一种重载提升装置的液压同步回路分析
作者：邵晓光吴张永袁锐波赵恩刚
摘要：设计了一种轧钢机机架提升装置的同步液压回路，改同步回路采用了双液压马达调速。叙述了使用这种回路的原因和工作原理。最后通过使用AMESim 软件进行建模，分析了其性能。
关键词：同步回路；双液压马达；AMESim
引言
液压同步回路是一种重要的液压系统基本功能回路，主要分为节流调速同步回路、容积调速同步回路和容积节流调速三大类。而后两种又属于调速回路的特殊形式。本文介绍一种轧钢机机架的提升装置同步液压回路，轧钢机架重约10t 。该回路采用容积调速回路，并使用刚性连接的双液压马达。用AMESim 软件建立了该系统的液压模型，并通过仿真分析了其同步性能。
1 液压系统模型
AMESim 是一种专业的液压系统设计和仿真软件，其所含的丰富的液压元件库十分方便液压系统图的绘制。并且具有出色的仿真分析性能。使用AMESim 建立的机架提升装置的液压系统图如图1所示。为了便于仿真简化系统，省略了原液压原理图中的电磁换向阀，采用直接连接的方式将流量阀1、2与液压源相连接。
图1 同步
液压缸的液压系统模型
2 工作原理及分析
两只同型号的液压缸活塞杆与轧机架两边固定，靠活塞杆的伸出来控制机架的下降和上升。轧机架是装轧辊使用的，其放置的准确与否直接影响到辊轮的安装精度。如果放置不准还有可能毁坏零件，所以机架的吊起和放下都需要两只液压缸处于同步运动状态。从而就要求此提升液压回路为双向同步回路。因为轧钢机机架质量较大（约10t ），属于重载，所以必须使用容积调速才能满足要求。与节流调速回路相比，容积调速具有即没有溢流损失，系统的效率又较高的有点。该回路采用刚性连接的同步液压马达。两只马达结构相同，排量相同，是容积效率较高的柱塞式液压马达。在回路中起到等流量分流装置的作用。流量阀1、2是必不可少的，起到调节液压缸速度的作用。蓄能器有助于向系统中补油以稳定工作压力。
实际使用中液压缸上装有接近开关，以此来控制液压缸的上下位置。液压缸12、13上升时，下腔进油，溢流阀5稳定回油路的压力。当上升到指定位置时，电磁换向阀处于中位，电磁阀为Y 中位机能，油液流回油箱。单向阀7、9将液压缸固定在指定位置。
由于负载很大，且液压缸向下走时作用方向与运动方向一致，会出现失重以至液压缸失去控制造成不同步。所以在回油路上要加平衡阀10和11使回油路上产生油流阻力。当液压缸上升提起载荷时油从平衡阀中的单向阀进入下腔。液压缸下放机架时，液压缸上腔进油，由于进油路上有一定压力，此压力油从控制油路A 、B 进入平衡阀内，将平衡阀主阀芯推开，液压缸排出的油经平衡阀主阀芯开口处排出。如果机架下降过快，超过液压缸的进油量所决定的速度时，将使进油路A 、B 压力降低，这时平衡阀芯在弹簧的作用下使开口量减小，使液压缸回油阻力增加，从而阻止了液压缸下降速度的升高。
需要特别注意的是，该平衡阀不能用二次油口接回油路的远控单向顺序阀代替。因为，在使用中液压泵的压力决定着平衡阀的开度，因此泵的压力脉动将使平衡阀的开度忽大忽小，此外在机架下落过程中，阀芯与阀体的摩擦力，弹簧的振动等都影响平衡阀流量的稳定性。又因为负荷较大，一般的单向顺序阀由于振动将无法使用。因此，该系统中使用的平衡阀必须经专门设计。
为了验证此双向同步液压回路的性能，在AMESim 中进行了仿真。通过仿真可以得到两只液压缸的速度曲线。如果两只液压缸的速度曲线重合或者误差可以忽略，则说明这种同步回路是合理的。
图2 液压缸速度曲线
图2中1为实线代表液压缸12的活塞下降速度，2为虚线为缸13的活塞下将速度。可以看出线1和线2重叠，由此可知其下降速度稳定且同步。在t=140s处速度为零，说明到达最下端，并且有一定的速度波动，说明活塞在到达终点处有冲击，这也是符合实际情况的。在本系统中冲击可忽略，如果此冲击过大还需设置缓冲装置。
3 结束语
以上所述为一种实际生产中的液压同步回路，从使用情况看其同步效果较好。即满足了速度可调的要求，又有有效的锁紧装置，而且平衡阀的应用保证了下放机架稳定可靠。此容积调速回路没有泄漏，有助于节约能源。但由于使用了特别设计的平衡阀和容积效率较高的液压马达所以成本较高，在推广使用还需要与实际情况相结合选择合适的元件。
参考文献
[1]刘忠. 工程机械液压传动原理、故障诊断与排除. 机械工业出版社，2005.
[2]黄海涛. 液压缸同步回路的设计与应用. 流体传动与控制，2006，（5）39-41.
[3]周士昌. 液压系统设计图集. 机械工业出版社，2003.
[4]付永领.AMESim 系统建模和仿真－从入门到精通. 北京航空航天大学出版社，2006.
作者简介：邵晓光（1983－），男，昆明理工大学硕士研究生，研究方向为流体传动与控制。
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