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避免多级液压缸运行阶跃的液压装置的设计 黎立萍柳雪春 东莞市华楠骏业机械制造有限公司 东莞5 2 3 9 3 2 摘要为解决多级液压缸在运行过程中变级时载荷和速度的阶跃问题 ，研究开发了一种多级伸缩装置， 利用对液压缸的结构重新设计和增加液压马达传动装置来避免载荷冲击和速度阶跃。该装置采用了液压技术和 机械传动技术，运行平稳，控制精确，结构巧妙。 关键词液压缸；阶跃； 液压马达 ； 链传动； 丝杆传动 中图分类号T H 1 3 7 ． 5 1 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 3 0 9 0 0 2 8 0 3 Ab s t r a c t T o s o l v e t h e l o a d a n d s p e e d s t e p c h a n g e p r o b l e ms w h e n t h e mu l t i s t a g e h y d r a u l i c c y l i n d e r s t e p s d u r i n g o p e r a t i o n， a mu l t i s t a g e e x p a n s i o n d e v i c e i s s t u d i e d a n d d e v e l o p e d i n t h e p a p e r ． B y s t r u c t u r a l r e d e s i g n i n g o f h y d r a u l i c c y l i n d e r a n d i n c r e a s i n g t r a n s mi s s i o n d e v i c e o f t h e h y d r a u l i c mo t o r ，t h e l o a d i mp a c t a n d s p e e d s t e p p i n g c a n b e a v o i d e d ． S u c h d e v i c e i s p r o v i d e d w i t h h y d r a u l i c t e c h n o l o g y an d me c h an i c a l t r a n s mi s s i o n t e c h n o l o gy ， w h i c h i s o f s t a b l e o p e r a t i o n， a c c u r a t e c o n t r o l a n d e x q u i s i t e s t ruc t u r e ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c c y l i n d e r ；s t e p；h y d r a u l i c mo t o r ；c h a i n t r a n s mi s s i o n；l e a d s c r e w d r i v i n g 。 引 言 晏 裹 墨 蓑 目前 ，在小 空间的液压垂直升 降机 构 中较常 一级柱塞截面积相差很大。在 同样 的液压 系统工 用的结构有多级液压缸逐级伸缩机构和多个液压 作压力下 ，各级液压缸 运行速度都不 同，对速度 缸的串联机构。在利用多级伸缩液压缸进行升降 要求较为严格的场合使用较困难。如果采用多级 S o l i d Wo r k s 建立环形支架 的结构模 型，利 用 S o l i d Wo r k s中 S i mu l a t i o n模块对环形支架进行应力 、应 变分析，得到结构的应力、应变分布图解以及位 移图解 ，完成对 结构 的稳定性 和可靠 性 的校核 ， 最大应力 6 6 ． 8 2 5 MP a 材料屈服极限 3 4 5 MP a ，产生在上盖板环形与多边形伸出部分的拐 角处 ；最大位移 0 ． 3 7 0 6 m m 在安全范围内 ， 发生在环形支架的伸出部分端部，材料具有很高 的稳 定性 。通 过安 全 系数 图解 获 知安 全 系数 在 5 ． 1 6以上 ，大于系统 的工况系数 ；同时得到结构 的安全系数相对较低的区域，可为优化设计板材 时焊缝位置 的布 置、板材厚 度的设 置以及 加强立 板的布置提供依据。 可利用 S i m u l a t i o n中的设计洞察确定能有效承 载所施加载荷的区域 ，在优化设计 时，为确定环 形支架结构板材 的不 同厚度 以及增强结构 的合理 性 、降低结构质量提供参考。 一 28 一 参考文献 [ 1 ]王芬 ，张红杰，杜 尚增 ． S o l i d Wo r k s优化液压支架焊 接拼装工 艺 [ J ] ． 煤矿机 械，2 0 1 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1 6 ．外液压缸下腔油口 图 1 液压装置结构图 起重运输机械 2 0 1 3 9 外液压缸缸筒的端部 密封采用双唇形密封圈 ， 两端设置导 向套 ，在最外面设置 防尘 圈。端部密 封盖与外液压缸缸筒为螺纹连接 ，并在其 内外侧 设置两道 0形密封 圈进行静密封。外液压缸缸筒 底部采用厚钢板焊接 。外 液压 缸活塞和 中间液压 缸缸筒为整体制造 ，活塞处两端背 向各设置一唇 形密封 圈，在活塞 中间设置一导 向套 ，中间液压 缸缸筒 的底部采用螺纹堵 头连接 ，并在贴合面处 设置 0形密封圈进行静 密封。油道设置 在 中间 液压缸缸筒 的筒壁上钻 长孔 ，其外部与液压 马达 并联 ，内部分别与液压缸的有杆腔和无杆腔相连。 液压马达与 中间液压缸 缸筒 刚性 固定 ，马达轴上 安装一链轮 ，该传 动链 轮与 内部丝母上 的链轮通 过链条传递扭矩 。采用上述方法和结构避免 了多 级伸缩液压缸载荷 和速度阶跃 ，消除 了因载荷 和 速度 的突然变化 而对液压 系统及机械设备产生的 冲击 ，以及进而造成 的设备损坏 ，减少 了故 障的 发生 ，延长了设备的使用寿命 。 2 工作原理 2 ． 1 上升过程 液压原理如 图2所示。启动系统 ，液压泵 2开 始工作 ，同时三位四通电磁换 向阀 4的 Y V 1得电， 二位 四通电磁换 向阀 l 2的 Y V 3得 电，液压油通过 背压单 向阀 5和可调节节流 阀 6进入液压缸 9 ，液 压油经外液压缸下腔油 口1 6进入液压缸的无杆腔 ， 一 部分液 压油经中间液压缸缸筒 内部 的油道进入 液压马达 1 0 。此 时活塞在液压油 的作用下开始上 升，同时液压马达 1 0在液压油的驱动下产生扭矩并 使装在液压马达轴上的传动链轮旋转 ，带动链条 回 转，经链条传递到内部丝母上的从动链轮，从而使 内部丝母旋转，在螺纹副的作用下使内部丝杆产生 直线上升运动。其上升速度 缸 丝杆 式中 缸和 教 杆 从运行 开始 到结束保 持固定 不变 ，所以 是一个恒定速度 。根据牛顿定律 F m a ，其中，m为质量 ，在运行过程 中不会 发生变 化 ；a为加速度 ，因运行过程中不存在产生速度阶 跃或者突然变化 的条件 ，所以加速度 a 0 。因此 ， 载荷几乎没有变化 。 2 ． 2下降过程 三位 四通 电磁换向阀 4的 Y V 2得 电 ，Y V1失 电，二位 四通电磁换向阀 1 2的 Y V 3得电，液压油 一 2 9 1 ． 过滤器2 液压泵3 ．电机4 三位四通电磁换向阀 5 ．背压单向阀6 、7 ．可调节流阀8 ．背压单向阀 9 ．执行 液压缸1 0 ．双向液压 马达1 1 ． 安全 阀 1 2 ．二位 四通 电磁换 向阀1 3 ．油箱 图 2 液压原理图 经外液压缸上腔油 口进入液压缸 的上油腔 有杆 腔 ，上油腔中的一部分液压油经中间液压缸缸筒 的中间油道进入液压 马达 的另一油 口。此时液压 马达和液压缸无杆腔中的液压油经节流阀 6进入油 箱 ，到位后 由行程开关传递信号到电控箱，使液压 泵、三位 四通电磁换 向阀、二位 四通电磁换向阀失 电。下降的速度也是恒定的，为液压缸速度和丝杆 速度的叠加，运行过程不会出现阶跃现象。 2 ． 3 过载保护 实际使用过 程 中，若行程开关失灵 ，那么 即 使 已经运行到位 ，设备仍会一 直工作 。所 以在 内 部丝杆的底部加了一个 限位 台阶 ，在油路 中设置 一 安全溢流 阀，溢流 阀的压力 可以调整。当运行 到位时即使液压泵一直工作 ，液压缸和油路 中的 压力也不会超过极限值 ，丝杠不会卡死。 3 运行效果 现有多级伸缩液压缸工作 时 ，不可避免地会 出现速度阶跃和载荷突然变化，从而影响使用效 果 ，严重时会 造成设备 损坏。因此 ，对 于对空 间 一 3 0 一 和载荷有要 求的场合 ，利用液压驱动和丝杠相结 合 的新液压装置可避免 因速度和载荷的突然变化 造成的损坏。 使用该液压装置后 的多级伸缩 液压缸与原多 级伸缩液压缸速度变化曲线如图 3所示。 a 原多级伸缩液压缸 b 采用新液压装置后的多级伸缩液压缸 图3 速度变化曲线图 由图 3可知 ，多级 伸缩液压缸在阶跃处具有 较大的破坏力 ，是造成 设备不 稳定 的主要 因素 ， 而 目前所研发的装置不仅有效地消除了在速度和 载荷阶跃时的冲击 ，且降低了对液压系统的破坏。 4 结语 所研发的可避免多级液压缸运行过程 中产生 阶跃的装置 ，很好地避开 了多级液压缸换级 时阶 跃所产生的冲击力，降低了设备发生故障的几率， 尤其是在对空 间有 限制 、要求行程较大 、对运行 过程的平稳性和位置控制精确度要求较高的场合 ， 更能突出其优点。 参考文献 [ 1 ]李万莉 ．工程机械液压系统设计 [ M] 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