Как синхронизировать гидроцилиндры: 5 проверенных методов и советы экспертов

Синхронизация гидравлические цилиндры звучит просто, пока не попробуешь. Два цилиндра с одинаковой нагрузкой выглядят одинаково, однако после запуска насоса один всегда работает впереди другого. Груз наклоняется, конструкция заедает, и машина перестает вести себя так, как обещал рисунок. После более чем трех десятилетий создания цилиндров для строительного, морского, горнодобывающего и промышленного оборудования мы поняли, что не существует единственного лучшего способа синхронизации цилиндров — есть только лучший способ для вашей машины, ваших требований к точности и вашего бюджета. В этом руководстве рассматриваются пять проверенных подходов и способы выбора между ними.

Почему цилиндры не синхронизированы

Прежде чем выбрать метод, полезно понять, почему цилиндры смещаются. Не существует двух одинаковых цилиндров после установки. Различия в трении уплотнений, прямолинейности штока, зазоре подшипника и даже температуре масла создают небольшие расхождения в расходе. Цилиндр с немного меньшим трением всегда движется первым и продолжает двигаться вперед, пока что-нибудь его не остановит.

Неравномерная нагрузка усугубляет ситуацию. Более тяжелый угол платформы выталкивает больше масла из цилиндра, а более легкий угол позволяет цилиндру вытекать. Без надежного способа поддержания поршней в ногу смещение увеличивается с каждым циклом.

1. Жесткая механическая муфта.

Механическое соединение цилиндров — самое старое и простое решение. В ножничном подъемнике, прессе или короткой транспортной платформе синхронизатором выступает сама подвижная рама. Ни один из цилиндров не может продвинуться дальше другого, потому что конструкция физически препятствует этому.

Плюсы очевидны: никаких дополнительных клапанов, никаких датчиков, никакого тюнинга. Ограничения тоже имеют значение. Рама должна быть достаточно жесткой, чтобы противостоять изгибу и кручению, а цилиндры должны располагаться достаточно близко, чтобы механическое соединение оставалось практичным. На длинных машинах конструкция становится слишком тяжелой, чтобы быть экономичной.

2. Последовательное соединение с двухштоковыми цилиндрами.

В последовательной схеме масло, выходящее из одного цилиндра, поступает непосредственно в следующий. Каждый цилиндр должен иметь конструкцию с двумя штоками, чтобы рабочий объем на конце штока одного был равен рабочему объему на стороне цилиндра другого. Затем цилиндры гидравлически сцепляются друг с другом и перемещаются на одинаковое расстояние в пределах долей миллиметра.

Последовательные схемы не нуждаются в электронике и обеспечивают хорошую точность, но у них есть два ограничения. Усиление давления может увеличить промежуточное давление до небезопасного уровня, и цилиндры должны периодически достигать конца своего хода, чтобы перефазироваться. Если в одном цилиндре теряется немного масла через уплотнения поршня, ошибка накапливается. Наш рулевые цилиндры здесь часто указываются, поскольку конструкция делает возможным вариант с двойным стержнем и простой монтаж концевого выключателя.

3. Клапаны делителя/объединителя потока.

Рабочей лошадкой большинства промышленных машин является делитель потока. Роторный делитель потока принимает один поток насоса и разделяет его на два равных потока с помощью пары зубчатых секций на общем валу. Точность обычно составляет от ±1,5 до 3 процентов, что достаточно для многих операций подъема и выравнивания.

При более чем двух цилиндрах делители располагаются каскадно: первый делит поток пополам, затем еще раз делит каждую половину. Четырехцилиндровая платформа с двумя каскадными уровнями остается достаточно ровной без единого датчика. Этот подход обычно используется на подъемных платформах, навесном оборудовании для вилочных погрузчиков и задних бортах транспортных средств.

Гидравлический цилиндр подъемной платформы для синхронного подъема Этот цилиндр подходит для многоцилиндровых подъемных платформ, где каскадные разделители обеспечивают базовое выравнивание, но для более тяжелых грузов может потребоваться обратная связь. Его модульная, легкая конструкция упрощает обслуживание. Просмотреть продукт →

Слабость заключается в том, что делители потока синхронизируют поток на впуске, а не позиционируют их в цилиндрах. Если один цилиндр сталкивается с гораздо более тяжелой нагрузкой, внутренняя утечка в делителе позволяет потоку идти по пути наименьшего сопротивления. Для большей точности вам нужна обратная связь.

4. Электрогидравлическое управление с обратной связью.

Когда допуск мал — скажем, ±1 мм или лучше — или нагрузки постоянно меняются, практическим решением является управление с обратной связью. Каждый цилиндр оснащен линейным датчиком, который сообщает о положении контроллеру. Контроллер регулирует пропорциональные клапаны, чтобы ускорить медленный цилиндр и задержать быстрый.

Этот метод используется в гидравлических прессах, которые должны поддерживать параллельность плиты с точностью до десятых долей миллиметра. Стоимость выше — датчики, пропорциональные клапаны и контроллер — но точность и повторяемость оправдывают ее.

Гидравлический пресс-цилиндр с прецизионным замкнутым контуром управления Этот цилиндр, предназначенный для мощных прессов, требующих точности параллельности плит, поддерживает системы с замкнутым контуром с датчиками и пропорциональными клапанами, обеспечивая надежную повторяемость при тяжелых нагрузках. Просмотреть продукт →

Системы с обратной связью также упрощают изменения. Перепрограммирование контроллера позволяет той же схеме управлять другой кривой подъема или другим количеством цилиндров.

5. Насосы с разделенным потоком

Насос с разделенным потоком представляет собой несколько секций насоса в одном корпусе, приводимых в движение общим валом. Каждая секция имеет одинаковый рабочий объем, поэтому поток в каждый цилиндр по своей сути одинаков. Это точно и эффективно, что позволяет избежать потерь энергии из-за дросселирования через делитель.

Недостатками являются гибкость и масштаб. Согласование секций насоса с цилиндрами делает систему жесткой, и каждая секция имеет ограниченный рабочий объем. Насосы с разделенным потоком чаще всего встречаются на передвижном оборудовании с двумя-четырьмя синхронизированными приводами, например, в системах выравнивания на буровых установках и сельскохозяйственных орудиях.

Краткий обзор методов синхронизации

В таблице ниже сравниваются пять подходов по факторам, которые наиболее важны при планировании системы.

Показатели точности предполагают соответствие цилиндров в стабильных условиях. Неравномерные нагрузки, воздух или изношенные уплотнения могут привести к снижению производительности любого метода до уровня ниже его номинальной производительности.

Как выбрать правильный метод

Начните с трех цифр: точность, необходимая машине, количество цилиндров для синхронизации и бюджет системы управления. Затем примените эти эмпирические правила.

• Цилиндры смыкаются жесткой конструкцией: механическое соединение является самым дешевым и надежным.
• Электрическая мощность отсутствует: последовательные цепи или делители потока сохраняют все чисто гидравлическим.
• Точность должна сохраняться при изменении нагрузки: управление с обратной связью — единственный метод, который постоянно корректирует дрейф.
• Эффективность важнее гибкости: обратите внимание на насосы с разделенным потоком.
• Точность имеет решающее значение: покупайте цилиндры в одном комплекте из одного источника.

Практические советы, как держать цилиндры в ногу

Самый лучший в мире метод не спасет плохо сданную в эксплуатацию схему. Эти привычки заставляют синхронизированные машины двигаться вместе.

1. Перед первой пробежкой тщательно прокачайте кровь. Отключите нагрузку, выполните цикл пять-десять раз и откройте сливные штуцеры в верхних точках. Захваченный воздух изменяет эффективный ход и немедленно вызывает снос.
2. Следите за внутренней утечкой. Цилиндр, который ползет при парковке, говорит о том, что через уплотнения поршня проходит масло, а это главная причина постепенной потери синхронизации.
3. Пусть система перефазируется. Если в контуре имеются клапаны перефазировки или ограничители конца хода, включите в рабочую последовательность цикл полного хода, чтобы сбросить ошибку.
4. Следите за соответствием цилиндров. Замените синхронизированный набор как набор или укажите подходящую замену от того же производителя.
5. Следите за жидкостью. Загрязненное масло неравномерно изнашивает уплотнения и клапаны, что проявляется в первую очередь ошибкой синхронизации.

Дополнительную информацию о сохранении работоспособности строительных цилиндров в долгосрочной перспективе см. в нашем руководстве по продление срока службы строительных гидроцилиндров .

Когда помогает индивидуальный цилиндр

Иногда самый простой способ улучшить синхронизацию — начать с лучшего цилиндра. Цилиндры с постоянными уплотнениями с низким коэффициентом трения, прямыми поршневыми штоками и точно обработанными отверстиями естественным образом работают ближе к своим близнецам, чем цилиндры на пределе допуска.

Для судового оборудования, такого как морские краны, синхронизированное движение является требованием не только производительности, но и безопасности. Кран, поднимающий стрелу с двумя цилиндрами не в ногу, перекрутит стрелу и создаст чрезмерную нагрузку на опору. Сам цилиндр должен быть спроектирован для этой работы — соответствующие объемы, постоянное трение и шток, который остается прямым под боковой нагрузкой.

Коррозионностойкий цилиндр морского крана для безопасного синхронного движения Этот цилиндр, разработанный для судовых кранов, имеет хромированное покрытие, испытанное в солевом тумане, и согласованный поток, позволяющий поддерживать работу двух цилиндров в ногу, предотвращая перекручивание стрелы и перенапряжение опоры. Просмотреть продукт →

Если вы разрабатываете синхронизированную схему, поговорите с нашими инженерами на ранних стадиях проектирования. Мы производим цилиндры для автовышек, прессов, морских кранов и горнодобывающей техники, а также регулярно подбираем комплекты цилиндров по расходу и трению еще до того, как они покинут завод. Небольшое внимание на этапе проектирования позволяет сэкономить время простоя на рабочей площадке.

Ни один метод не сможет починить цилиндры, которые не справляются со своей собственной механикой. Начните с хорошо подобранных цилиндров, выберите метод, соответствующий вашим требованиям к точности, и регулярно прокачивайте систему и обслуживайте ее. Наградой станет машина, которая движется плавно, безопасно поднимает и сохраняет производительность в течение многих лет.