闭式串联液压系统在一步到位式平口钳中的应用.pdf

2 0 1 2年 9月 第4 0卷 第 l 8期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S S e p ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 8 ． 0 3 2 闭式串联液压系统在一步到位式平口钳中的应用 杨志勤 ，杨安 林 湖南工业职业技术学院，湖南长沙 4 1 0 0 0 7 摘要 针对传统平13钳存在的夹紧速度慢和夹紧力小的问题，开发了具有闭式串联液压系统的一步到位式平 口钳。阐 述了一步到位式平口钳用闭式串联液压系统的原理 、组成、工作过程及特点 ，为其他闭式串联液压系统的设计和使用提供 了参考 。 关键词闭式串联液压系统 ；平 口钳 ；一步到位 中图分类号， I ’ P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 81 0 3 2 App l i c a t i o n o f Cl o s e d S e r i e s Hy dr a u l i c S y s t e m f o r Vi c e Re a c h i ng a Pl a c e i n One St e p YANG Z h i q i n． YANG An l i n H u n a n I n d u s t r y P o l y t e c h n i c ，C h a n g s h a H u n a n 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e v i c e r e a c h i n g a p l a c e i n o n e s t e p w i t h the c l o s e d s e rie s h y d r a u l i c s y s t e m wa s p u t f o r w a r d t o s o l v e the p r o b l e ms o f s l o w p r e s s i n g s p e e d a n d s ma ll p r e s s u r e o f t r a d i t i o n a l v i c e ．P rin c i p l e ，c o mp o s i t i o n，w o r k c o u r s e a n d c h a r a c t e ris t i c o f t h e c l o s e d s e r i e s h y d r a u l i c s y s t e m we r e r e c o u n t e d ． I t p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r d e s i g n i n g a n d u s a g e o f o t h e r c l o s e d s e r i e s h y d r a u l i c s y s t e m． Ke y wo r d s C l o s e d s e r i e s h y d r a uli c s y s t e m；Vi c e；Re a c h i n g a p l a c e i n o n e s t e p 平 口钳是一种重要的机床附件 ，广泛用于铣床 、 刨床 、钻床、磨床等机床中。传统平口钳由丝杠 、螺 母传动，手动操作，夹紧速度慢 ，当工件尺寸小时， 丝杠要转许多圈，才能把工件夹紧；夹紧力较小 ，夹 持大工件时，常常采用套筒来增大力臂，操作者用很 大的力 ，才能将工件夹 紧。夹紧力大小不好控制 ，全 凭操作者的感觉来判别 ，工件在加工中松动 因夹 紧力太小或被夹变形 因夹紧力太大的情况时 有发生。近年来 ，有人采用丝杠螺母与液压传动相结 合的方法来增大夹紧力，但结构比较复杂，可靠性不 高 ，不能一步到位。 1 一步到位式平口钳简介 针对传统平口钳存在的上述问题，作者根据液压 传动容易获得较大的传动力、可实现快速而无冲击的 变速和换向、较机械传动容易布局和操作 、易实现 自 动化等一系列的优越性 ，开发一种 采用 闭式串联液压 系统传动的一步到位式平口钳，夹紧速度快，夹紧力 大 ，夹紧力可显示，夹紧后松开时能自动复位。由于 只需一个动作就能夹紧工件，故称作一步到位式平口 钳 ，目前 已申请专利 ，专利名称 一种新 型液压 平 口 钳 ，申请号 2 0 1 1 2 0 1 1 9 2 7 8 ． 2 。 一 步到位式平 口钳 ，包括钳身 、液压传动部 分和 手动操作部分。钳身由固定钳身和活动钳身经导轨联 接而成 ，活动钳身沿导轨前后移动，与固定钳身共同 完成夹持、松开工件的任务 ，在固定钳身和活动钳身 之间，设有复位弹簧，用于平口钳松开工件并复位 ； 液压传动部分为闭式串联液压系统；手动操作部分为 一 个杠杆和一个卸载阀手柄 ，操作者的作用力通过杠 杆放大后作用在液压泵上 ，夹紧活塞及活动钳身在泵 出的压力油推动下向前移动 ，夹紧工件；操作卸载阀 手柄，打开卸载阀，压力油经卸载阀流入低压泵，活 动钳身在复位弹簧的作用下向后移动，松开工件；夹 紧力的大小由压力表显示。一步到位式平 口钳原理如 图 1所示 。 5 6 l 一 高压 泵活 塞2 一杠 杆3 一 低压 泵活 塞4 一 固定 钳 身 s 一卸载阙6 一复位弹簧 卜 被夹工件8 一活动钳身 9 一 夹紧 活塞l O 一 液压 表l l 一 单 向 阀 2 处 图 1 一步到位式平 口钳原理 收稿 日期 2 0 1 1 0 83 0 基金项 目湖南工业职业技术学 院院级课题 G Y K Y Z 2 0 1 1 0 0 0 4 作者简介杨志勤 1 9 7 1 一 ，男，硕士，副教授，研究方向为机械制造。Em a i l h n g y 0 0 7 t o m． c o m。 1 0 4 机床与液压 第 4 0卷 2 闭式串联液压系统在一步到位式平 口钳 中的应 用 开发一步到位式平口钳，既要克服传统平口钳的 缺点，又要简单实用，造价低廉，关键是传动系统。 通过比较，最后确定采用闭式串联液压系统。 2 ． 1 闭式串联液压 系统的组成 闭式 串联液压系统 由2个 液压泵 、1 个 夹紧液压 缸和 3 个 液压 阀 ，共计 6 个 液压元件通过油路串联连 接而成 。 2 ． 2闭式串联液压 系统的工作过程 为 了说明闭式 串联液压系统的工作过程 ，根据一 步到位式平 口钳 的典型工况介绍如下 1 夹 紧工件 操作步骤为①打开卸载阀 5 ，连通回油通道； ②手推杠杆 2逆时针转动，从而推动低压泵活塞 3向 下移动 ，液压油经两路流入夹紧油缸。一路 低压泵 3 一单向阀一高压泵 1 一单向阀一夹紧油缸一夹紧活 塞 9右 移 ；另一 路 低 压 泵 3 一 卸 载 阀 5 一 夹 紧 油 缸一夹 紧活塞 9右移。 2 增大夹紧力 操作步骤为①关闭卸载阀5 ，断开回油通道； ②拉动杠杆 2顺时针方向转动 ，推动高压泵活塞 i向 下移动 ，液压油经单向阀 1 1 流人夹紧油缸，由于高 压泵活塞 1比夹紧活塞9的直径小得多，根据帕斯卡 定律，夹紧压力增大。 3 松开工件 操作步骤为①打开卸载阀 5 ，连通 回油通道； ②复位弹簧 6收缩 ，拉动活动钳身 8 及夹紧活塞 9向 左移动 ，推动液压油从 夹紧油缸流人低压泵 ，推动低 压泵活塞 3向上移动 ，并流入高压油缸，推动高压泵 活塞 1 向上移动，使高压泵活塞 1和低压泵活塞 3恢 复初始 位置。 2 ． 3 闭式 串联液压 系统的原理、特点及分析 1 夹紧速度快，实现一步到位 所 谓一步到 位 ，就 是无 论活 动钳 身 处于 何种 位 置，都能在一个操作动作中完成夹紧工件的工作。一 步到位的原理 在于杠杆 向下 推动低压 活塞泵 出 的油 ， 足够一步到位式平 口钳的钳 口在最大张开度时闭合， 就能实现无论活动钳 口处于何种位置，都能在一个操 作动作 中完 成夹 紧工 件 的工作 。因为 实际夹 紧工件 时，由于工件有夹紧厚度，活动钳口移动的距离均小 于钳 口的最大 张开度 。 在杠杆推动低压泵活塞移动 的最大距离确定 的情 况下，一步到位的实现最终取决于低压泵活塞直径与 夹紧活塞直径 的比例关系 。由于杠杆向下 推动低压活 塞移动的距离较 小 ，而钳 口的最大张 开度尺 寸较大 ， 低压泵活塞的直径应 比夹紧活塞 的大 。假定液压 油的 刚度很好 ，其压缩量为零 ，下面进行简单 的计算 ，以 便作进一步说明。 例如，低压泵活塞的直径为 6 4 0 m m，夹紧活塞 的直径 为 t h 1 8 m m，低压 泵活塞 向下移 动 2 0 m m，夹 紧活塞就能 向右移动 9 8 m m；如果低压泵活塞的直径 4 , 5 0 m r t l ，夹紧活塞 的直径为 1 8 m m，低压泵 活塞 向 下移动 2 0 m m，夹紧 活塞就 能 向右移动 1 5 4 m m。因 此 ，只要合理选择低 压泵活塞直径与夹紧活塞直径之 比，就能达到所需的一步到位的距离要求。 2 闭式串联液压系统液压放大倍数大 一 步到位式平口钳的传动将作用力经杠杆和液压 两级放大，夹紧力比传统的大 1 O倍 以上。液压放大 的原理根据帕斯卡定律，当液体压力一定时，作用在 活塞上 的力与活塞的面积成正 比。闭式串联液压系统 增压时 ，高压泵活塞 面积小 ，夹紧活塞面积大 ，作用 在高压泵活塞上的力 就会通过夹紧活塞放大 ，放大的 倍数取决于夹紧活塞 面积与高压泵活塞面积之 比，即 夹紧活塞直径 与高压泵活塞直径之 比的平方 ，因此闭 式串联液压系统液压放大倍数大。采用这种系统的一 步到位式平口钳，夹紧力比传统的大 1 0倍 以上，或 者获得同样的夹紧力时比传统的更省力。 例如 ，夹 紧活塞 的直径 为 l 8 ln l n ，低 压泵 活塞 的直径 6 5 0 m m，高压泵活塞的直径为 6 6 m m，作用 力到杠杆 支点的距离 为 3 0 0 m m，低压泵 活塞轴线 到 杠杆支点的距离为 3 0 m m，高压泵活塞轴线到杠杆支 点的距 离为 2 0 m m 。假定 液压油不被压缩 ，并忽 略复 位弹簧的作用力的情况下作如下计算。 一 步到位式平口钳夹紧力比传统 的大 l 0倍以上 的情况当作用力为 1 0 0 N，经杠杆放大，作用在高 压泵活塞上 的力 为 1 0 0 3 0 0 2 01 5 0 0 N；这个作 用力再经液压放大，根据帕斯卡定律，液压放大倍数 为夹 紧活塞 的直径与高压泵活塞的直径 比的平 方 ，夹 紧力通 过 液压放 大 达 9倍 之 多，即 1 5 0 0 x 9 1 3 5 0 0 N。 一 步到位式平口钳获得同样的夹紧力时比传统的 更省力的情况传统平 口钳的夹紧力一般为 5 0 0 N， 将上述计算过程反方 向进行 ，作用在高压泵活塞上的 力 为 5 0 0 9 5 5 ． 6 N，施 加 到杠 杆端 部 的作用 力 只 需 5 5 ． 6 3 0 0 ／ 2 0 3 ． 7 N 。 3 闭式串联液压系统结构简单 ，工作 可靠 闭式串联液压系统将低压泵、高压泵、夹紧油缸 串联起来 ，用 2 个 单向阀和 1 个卸载阀构成闭式液 压 传动系统 ，低压泵的液压缸大 ，具有油箱的功能 ，省 去了油箱 ，简化了液压回路，结构简单 ；采用闭式液 压传动系统，避免液压油与大气接触，有利于提高液 下转第 1 0 7页 第 l 8 期 张延波 等基于运动控制卡的光电倍增管检测用光源自动定位系统设计与实现 ’1 0 7 3 ． 3 程 序流 程 人工将待测的光电倍增管放入光 电倍增管固定 装置，进行定位参数设置 ，包括待测倍增管的扫描 半径、扫描步距、扫描间隔以及待测光电倍增管与 光源的距离，即可进行定位运动。程序流程如图 3 所示 。 篷 Y r ◇ ． 土 l 原点校准 E I 厂 ≤ 主 发送定点检测指令 执行定点定位运动I l 执行逐点定位运动 y 竺 巫 1 9 1Y 图 3 程序流程 3 ． 4编 程 实现 定位运动控制模块是该系统的核心部分，完成系 统实时运动轨迹控制。实现步骤分为板卡初始化一 脉冲模式设置一中断处理一运动函数调用一运动状态 判 断。以 、Y轴联 动直 线插补 、联 动运 行为例 ，主 要代码如下 s h o r t A x i s [ 2 ] ； s h o r t D i s t [ 2 ] ； l o n g m _ n Ca r d sd _ 1 0 0 0 0 _ b o a r d i n i t ； i f 0m_ n C a r d s { M e s s a g e B o x ” 加载运动控制卡失败 ” ， ” 系统提示” ， MB O K } A x i s [ 0 ] 0 ； A x i s [ 1 ] 1 ； D i s t [ 0 ] 1 0 0 0 ； D i s t [ 1 ] 2 0 0 0 ； d _l O 0 0一s e t_p l s_o u t m o d e 0 ， 1 ； d _ l O 0 0 一s e t _ p l s o u t m o d e 1 ， 1 ； d l 0 0 0 一s t a r t_l i n e 2 ， A x i s ， D i s t ， 5 0 0 ， 1 0 0 0 ， 0 ． 1 ； 4结论 基于运动控制卡的光电倍增管检测用光源自动定 位系统克服了传统检测方式所造成的各种误差，有效 地提高了检测光电倍增管过程中光源定位的精度和效 率。现已在实践中投入应用，运行稳定可靠 ，效果 良 好 。 参考文献 【 1 】 沙印． 光电倍增管老化测试台设计[ J ] ． 科技资讯， 2 0 0 9 4 1 4 0 ． 【 2 】 深圳雷泰控制技术有限公司． D M C 1 3 8 0 P C I 总线三轴运 动控制卡硬件使用手册[ M] ． 【 3 】 李慧， 杨靖， 宣伯凯， 等． 基于工控机和运动制卡的足底 矫形器 C A M系统[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 8 3 1 7 3 1 8 ． 【 4 】孙鑫， 余安萍． V C 深入详解[ M] ． 北京 电子工业出 版社 ， 2 0 0 6 ． 上接第 1 0 4页 压油的刚度 ，防止液压油氧化变 质 ，提高液压系统的 可靠性。 4 自动化程度较高，并可显示夹紧力大小 夹紧工件时，复位弹簧起阻尼作用 ，防止产生机 械冲击 ；松开工件时，活动钳身在复位弹簧作用下， 可自动复位。夹紧力大小可参考液压表的数值。 5 闭式串联液压系统实际应用时，应根据一 步到位式平 口钳 的技术规格采取限压措施 为了防止系统过载，应根据一步到位式平 口钳的 技术规格采取限压措施 ，常用的措施是加装相应规格 的限压阀。最好将卸载阀与限压阀合而为一，用一个 手柄控制，达到限压时，自动打开，其他情况下可手 动打开 。 3 结束语 闭式串联液压 系统液压 放大倍 数大 ，结构简 单 ， 成本低。为了进一步提高系统的可靠性，应严格清洗 系统元件及油路，尽量提高液压油的刚度和清洁度。 采用闭式串联液压系统的一步到位式平口钳，夹紧力 比传统平口钳大 1 0 倍以上，夹紧时一步到位，夹紧速 度要快很多倍 ，松开工件 时可 自动退 回，且可显示 和 调节夹持力的大小，使用更加方便 ，与 目前使用的平 口钳比较，具有十分明显的优势和广泛的应用前景。 参考文献 【 1 】张利平． 液压传动系统设计与使用[ M] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 1 0 ． 【 2 】 董庆华 ， 姜德． 机用手动液压增力平口虎钳的研制[ J ] ． 机械设计与制造， 2 0 0 7 7 9 91 0 0 ． N] N 一