使两液压缸的位移达到一致。
四、液压同步阀的基本原理与建模
1.换向活塞式同步阀的工作原理
同步阀的工作原理可简单概括为压力负反馈原理，即当负载压力发生变化的时候，换向活塞会根据情况做出相应的动作，通过改变变节流口的大小从而满足要求。
同步阀有两种工作状态：分别是分流工况和集流工况，下面以分流工况为例做简单介绍。
当同步阀处于分流工况时如图1所示，A、B口为出口。
图中a腔、b腔油室分別与左端、右端弹簧腔相通。
由对中弹簧保证阀芯处于中间位置，压力油由 P口流入，流经固定节流口分别流向a、b两腔，当A、B两端压力相等时阀芯处于中间位置，当外负载不相同时，若 A口的压力增加，在阀芯未动作，两支路总液阻相等时引起a腔的压力瞬时增加，这样（p0-p3）<（p0-p4），就会导致输出流量q1<q2。
此时a、b两腔的压力被分别反馈到左右两个弹簧腔中，形成p1、p2两个大小不同的压力。
由于p1< p2，则阀芯向左移动，左边可变节流口的开口度变大，液阻减小，右边可变节流口开口度减小，液阻增大，于是 q1 增加，q2减少，直至q 1 = q2，p1= p2，阀芯重新受力平衡，两个执行元件的运动速度同步。
固定节流孔起到检测流量作用，它将流量信号转化成压力信号反馈给左右弹簧腔。
而可变节流口则起到压力补偿作
用。
其过流面积的大小受 p1、p2反馈作用控制。
集流工况与分流工况原理相似，只是出口与入口刚好相反。
2.同步阀建模
如图2所示为同步阀原理简化图，由于分流工况与集流工况仅仅是输入与输出的方向相反，在此只介绍分流工况的模型，利用液压元件设计模块，我们可以得到同步阀的模型，如图3所示。
3.仿真分析
本系统根据液压缸实际工作情况，将两端负载压力差分别调至0MPa、6.3M Pa、20MPa和30M Pa，公称流量为50 L /m in。
得到如图4曲线。
3.1; 阀芯位移曲线
从图4中我们可以看到，随着两端负载压差变大，阀芯位移也增加，且阀芯的动态响应时间也相对延长。
当两端负载压差在30MPa时，阀芯将近0.5s时平稳了，平稳后的阀芯大约在0.31cm的位置静止，而阀芯初始的开口度为 0.35cm，可见，此时左侧几乎完全关闭。
从图中还可以看到，阀芯起初振动幅度较大，之后则很平缓，直到静止。
从其放大图中也可以清楚地看到这一特点，说明同步阀的动态性能比较好，响应快。
3.2; 流量曲线和速度同步误差
如图5所示为在4种压差作用下的同步阀两端出口的流量曲线，根据坐标取值，当两端负载压差为0时，如图5a所示，两端流量仍有微小误差，这主要是由于制造精度引起的，图5b 为负载压差为6.3MPa时，阀芯稳定后的流量，图5c为负载压差为20MPa时阀芯稳定后的流量，图5d为负载压差为30MPa时的流量。
从图5 c、d上我们可以看出，随着复杂压差增大。
两端流量差呈上升趋势。
根据坐标取值可以分别计算出4种压差下的同步阀的速度同步误差，对比得知，同步阀模型正确，参数设置得当。
3.3; 压力损失曲线
如图 6 所示为同步阀入口压力和左右两腔压力，根据坐标取值我们可以看到平稳后压力损失将近0. 8Mpa，左右两腔压力有微小差别，根据压力损失的定义，我们可以计算出平稳后的同步阀的压力损失为：
Δp= pS-p2= 0.789 M Pa
由此可见，同步阀的压力损失很小。
五、结论
本设计采用一种新型的液压控制阀，即同步阀，利用该阀具有流量变化感应前置级和负载偏差感应级两部分，分别感知流量和负载变化，因而能大幅度的适应流量（3-5倍）和负载的变化范围，将高压油均分为相等的两部分，具有很高的分流集流精度和很强的适应能力，从而达到高精度同步控制，同步阀的特性分析结果显示其能够实现两液压缸的高精度同步控制，并具有一定的抗干扰能力。
本系统的改造工作在液压控制系统中仅增加了同步阀，虽然投入不大，但收效良好。
实际运行情况表明，整个工作系统运行平稳，适应性强，达到了改进的目的。
此次改进，值得在矿山检修或更换箕斗及罐笼等高、大、重型设备上借鉴和应用。
（作者单位：铁法能源公司大兴煤矿）。