順序動(dòng)作液壓缸的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

摘要：針對(duì)某工程應(yīng)用中需要控制執(zhí)行器順序動(dòng)作的情況，設(shè)計(jì)了順序動(dòng)作液壓缸。順序動(dòng)作液壓缸的應(yīng)用可達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)置、提高動(dòng)作可靠性的目的。
關(guān)鍵詞:液壓缸
1 概述
液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行器，隨著液壓缸在液壓傳動(dòng)中的廣泛應(yīng)用，其作用也不僅僅局限于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，液壓缸的功用在不斷地被開(kāi)發(fā)利用。對(duì)于不同的液壓系統(tǒng)、主機(jī)和機(jī)構(gòu)等，我們需要根據(jù)不同的用途和工作要求選擇或設(shè)計(jì)液壓缸。
隨著液壓用戶(hù)對(duì)設(shè)備要求的提高，設(shè)備動(dòng)作可靠性越來(lái)越引起用戶(hù)的極大關(guān)注。為保證兩個(gè)或多個(gè)執(zhí)行器按規(guī)定的次序正常動(dòng)作，可以通過(guò)機(jī)械裝置、邏輯電路或液壓回路控制液壓缸以及電磁換向閥等液壓元件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求，但這無(wú)疑會(huì)使系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，可靠性降低，成本增加。為此，我們結(jié)合某工程設(shè)計(jì)了順序動(dòng)作液壓缸，用以控制液壓系統(tǒng)中相關(guān)執(zhí)行器液壓回路的通斷，達(dá)到各執(zhí)行器按規(guī)定順序動(dòng)作的目的。
2 工作原理
2.1 構(gòu)成及功能順序動(dòng)作液壓缸結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1。與普通液壓缸相比，順序動(dòng)作液壓缸有一個(gè)控制油口Ks口，以及在其活塞和上端蓋中分別設(shè)置有單向閥。
當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上極限位置時(shí)，通過(guò)設(shè)置在活塞及液壓缸上端蓋的機(jī)械結(jié)構(gòu)頂開(kāi)兩單向閥，控制油口與主油路互通，可以完成下一級(jí)執(zhí)行器的動(dòng)作要求；當(dāng)活塞不在上極限位置時(shí)，單向閥組中兩單向閥脫開(kāi)，控制油口與主油路不通，Ks口沒(méi)有壓力油，不能完成下一級(jí)執(zhí)行器的動(dòng)作要求。
順序動(dòng)作液壓缸可以達(dá)到控制下一級(jí)執(zhí)行器油路的通斷，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器順序動(dòng)作的目的。
2.2 順序控制
在某工程應(yīng)用中，啟閉裝置與升降裝置正常工作過(guò)程為：?jiǎn)㈤]裝置“開(kāi)”到位->升降裝置“升”->升降裝置“降”到位->啟閉裝置“關(guān)”。動(dòng)作完成后，控制升級(jí)裝置和啟閉裝置的電磁換向閥分別回中位。工作時(shí)，要求啟閉裝置開(kāi)到位后，升降裝置才能進(jìn)行升降動(dòng)作；只有在升降裝置降到位后，啟閉裝置才能進(jìn)行關(guān)閉動(dòng)作。
順序動(dòng)作液壓缸在某液壓系統(tǒng)中應(yīng)用情況如圖2所示。其中啟閉裝置液壓缸使用的是順序動(dòng)作液壓缸。
當(dāng)順序動(dòng)作液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)到上極限位置的同時(shí)，啟閉裝置開(kāi)啟到位，K口與Ks口相通，此時(shí)可以通過(guò)控制電磁換向閥2實(shí)現(xiàn)升降裝置升起或下降的動(dòng)作；在升降裝置沒(méi)有下降到位的情況下，升降裝置液壓
缸活塞桿與二位二通換向閥滾輪脫開(kāi)，換向閥在彈簧力作用下保持油路斷開(kāi)的狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)壓力油不能供G口，無(wú)法完成啟閉裝置關(guān)蓋動(dòng)作，從而保證啟閉裝置和升降裝置間動(dòng)作的正確性及可靠性。
3 設(shè)計(jì)分析
單向閥組是順序動(dòng)作液壓缸中的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)、加工質(zhì)量直接影響液壓缸的動(dòng)作可靠性。單向閥組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。圖中，S1為順序動(dòng)作液壓缸活塞中單向閥a閥芯大端面面積，S3為小端面面積，F(xiàn)1為彈簧預(yù)壓縮力；S2為順序動(dòng)作液壓缸上端蓋中單向閥b閥芯大端面面積，S4為小端面面積，F(xiàn)2
為彈簧預(yù)壓縮力。Pk為順序動(dòng)作液壓缸K口壓力。
圖3 單向閥組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
單向閥組受力須滿(mǎn)足下列關(guān)系式：液壓缸K口為壓力油使活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，
式中F3———單向閥組中兩彈簧均被壓縮到極限位置時(shí)，兩閥芯所受彈簧力總和
F———摩擦阻力等
在設(shè)計(jì)單向閥組時(shí)須注意以下事項(xiàng)：
a 設(shè)計(jì)需考慮液壓缸下腔為壓力油且活塞運(yùn)動(dòng)到達(dá)上極限位置時(shí)，兩單向閥芯能同時(shí)運(yùn)動(dòng)致使液壓油路暢通，即k口與Ks口連通；
b 液壓缸上腔通壓力油且活塞仍在上極限位置時(shí)，油液壓力能使活塞向下運(yùn)動(dòng)，兩單向閥能脫開(kāi)并保持油路不通，即K口與Ks口斷開(kāi)；
c 應(yīng)考慮兩單向閥均不能因液壓缸上腔油液壓
力而開(kāi)啟；
d 單向閥組密封設(shè)計(jì)；
e 設(shè)計(jì)及安裝時(shí)，應(yīng)保證兩單向閥始終對(duì)中。
4 工作特點(diǎn)
a 順序動(dòng)作液壓缸通過(guò)本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制下一級(jí)執(zhí)行器油路的通斷，有效地保證了各執(zhí)行器按順序動(dòng)作。
b 由于順序動(dòng)作液壓缸的應(yīng)用，可避免因系統(tǒng)電器紊亂或手操作故障而引起啟閉裝置和升降裝置發(fā)生干涉的情況，系統(tǒng)配置得到優(yōu)化，可靠性大大提高。
c 順序動(dòng)作液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在普通液壓缸的基礎(chǔ)上改型比較方便，應(yīng)用范圍比較廣泛。
5 結(jié)束語(yǔ)
順序動(dòng)作液壓缸的應(yīng)用可達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)置、提高動(dòng)作可靠性的目的，但在某些場(chǎng)合，應(yīng)適當(dāng)考慮單向閥中彈簧剛度對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響