液压可调分度数输出机构设计.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第 1 O期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUUCS Ma v 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 3 8 液压可调分度数输 出机构设计 文明 ，曹西京 ，董斌兰 1 ．陕西科技大学机 电工程 学院，陕西西安 7 1 0 0 2 1 ； 2 ．陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安 7 1 0 0 2 1 摘要设计一种可输出多种分度数的机构 ，以可调行程液压缸作为动力执行元件 ，齿轮齿条起中间传递作用，单向离 合器作为单向转动部件 ，最终实现多种分度数输出的间歇运动要求。液压缸的行程利用机械限位方式调整。该机构定位装 置同样采用液压夹紧定位方式 ，保证了该机构在间歇期间定位准确，同时方便实现自动控制。 关键词可调行程液压缸 ；多种分度数输出机构 ；单向离合器；机械限位 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 01 2 6 3 D e s i g n o n Hy d r a u l i c a d j u s t a b l e D i v i s i o n s Ou t p u t Me c h a n i s m WE N Mi n g ，C A O X i j i n g ，D O N G B i n l a n 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g ，S h a a n x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Xi ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 21， Ch i n a；2． S c h o o l o f El e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n Eng i n e e r i ng， S h a a n x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Ou t p u t v a r i o u s n u mb e r o f d i v i s i o n s me c h a n i s m w a s d e s i g n e d ． T h e me c h a n i s m w a s d ri v e n b y t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r t ri p a d j u s t a b l e ，a n d t h e g e a r a n d r a c k w e r e u s e d t o t r a n s f e r i n t h i s m e c h a n i s m．B y t h e m o t i o n s o f o n e w a y c l u t c h ，i t w a s t u r n e d a r o u n d i n o n e d i r e c t i o n ． F i n a l l y t h e r e q u i r e me n t o f i n t e r mi t t e n t mo t i o n w a s r e ali z e d b y a v a r i o u s n u mb e r o f d i v i s i o n s o u t p u t ． T h e me - c h ani c a l l i m i t w a y o f a d j u s t m e n t s t r o k e w a s u s e d f o r the h y d r a u l i c c y l i n d e r s t r o k e ．H y d r a u l i c fi x e d p o s i t i o n w a s u s e d fo r t h e p o s i t i o n d e v i c e o f t h i s me c h an i s m， i n o r d e r t o k e e p t h e me c h a n i s m p o s i t i o n a c c u r a t e l y d u rin g i n t e rm i t t e n t mo t i o n， a t t h e s a me t i me t o r e a l i z e c o n v e n i e n t a u t o ma t i c c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s S t r o k e a d j u s t a b l e h y d r a u l i c c y l i n d e r ；V a r i o u s n u m b e r o f d i v i s i o n s o u t p u t m e c h a n i s m；O n e w a y c l u t c h ； Me c h ani c a l l i mi t 当前 ，随着信息化与 自动化的发展 ，为了满足 某些生产工艺的需求 ，需要多种分度数输出机构来 实现零件 产 品 的加 工 和 多种 机 构 的 间歇 运 动 规 律 。 而 目前 市面上虽 然有很 多种 机 构能 实现 多 种分 度数 输出，但 是 这些 机 构 大 部 分适 合 低 速 轻 载 荷 场 合⋯。当工作载荷很大时，这些机构都无法满足使 用 要求 。针对这 一 需 求 ，设 计 一 种 能 适 合 重 载 荷 、 多种分度数输出的可调分度输 出的机构。该机构是 用液压缸作为驱动元件 ，带动齿条 、齿轮传动，以 实现直线往复运动转换成圆周运动规律的要求。该 机构 的工作 原理是通 过 改变 液 压缸 的运 动行 程 ，来 推动齿条带动齿轮转 动，使齿 轮按照要求 角度转 动。同时齿轮上安装有单 向离合器用 于与轴连接， 这样可以使往复运动的齿轮带动轴实现单一方向转 动 ，从而 达到 间歇 运动要 求 。最 终使 该 机构 实 现 可调分度数输 出的 目的。此外 ，该机构利用液压控 制 的原理 ，可实现 自动 控制 ，完 全满 足 当今 自动 化 工业 发展 需求 。 1 机构组件特点 1 ． 1 液 压缸 及 液 压传 动 系统 1 ． 1 ． 1 液压 缸特点 液压 缸是将 液压 能转 变 为机 械 能 、做直 线 往复 运 动 或摆 动运动 的液压 执行元 件 。液 压缸 结构 简单、工作可靠。当用它来实现往复运动时 ，可免 去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳 ，因此 在各种机械的液压系统中得到广泛应用。其工作原 理是 依靠液压传动，以油液作为工作介质，通过 液压缸的密封容积的变化来传递运动 ，通过油液内 部 的压力来传 递动力 。 1 ． 1 ． 2 液压传动系统 在液压传动与控制 的机械装置 中，液压系统大 部分使用具有连续流动能力的液压油为介质，通过 液压泵将驱动泵的原动机机械能转换成液体 的压力 势能 ，经过压力、流量 、方向等控制 阀，送至液压 缸 、液压马达 等执行 器 中 ，从 而转 换 为机 械 能驱 动 负载 。液压 系统 中一般 都 有 动力 源 、执 行 器 、控制 收稿 日期 2 0 1 3 0 41 1 作者简介文明 1 9 8 7 一 ，男 ，硕士研究生 ，主要从事机械电子工程方面的研究。Em a i l 2 7 8 7 4 7 6 8 6 q q ． c o rn。 1 2 8 机床与液压 第 4 2卷 入了压力继电器，使在改变该液压缸的行程过程中始 终保持液压缸的内部最大压强不变 ，这样可以增加其 使用寿命 。总体上 ，将 可调行 程液 压缸作 为 主元件 ， 起夹紧定位作用的液压缸作为辅助元件。两液压缸可 各划分一个支路且相互关联。 可调行 程液压缸往 返速 度相 同 ，且不需 要调 速 ， 但为了满足往返过程中到行程限位控制的端点避免冲 击损坏接触元件，同样达到准确的定位要求 ，采用的 是单向减速回路 ，即在进油路上安装有一个单向行程 的减速阀。其中液压缸的行程控制采用前面介绍的机 械限位方式。 起辅助作用的夹紧定位液压缸同样不需要调速， 但在时间间隔上有一定的要求，可以在夹紧定位液压 缸支路上采用 回油节流调速 回路 。该系统采用 的是开 式循环方式 。 3 ． 2可调分度数输 出机 构 的液压 系统的控 制动作 过 程 如图4所示为该液压传动系统的原理图。 l 一 油箱 2 ～ 液 压泵 3 一 减压 阀 4 、5 、l l 一 电磁换 向阀 6 一 单 向行 程 减速 阀 7 一 行程 控 制元 件 8 _压 力继 电器 9 _ _ 可 调行 程 液压 缸 l O 一 夹 紧定位 液 压缸 图4 组成系统的原理图 两液压缸按照所需顺序实现运动夹紧定位液压 缸 1 0活塞回程 夹紧定位装置松开 一可调行程液 压缸 9活 塞伸 出 推 动齿 条运 动 一 夹 紧定 位液 压 缸 1 0活塞伸 出 夹 紧定位 装置夹 紧 一可 调行 程液 压缸 9活 塞 回程 拉 回齿 条 ，齿 轮此 时在 轴 上实 现 空转 。 动作顺 序为 1 夹 紧定位液压缸 1 0活塞 回程 按下启动按钮使 5 Y A得电，该液压泵处于卸荷 状 态 ，机构处 于 间歇 阶段 。同时 周 期 时间 继 电器 工 作 ，使 5 Y A失电， 2 Y A得电。夹紧定位液压缸 1 0活 塞 回程 ，完成 的动作是松 开对输出轴的夹紧定位 。 2 可调行程液压缸 9活塞伸 出 夹紧定 位液 压缸 完成 回程 ，碰 到行 程 开关 S Q 2 ， S Q 2发送信号使 2 Y A失电，3 Y A得电。可调行程液压 缸 9活塞伸出，完成动作为主动液压缸推动齿条运动。 3 夹紧定位液压缸 1 0活塞伸出 主动液压 缸 9活 塞伸 出碰 到行程 开关 S Q 1 ，S Q 1 发送信号使 3 Y A失电，1 Y A得电。夹紧液压缸 1 0活 塞伸出，完成动作为夹紧装置将输出轴夹紧。 4 可调行程液压缸 9活塞 回程 夹紧液压缸 1 0活塞伸出碰到行程开关 S Q 2 ，S Q 2 发送信息使 1 Y A失电， 4 Y A得 电。可调行程液压缸9 活塞 回程 ，完成的动作是主动液压缸拉 回齿条运 动。 5 可调 行程 液压 缸在 回程 过 程 中碰到 行 程开 关 S Q 3 ，S Q 3发送信号使4 Y A失电，5 Y A得电，则主 动液压缸开始卸荷。完成的动作是控制间歇运动时 间 。 其中在通过机械限位方式调节主动液压缸 9的行 程时，压力继电器 8 可以检测液压缸内部压强，使其 内部最大压强始终保持一致。 表 1 液压系统动作顺序 4结 论 该机构综合了机械、电气、液压 3种控制方式 ， 结构设计合理 、紧凑 ；能输 出多种分度数 ，且分度数 能实现可调控制；分度精度高，传动力矩大，间歇时 间可根据需要进行控制调节 ；以液压缸作为动力执行 元件，具有液压传动的冲击小、无噪声、传动平稳、 过载保护的优点 ，因此该机构特别适合载荷较大、多 品种 、多工位 、生产节拍时有变化 的流水生产线 中的 分度 ，适用 范 围广 。定 位装 置 同样 采 用 液压 方 式 夹 紧，使分度转盘在间歇阶段具有 良好的定位特性。将 液压缸设计成 多种行 程可以实现更多级数 的分度 ，最 终可通 过液压控制来实现 。可满足 当前生产 自动化 的 需要，因此具有广泛的市场应用前景。 下转第 1 3 3页 第 l 0期 汤杨 等竹子整形机液压系统的设计 1 3 3 电磁换 向阀 1 6流 回油箱 。 由于刀具 调整和 刀具 进给 是两 个 完全 分离 的 动 作过程 ，在刀具调整时刀具进给机构不动作，在刀 具进给时刀具调整回路不动作 ，因此采用 电磁比例 流量阀控制系统控制液压缸前进 的速度不会发生相 互干扰 。 2 ． 3节 能型泵控 回路 节能型高效泵控系统 由两个回路分别控制系统 的压力 和流 量 。前 置 式 节流 器 6 、先 导式 溢 流 阀 5与恒压 阀 4构成 压 力控 制 回路 ，控 制 泵 1压 力 的 输出；比例节流阀 2和恒压流量 阀3构成流量控制 回路，控制泵 1的流量输出。图 1中所示的恒压阀 3和恒 压阀 4的位 置是 系 统还 未设 定 压 力 时所处 的 位 置 。在 负载发生 变化 时 ，恒压 阀 4两端 的压 差 发 生变化 ，从 而推 动恒压 阀 3向左 或 者 向右移 动 ，泵 的排量相应地发生变化 ，最终使泵的流量保持一个 相对稳定的值。此时泵的输出压力仅 比负载压力高 出一个恒压阀4的压差 。在保压 阶段 ，当系统压力 达到先导 式溢 流 阀 5设 定 的最 高压 力 时 ，恒 压 阀 4 向左移 动 ，泵 的排 量迅 速减 小 到接 近 于零 ，继 而 变 成 高压小 流量 的工况 。 节能型高效泵控系统在流量控制阶段使泵的输出 压力与负载相协调 ；在压 力控制 阶段使输 出流量接 近 于零，仅消耗极小的功率 ，因此它的效率极高。 3结束语 ’ 在当前竹单板加工技术中，对单板的厚度和加工 效率提出了很高的要求 ，在控制竹单板旋切厚度时， 不但要求有稳定的压力，而且要求对压力和流量进行 比例控制。文中论述的整形机液压控制系统对刀具进 给可进行变量控制，对不同径级的竹子有较强的自我 调整能力 ，同步缸控制系统能够满足大小头竹子的需 求，两套回路具有防止压力干扰特点。为提高系统的 效率，采用了节能型泵控回路，提高了系统的工作稳 定性同时延长 了使用寿命 ，大大节省了能耗 ，减 少了 系统发热 。 参考文献 [ 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