同步缸应用实战.doc

同 步 缸 应 用 实 战
江苏海门市油威力液压工业有限责任公司 226100 杨殿宝
Application of Synchronizer
Haimen Youweili Hydusty Co.Ltd Jiangsu,China 226100 Jack.
摘 要：在同步缸回路的设计、制造、调试、维护过程中需要注意多方面问题；平衡负载回路中产生的能量损失不容忽视，应加以回收利用，不但起到节能效果，而且在不使用比例阀的情况下，也能减小启动与制动过程中的冲击。是值得推广的设计思路。
关键词：同步缸，平衡回路，节能 ，细节
Abtract:design of fluid drive must be careful in allround;callback and using are goog ider for arrester without well-proportioned control.
Key Words: synchronizer，arrester，economy，minutia

前言：
由于液压传动自身的诸多优点以及目前电液一体化控制的实现，越来越多的液压系统正取代老旧的机械传动，同时向更多和更广的范围快速延伸。而它使用的广泛性和专业性，对液压系统的性能提出了越来越高的要求。《液压系统同步性设计》一文已对液压回路中同步机构这一支做了初步探讨；目前，不少厂家同步缸系统调试中费时费力还是难以达到理想精度，由于同步缸的使用涉及多方面知识，限于本人经历、学识、时间限制，小文仅就同步缸的使用做一点基础阐述，希望在某些局部抛砖引玉。
正文：
同步回路的功用是保证系统中的两个或多个液压缸(马达)在运动中以相同的位移或相同的速度(或固定的速比)运动。同步运动分速度同步和位移同步两类,一般情况下所说的同步是指同样型号的油缸位移同步（这也是速度同步的一种特例），同步要求决定了同步方式的选择。目前，同步缸在较理想条件下的精度达到±3%—±0.5%（比如KISSON产品).
影响同步精度的主要因素：
l 介质的粘度和温度
l 负载的不均衡度(包含可能的导轨和链接部分扭矩）
l 系统工作时的压力级别（压力越高内泄漏越大、差越小同步精度越高）
l 系统总流量（系统总流量控制在同步缸所需总流量的60%~80%之间）
l 同步缸和液压执行器的加工精度
l 安装调试规范性

采用同步缸的同步回路属容积式同步回路。目前在国内的使用相对较少，优点集中表现在同步精度上，理论上液压执行器与同步缸加工精度决定了这个数值，因为国内使用的同步缸和液压执行器多为自制，基于目前多数厂家的设备情况，必须保证加工精度。
在同步缸回路设计中应优先考虑三点：一是消除积分误差。在同步缸回路中，液压执行器与同步缸加工精度固然很重要，安装、调试、检修质量也是影响同步精度的关键因素，怎样通过液压回路与电气控制消除积分误差，实现机械归零是同步缸回路中应该考虑的问题，因为这将影响设备自动化程度，也是实现绿色液压的要求。二是考虑能量回收。大多数同步缸回路中液压执行器都是垂直放置的，这种使用方式就是位能回收利用的先决条件。同时位能回收也是减小系统冲击和降低系统压力的有效途径，符合绿色液压、节能液压的设计方向。三是关键阀的选择要求零泄漏。下面是一个比较典型的回路图：
l 油缸上行：压力油经过单向阀2、换向阀1、单向阀6、进入同步缸10，上腔经过换向阀回油入油箱。
l 油缸下行：压力油经过单向阀2、换向阀1、进入液压执行器有杆腔，无杆腔油返回同步缸并使之回退，回油经过换向阀7进入蓄能器5，使蓄能器中压力升高，同时形成限速阻力，在此过程中，负载的位能被蓄能器回收并储存。随着重物下降，蓄能器中压力升高，当达到打开平衡阀4的压力时，油液通过平衡阀回油到油箱（蓄能器不再回收压力），在该阶段，油泵可以低负载运行。
l 负载（重物）上升时，负载靠蓄能器压力释放上行并保持一定速度，当蓄能器压力降到低于卸荷阀3设定压力时，卸荷阀关闭，油泵开始向系统供油。
l 球阀11的功用是当液压执行器位移误差超过某设定值时得电，消除误差积分（使机械归零）。

设计制造注意事项
同步缸回路由于其特殊性需排尽液压执行器与同步缸之间气体，因此在液压执行器、同步缸、管路相对的高点需设置排气阀门。建议安装排气式测压接头，不但易于操作，能在调试、检修时检测压力，也能保证排气后空气不返回管路致使达不到排气效果。因为同步缸回路的工作原理，一般情况下，同步缸缸径都较液压执行器缸径大，这就要求同步缸全部伸出后、液压执行器应该保证有10mm-20mm余量行程，避免形成“增压缸效应”；同样的原因有必要在同步缸系统出口支路设置安全阀，并且根据工况、负载合适调节；如果负载较大（流量较大）对于安全阀需要加流量阀来控制流量。安全阀的压力高出负载压力15-20bar（所有安全阀设定应参照统一标准执行），系统供油压力应比安全阀压力高出10bar,.如果同步缸对应的是垂直单杆油缸，同步缸竖直安装效果更佳。
通常液压执行器进口部分机构如图示：设计中必须认真校验负载提升压力，防止B值（对应受力面积）过小致使液压执行器不能动作。由于回路机构的特殊性，实际操作中可以让活塞杆回程不能到达最末端（这个目的的实现可以由机械安装机构设计或液压执行器的本身机构设计完成）。这样做不但有利于排气方便，更能保证所有液压执行器每次启动时平均受力，避免产生受力偏向。在此基础上实现机械归零，就能缩短调试时间、减小调试难度、有效保证同步精度。
由于该回路中要求严格的密封效果，在加工油路块和配管时要求认真有效的去除毛刺、焊渣等异物，所有滤油器、密封件都必须与介质相容。设计中有效控制和验算系统温升，根据选用的泵阀性能和要求选择粘度相对高的液压介质。
在行程大精度高的场合，如确有安装导轨的需要，注意不能因为安装导轨而使同步缸产生不同的摩擦负载，使导轨摩擦也成为影响同步精度的因素之一。

安装检修注意事项
同样基于同步缸系统的特殊性，对于此类系统的安装与维护也提出了一定要求，大致如下：同步缸、液压执行器以及之间管线必须保证零泄漏（密封方式选择和管夹的合理设置）；同步缸、液压执行器之间管线排布必须合理规划，否则也会影响同步精度：管道的压力损失是比较大的，当这种压力损失与负载偏置、安装误差叠加在一起，就将在管道内产生较大压差，这种压差对于相对刚性连接的机构（如舞台，电梯，升降台）会产生“憋劲”，严重时，液压执行器将不能动作。在设计、装配液压执行器时要注意控制精度，尽可能的将管路远近距离、弯管形式、管道通经等配置的一样好。这也是基于介质影响同步精度的需要，管路中空气的多寡直接影响了介质的弹性模量，所以新系统和检修后的系统一定要保证充分排气。在同步缸系统中一般都设置安全阀。合理调节安全阀十分重要（一般设定较液压缸工作压力高15MPa-20MPa),由于安全阀的存在，要求负载不能过分偏载；还有一个值得注意的是：负载的连续性也很重要，长时间不用可能导致空气混入管路中，液压执行器使用寿命与库存时间的差异都会造成较大同步误差。
对于同步系统都有同样的要求，就是油液理化性质的保证和清洁度的保证，油品质量的好坏是系统是否能有效维持现有同步精度的前提。因为这将直接保证、维持同步缸和液压执行器的现有加工精度以及密封件的有效寿命。
排气方法（参照同步缸回路原理图描述）：
l 换向阀1中Y2得电使同步缸伸出到底（此时为手动操作，液压执行器不得带负载）。
l 设定系统输出压力为理论负载的30%-50%，换向阀5中Y3得电，使油液进入同步缸与液压执行器之间管路,使空气从液压执行器的排气阀处排出，以液压介质线状流出为标准认定气体排尽，停止排气。
l 设定系统输出压力为理论负载的100%，使液压执行器伸出（如果不能伸出，请检查机械连接、管路零泄漏、整定安全阀、提高系统压力），液压执行器全部伸出后，可通过负载再次排气（如图中大腔通过放气阀回油到油箱）。
l 液压执行器再次全部伸出后，现场校正安全阀压力。
l 液压执行器通过换向阀1切换下落。设备可以进入调试运转状态。
（图中2的作用是防止负载快速跌落，如果阀1是比例伺服阀/伺服阀可以取消）

结束语：
实践告诉我们：同步缸系统在使用中要注意各方面细节，正确掌握使用方法，保证各部件安装精度。只有通过认真、合理的规划和不断积累经验才能缩短调试检修时间和保证系统长期优质工作状态。毕竟，“细节决定成败”，“实践是检验真理的唯一标准”。平衡负载回路中产生的能量损失不容忽视，应加以回收利用，不但起到节能效果，而且在不使用比例阀的情况下，也能减小启动与制动过程中的冲击。是值得推广的设计思路。
参 考 文 献 ：
〖1〗GB/T786.1-93,液压气动图形符号〖S〗
〖2〗四知堂液压设计工作室，2010年产品说明书
〖3〗方桂花，切管机液压平衡回路的节能设计，液压与气动 2006（8）
〖4〗郑雄胜等，变频驱动的起重提升机节能型液压系统设计，液压与气动 2010（6）

4