復合控制的液壓同步系統研究
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1　前言　　多個執行機構的液壓系統，幾乎都有同步運行的技術要求。尤其在重載不平衡的工況下，同步要求更為突出：否則，即會引起設備性能低劣、失效，甚至會嚴重損壞。因此，對同步系統的設計方案、控制方法、同步性能等方面的研究有重要的技術意義。
　　本文根據多年的實踐和試驗，提出一種新型同步系統，該系統在主油路上用泵控方式獲得較高同步性能的基礎上，還設計了一個輔助閥控補償系統。由于閥控補償系統的高控制精度和快速動態響應補償了主油路上因負載變化和不平衡以及泄漏等因素產生的同步誤差，從而使系統具有高同步精度和最大功率利用系數。2　設計方案及工作原理　　新系統如圖1所示。在主油路(主系統)上，由泵元件分別輸入相同(或成比例)的流量到缸5及缸6，即用泵控方式實現了一定精度的同步動作。同時，如改變泵元件的排量，即可改變油缸活塞速度，實現調速控制(有關泵控同步運行問題，已有論文敘述，這里不再詳細介紹)。圖1　　由泵源1、溢流閥2、控制閥3、單向閥4等組成了閥控補償系統。控制閥3可選用比例閥、電液伺服或機液伺服閥等閥件，它的兩個輸出口A、B分別與主系統油路相接，向油缸5、6補償部分油液。當兩缸因負載不平衡(泄漏及幾何尺寸誤差等因素，而出現不同步運行時，則由傳感器、變換電路、比較電路等檢測及比較，得出的偏差值將作為控制信號，驅動控制閥3的閥芯作微小位移(其傳遞路徑如圖上虛線所示)，此時閥口A或閥口B有液壓油輸入缸5或缸6，補償兩油缸的同步誤差。因此，新系統是由泵控主系統和閥控輔助系統組成，是泵和閥復合控制的同步系統。
　　在主油路中，每個油缸能自動適應負載力的變化，是“變壓式”系統，其輸出流量僅受容積效率的影響，不存在節流閥的“壓力—流量特性”，故其同步精度較高。而且，無“節流效應”，它的功率利用系數最高，理論上其效率系數可達η≈1。另外，還應注意到，由于泵的工作容積(總控制容積)大，液壓固有頻率低(見公式)，響應速度較低。又泵控流量增益在工作范圍內近似為常數(僅由泵的變量擺角、幾何參數決定)，由于泵控方式的流道簡單、環節少，其泄漏系數較小，變化量亦小，泵控機構可視作線性元件。
　　在補償系統中，采用閥控方式，控制容積較小，液壓固有頻率較高，響應性能較好。但總存在壓力—流量系數的影響，即在負載的工作范圍內變化時，由于閥組必然會受到節流特性限制，故非線性影響大。閥控方式還存在功率利用系數低的缺點。如在定量泵—溢流閥油源時，最大效率僅為38。
　　在新系統中，輔助閥控油路正好發揮了動態響應快、補償靈敏的優點，而主油路則有功率利用系數高，能量損失小的特點。例如，輔助補償系統的功率設計為全系統功率的10，該系統的功率利用系數理論上可達93.8。可見，用泵控和輔助閥控的復合控制方式的同步系統，在提高同步精度和合理利用能源方面都是十分有效的。3　控制閥的選擇與分析　　(1)零開口三通閥
　　如圖2所示，這類閥的特點是通過閥口A、B作單向補償，即根據同步誤差，由電液轉換或電磁轉換或機械轉換，驅動閥芯位移xv，向缸5或缸6補償液壓油。其補償流量為
　　　(1)圖2或
　　　(2)
其中：Cd—流量系數；　　W—面積梯度；
　　　xv—閥芯位移量；　ps—供油壓力；
　　　p1、Q1及p2、Q2—分別為在兩個主油路上的負載壓力和流量。
　　由此可見，其補償流量(Q1、Q2)與負載壓力(p1、p2)成非線性關系。實際上，零開口閥仍有極小的遮蓋量，存在較小死區，并且制造或改裝較困難。
　　(2)正開口三通閥
　　如圖3所示，圖上u為正開口量，此時，
　　　(3)
　　