為了實現(xiàn)同步功能,根據(jù)傳動方式的不同,可以分為幾種同步方式:機械傳動同步、液壓傳動同步、電氣傳動同步。
同步運動包括速度同步和位置同步兩類。速度同步是指各執(zhí)行元件的運動速度相同,而位置同步是指各執(zhí)行元件在運動中或停止時都保持相同的位移量。
常見的幾種多缸運行液壓位置同步回路如下:
1.節(jié)流閥同步回路
圖示兩個油缸的同步由普通的節(jié)流閥來調(diào)節(jié)。在每個油缸的無桿腔和有桿腔均設(shè)計有節(jié)流閥,可以對每個油缸活塞桿的伸出和縮回速度單獨進行調(diào)節(jié)。為保證同步效果,建議中間管路的布置盡量對稱,這一點也適合以下談到的各種回路。
優(yōu)點:回路簡單,容易實現(xiàn),成本低。如果存在機械剛性連接,同步效果會更好!
缺點:同步精度不高,調(diào)節(jié)流量易受負載變化的影響。
2.調(diào)速閥同步回路
圖示為采用調(diào)速閥同步的回路,每個油缸設(shè)計一個獨立的調(diào)速閥,可以對油缸的速度單獨調(diào)節(jié)。如果多個油缸的布置比較分散,為了減小管路,建議把調(diào)速閥做成缸旁塊的型式,直接安裝在油缸上。
優(yōu)點:由于調(diào)速閥的特性,節(jié)流孔調(diào)定后其前后壓差不變,不受負載變化的影響,因此其同步精度比節(jié)流閥高。
缺點:適用于普通精度要求的場合。
3. 分流馬達同步回路
圖示為典型推薦的分流馬達同步回路設(shè)計。一般來說溢流閥1和單向閥2可以由同步馬達廠商整體提供并設(shè)定好。單向閥3的選擇必須注意彈簧開啟壓力。節(jié)流閥4用于同步馬達速度的控制,對于垂直負載來說,必須是出口節(jié)流。
同步馬達有各種型式,如齒輪式和柱塞式等,同步精度也各有差異。
作為一個獨立的流量控制機構(gòu),分流馬達對于同步誤差不具備直接的測量手段,所以同步誤差只能在液壓缸到達行程末端時進行調(diào)整。圖中液壓回路中安裝的各類閥具有以下一些功能:溢流閥1的目的是防止在液壓缸出口由于壓力過大而產(chǎn)生過高壓力。因此即使回路中只有一只液壓缸已經(jīng)提前完成了整個行程,其它的液壓缸仍然可以正常完成其工作行程。單向閥2和3的作用 是保證分流馬達的每腔分配室都能維持一個大約4bar的最小壓力。
保證系統(tǒng)最小壓力是非常重要的。當(dāng)其中一只液壓缸已經(jīng)完成其全部工作行程時,分流馬達仍然在為其余速度較慢的液壓缸工作。這時,系統(tǒng)的最小壓力就保證了管路相通的速度較快的液壓缸不會發(fā)生吸空現(xiàn)象。
優(yōu)點:分流馬達可以實現(xiàn)多個油缸(部分產(chǎn)品可以達12個油缸)同步,根據(jù)不同馬達類型和不同供應(yīng)商產(chǎn)品制造工藝,同步精度在0.5~5%之間,同步效果不錯。
缺點:具有較高同步精度的分流馬達如柱塞式分流馬達較貴,而且同步效果受油液黏度、流量水平、負載均衡程度等的影響。如果多個油缸在運行過程中的負載很不均衡,不推薦采用分流馬達同步回路,因為其不具有自動補償功能。
4. 由調(diào)速閥+節(jié)流閥(阻尼)補償+位移傳感器等構(gòu)成的回路
圖示為采用調(diào)速閥+節(jié)流閥(阻尼)+位移傳感器的原理參考。在該設(shè)計中,一個主電磁換向閥之后是四個調(diào)速閥,分別控制四個油缸的升降。但是由于負載的不均衡,或者無法確保四個調(diào)速閥完全調(diào)的一致,油缸的位移在運行過程中會有偏差,如果偏差超出可接受值,這時候可以通過每個油缸獨立的“電磁閥+液壓鎖+阻尼”回路對此進行補償,補償是屬于微調(diào)的流量,具體什么時候該補償,補償多少,需要結(jié)合油缸上位移傳感器的數(shù)值通過編程實現(xiàn)。
優(yōu)點:每個油缸可以單獨調(diào)節(jié),與位移傳感器組合實現(xiàn)閉環(huán)控制,實現(xiàn)自動補償,控制精度較高,不受偏載影響。
缺點:系統(tǒng)設(shè)計略復(fù)雜,需要用到位移傳感器,對電氣控制要求更多了。
5. 同步缸同步回路
圖示為采用同步缸的液壓回路參考。每個油缸的速度由調(diào)速閥控制(圖示畫法為節(jié)流閥),同步效果由同步缸保證。作為可選項,為了彌補長期工作之后油缸內(nèi)泄露對同步效果的影響,右邊的獨立閥組用于終點補油,可不定期用。
優(yōu)點:因為每次同步缸動作時排出的體積絕對相等,同步精度高。
缺點:同步缸需要根據(jù)實際系統(tǒng)定制,無標準化產(chǎn)品,通常比較昂貴。
6. 比例閥/伺服閥同步回路
圖示同步回路為采用比例閥/伺服閥的兩缸同步回路。每個油缸對應(yīng)一個比例閥/伺服閥,油缸運行位置由位移傳感器檢測,實現(xiàn)閉環(huán)控制。
通常采用伺服閥同步的回路,也是一個壓力控制回路,即該設(shè)備需要實現(xiàn)“位置控制+力控制”的雙重控制。
優(yōu)點:控制精度高,可達到μm級別的控制,原理通常并不復(fù)雜。
缺點:對電氣控制要求高,需要電氣工程師與液壓工程師共同配合,結(jié)合比例閥或伺服閥的不同特性,實現(xiàn)最優(yōu)的控制策略,才能保證同步效果。