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２０１５ 年 １０ 月 第 ４３ 卷 第 ２０ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｏｃｔ ２０１５ Ｖｏｌ ４３ Ｎｏ ２０ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１５ ２０ ０４５ 收稿日期 ２０１４－０８－２７ 作者简介 张帅君 （１９８６）， 女， 学士， 助理工程师， 研究方向为液压传动技术、 机械传动技术等。 Ｅ－ｍａｉｌ ｊｙｚｈａｎｇｓｈｕａｉ⁃ ｊｕｎ＠ １６３ ｃｏｍ。 液压同步系统和液压制动系统在行走马达上的应用 张帅君， 赖雨薇， 刘会涛， 高伟航， 张庆勇， 苏伟民 （广东精铟机械有限公司， 广东佛山 ５２８２４１） 摘要 介绍一种可同时实现液压同步和液压制动的回路， 通过具体实例说明如何实现同步和制动的功能， 并且最大可 能实现结构简单、 经济实用和安全可靠。 关键词 液压同步； 液压制动； 同步精度 中图分类号 ＴＨ１３７ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１５） ２０－１３４－２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｗａｌｋｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕａｉｊｕｎ， ＬＡＩ Ｙｕｗｅｉ， ＬＩＵ Ｈｕｉｔａｏ， ＧＡＯ Ｗｅｉｈａｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇｙｏｎｇ， ＳＵ Ｗｅｉｍｉｎｇ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｊｉｎｇｙｉｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｆｏｓｈａｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８２４１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｌｏｏｐ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂｒａｋｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｈｏｗ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘａｍｐｌｅ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｏｐ ｈａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｕｔｍｏｓｔｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ； Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂｒａｋｅ； Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｅ 在工程技术的发展过程中， 液压技术在工程领域 的应用范围不断扩大。 对于大型设备， 由于设备具有 提供的负载能力大、 机构体积大、 动作惯性大等特 点， 无法在同一位置布置足够的动力源， 或者需要可 靠的制动系统， 所以需要液压同步和制动功能以及相 关辅助设备实现上述要求， 并保证同步精度和制动安 全性。 文中以大型龙门吊行走马达液压控制原理为例， 详细介绍液压同步系统和液压制动系统在此的应用。 液压同步系统是指依靠一系列液压元件使两个或 多个执行元件在运动过程中保持位置同步或速度同 步。 液压同步系统具有结构简单、 响应速度快、 易于 控制和布置、 适用于大功率场合等特点［１］。 液压同步 系统的实现方式分为刚性连接方式和柔性控制方式。 同时， 液压同步精度受到液压油黏度变化、 渗入空 气、 泄漏和液压元件制造、 性能差异等影响， 需要得 到有效的控制。 如今已经存在各种液压同步系统的成 功设计， 在实际生产过程中， 根据设备自身特点、 成 本、 安全性等要求， 选择或设计能实现设备功能的最 优方案变得尤为重要。 液压制动系统是指在液压执行元件带动部件运动 的液压系统中， 由于运动部件具有惯性， 要使液压执 行元件由运动状态迅速停止， 仅依靠液压泵卸荷或停 止向系统供油仍难以实现制动， 所以需要利用液压控 制元件如溢流阀等在液压执行元件的回油路上产生背 压， 使液压执行元件受到阻力矩而被制动［２］。 在实际 工程应用中， 为了确保有效的制动系统， 一般采用机 械制动和液压制动相结合的方式。 １ 工作原理 液压控制原理图如图 １ 所示， 行走马达 ６ １、 ６ ２ 分布在龙门吊两侧， 沿轨道同时推动吊车移动， 由于布置轨道的条件限制， 轨道存在一定的坡度， 吊 车在行走及驻留工况时需要安全可靠的制动系统。 图 １ 液压控制原理图 １ １ 液压同步回路功能实现 两个行走马达采用刚性连接和柔性控制相结合方 法实现同步功能。 在两个行走马达之间使用刚性梁连 接， 实现机械联接的液压同步［３］。 同时， 为了提高同 步精度、 防止出现卡死现象， 在液压控制系统中采用 与刚性连接同步的柔性控制方法。 如图 １ 所示， 当两个液压马达行走位移不同， 行 走液压马达 ６ １ 行程大于 ６ ２ 时， 液压马达 ６ １ 主油 路压力升高， 此时溢流阀 ５ １ 或 ５ ２ 被打开， 卸载多 余流量， 直到液压马达 ６ １ 主油路压力与系统溢流阀 压力相同后， 溢流阀 ５ １ 或 ５ ２ 自动关闭； 液压马达 ６ ２ 由于被动地由液压马达 ６ １ 拖动， 同时由于负载 较大， 惯性增加， 液压马达 ６ １ 由马达工况转化为油 泵工况， 单向阀 ４ ３ 或 ４ ４ 自动从油箱补油， 直到两 个液压马达行走位移相同时， 单向阀 ４ ３ 或 ４ ４ 自动 停止工作； 当行走液压马达 ６ ２ 行程大于 ６ １ 时， 液 压马达 ６ ２ 主油路压力升高， 此时溢流阀 ５ ３ 或 ５ ４ 被打开， 卸载多余流量， 直到液压马达 ６ ２ 主油路压 力与系统溢流阀压力相同后， 溢流阀 ５ ３ 或 ５ ４ 自动 关闭； 液压马达 ６ １ 由于被动地由液压马达 ６ ２ 拖 动， 同时由于负载较大， 惯性增加， 液压马达 ６ ２ 由 马达工况转化为油泵工况， 单向阀 ４ １ 或 ４ ２ 自动从 油箱补油， 直到两个液压马达行走位移相同时， 单向 阀 ４ １ 或 ４ ２ 自动停止工作。 通过以上动作实现刚性连接和柔性控制相结合的 同步功能， 同时能够提高设备的同步精度。 １ ２ 液压制动回路功能实现 对于大型设备， 安全性和可靠性是至关重要的， 所以在吊车制动设计中， 使用机械制动和液压制动混 合形式， 形成双保险以达到制动效果。 如图 １ 所示， 设备开始减速时， 换向阀处于中 位， 由于设备载荷大， 容易产生极大的惯性矩， 行走 液压马达 ６ １ 和 ６ ２ 由马达工况转为油泵工况， 单向 阀 ４ 从油箱吸油， 液压马达 ６ １ 和 ６ ２ 出口产生高 压， 溢流阀 ５ 自动打开， 从而实现缓冲和制动作用； 同时， 制动油缸 ７ １ 和 ７ ２ 前腔与油箱连通， 活塞杆 通过弹簧作用力伸出， 实现制动效果。 由于液压马达行走轨道无法避免存在一定的坡 度， 液压系统设定为当换向阀 １ 左位工作时， 设备处 于上坡工况， 抗衡阀 ３ １ 和 ３ ２ 使液压马达 ６ １ 和 ６ ２ 出油口保持一定的背压， 从而防止在减速过程中 出现设备因自重而下滑危险。 ２ 应用特点 液压同步系统和液压制动系统在工程领域中的应 用非常广泛， 从材料加工、 运输领域、 工程应用等， 有着越来越广阔的前景。 文中使用案例是以液压同步系统和液压制动系统 相结合的设计方法， 根据设备的使用条件和工况， 选 择既能达到使用要求同时满足经济效益的控制方法。 其中液压同步系统采用刚性连接和柔性控制相结合方 法以满足同步精度要求和经济性要求； 液压制动系统 采用机械制动和液压制动相结合的方式以满足安全性 要求； 同时根据设备行走过程具有坡度的工况， 增加 抗衡阀用于防止在减速过程中出现下滑危险。 此案例 最大的特点是相同阀实现 ２ 种功能 如图 １ 所示， 单 向阀 ４ 和溢流阀 ５ 在液压同步系统和液压制动系统均 能得到应用， 这种设计方法使液压系统更加简单、 减 少泄漏、 增加经济性等； 同时， 控制阀组直接安装在 行走液压马达进出油口处， 减少其他干扰影响同步和 制动效果， 防止因管件泄漏而引发安全事故； 两个行 走马达 ６ １ 和 ６ ２ 之间形成互不干扰回路， 提高了液 压系统的安全性［４］。 ３ 结论 我国的液压同步技术和液压制动技术在逐步完善 和不断发展， 又因其具有结构简单、 响应速度快、 安 全可靠等特点而展现了良好的应用前景， 并在工程技 术发展中起到了至关重要的作用。 液压同步系统和液 压制动系统的设计方案有几十种， 现今液压同步系 统有容积控制方式、 伺服控制方式和流量控制方式 等， 液压制动系统有压力控制方式、 流量控制方式 和远程控制方式等， 每种控制方式的同步精度、 响 应时间、 制动力矩都不尽相同， 因此设计过程中始 终存在精度和成本的矛盾。 所以在设计时应注意满 足设备要求， 从经济性角度上考虑不应设计为过高 的要求。 随着机电一体化技术、 计算机技术和自动化技术 的发展和应用， 液压同步技术和液压制动技术将得到 更好的发展， 并在更广泛的工业领域获得推广。 参考文献 ［１］ 张绍九．液压同步系统［Ｍ］．北京化学工业出版社， ２０１０１－１７． ［２］ 成大先．机械设计手册第 ４ 卷［Ｍ］．北京化学工业出版 社，２００８５１－２４１． ［３］ 陈红锋．几种液压同步回路的设计应用［Ｊ］．机械工程 师，２０１３（３）１２５－１２７． ［４］ 李壮云．液压元件与系统［Ｍ］．北京机械工业出版社， ２０１１３０１－３０２． ５３１第 ２０ 期张帅君 等 液压同步系统和液压制动系统在行走马达上的应用
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