串聯(lián)液壓缸同步控制回路

串聯(lián)液壓缸同步控制回路

1對(duì)同步誤差的消除在液壓庫的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，兩個(gè)或多個(gè)液壓庫的動(dòng)作速度相同或相對(duì)位置保持不變的電路稱為同步電路。在多缸液壓系統(tǒng)中,影響同步精度的因素是很多的,例如,液壓缸外負(fù)載、泄漏、摩擦阻力、制造精度、結(jié)構(gòu)彈性變形以及油液中的含氣量,都會(huì)使運(yùn)動(dòng)不同步。同步回路要盡量克服或減少這些因素的影響。圖1所示的回路是當(dāng)今教材中普遍介紹的帶補(bǔ)償措施的串聯(lián)液壓缸同步控制回路,其工作原理簡(jiǎn)介如下:圖中兩缸串聯(lián),1缸有桿腔和2缸無桿腔用油管相連,其對(duì)應(yīng)活塞的有效工作面積相等而使進(jìn)、出流量相等,理論上兩缸活塞的升降同步。而補(bǔ)償措施使實(shí)際產(chǎn)生的同步誤差在每個(gè)下行運(yùn)動(dòng)中都可消除。例如,三位換向閥5的右位接入系統(tǒng)工作時(shí),兩缸活塞均下降,假定缸1的活塞先運(yùn)動(dòng)到底,其活塞桿上的壓塊就觸動(dòng)行程開關(guān)IST,IST發(fā)信號(hào)使二位三通閥4通電,閥4的右位接入系統(tǒng)工作,壓力油便通過閥4和液控單向閥向液壓缸2的無桿腔補(bǔ)入,推動(dòng)缸2的活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底,誤差即被消除。假若液壓缸2的活塞先下行到底,其活塞桿上的壓塊便觸動(dòng)行程開關(guān)2ST,2ST發(fā)信號(hào)給二位三通閥3,使其通電,閥3的上位接入系統(tǒng)工作,控制壓力油使液控單向閥反向通道打開,缸1有桿腔的油通過液控單向閥和二位三通閥4回油,缸1的活塞即可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底,同步誤差亦可消除。已有的這種同步控制回路的主要缺點(diǎn)是,使用了較多的控制元件,控制鏈較長(zhǎng);而且只在下行運(yùn)動(dòng)中才能將同步誤差消除。下文將陸續(xù)介紹幾種新的同步控制回路,它們?cè)谕瓿缮鲜鲆延型交芈费a(bǔ)償功能的情況下,使用了較少和簡(jiǎn)單的元件,縮短了控制鏈,可使回路大大簡(jiǎn)化。2新類型組合液壓庫的平衡性能(1)缸內(nèi)插裝誤差消除圖2所示為活塞每一次下行運(yùn)動(dòng)中都可以消除同步誤差的新同步回路之一。圖中虛線所示為活塞下行到底后所處位置,對(duì)應(yīng)該位置稍稍偏上(以免活塞到底后遮擋位),分別在兩缸缸簡(jiǎn)上加工出油孔a與c,然后用油管ab、cd分別連接單向向閥I1與I2,如圖所示。由于1缸的有桿腔和2缸的無桿腔的有效工作面積相等,而使進(jìn)、出流量相等,兩缸活塞的升降,理論上便得到同步。而補(bǔ)償措施使實(shí)際產(chǎn)生的同步誤差在每次下行運(yùn)動(dòng)中都可消除。例如三位換向閥的右位接入系統(tǒng)工作時(shí),缸的活塞下降,假若缸1的活塞先下降到底(虛線所示位置),缸1缸筒上的油孔a,經(jīng)歷了由最初位于活塞下腔,到被活塞遮住,到最后在活塞上腔露出三階段,從油泵進(jìn)入缸1活塞上腔的壓力油,此時(shí)可經(jīng)油口a和單向閥I1而流向缸2的上腔,推動(dòng)缸2的活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底,誤差即被消除。設(shè)缸2的活塞先下降到底(圖中虛線所示位置),缸2缸筒上的油孔C經(jīng)歷了由開始處于活塞下腔,到被活塞遮擋住,到最后在活塞上腔露出三階段,缸1有桿腔的油經(jīng)缸2無桿腔、油口C、單向閥I2,缸1的活塞也可繼續(xù)下降運(yùn)動(dòng)到底,誤差同樣能被消除。該新控制回路與已有同步回路,雖結(jié)構(gòu)有異,但補(bǔ)償功能一樣。(2)缸下密封件的插裝誤差補(bǔ)償圖3所示為活塞每一次下行運(yùn)動(dòng)中都可消除同步誤差的新同步回路之二,圖中采用了單向閥和順序閥各一個(gè),連接如圖3所示。順序閥的調(diào)整壓力應(yīng)比活塞下行運(yùn)動(dòng)時(shí)缸1有桿腔(缸2無桿腔)中的液壓力稍大,以保證活塞下行運(yùn)動(dòng)中順序閥閥口關(guān)閉。該回路同步誤差補(bǔ)償原理簡(jiǎn)述如下。三位換向閥右位接入系統(tǒng)工作后,缸的活塞下降。若缸1的活塞先下行到底,其缸體上的油口a從活塞上腔露出,油泵來的壓力油經(jīng)缸1無桿腔、油口a,單向閥I1后流向缸2的無桿腔,推動(dòng)缸2的活塞繼續(xù)下行到底,誤差即被消除。若缸2的活塞先下行到底后,缸2的無桿腔與缸1有桿腔的液壓力就會(huì)上升,順序閥進(jìn)油口的壓力也就會(huì)上升,閥芯動(dòng)作,順序閥進(jìn)出油口接通,缸1有桿腔的油經(jīng)順序閥回油,其活塞即可繼續(xù)下行到底,同步誤差也被消除。(3)液壓缸新同步回路的改進(jìn)上述兩新回路雖用元器件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,又控制路線短、反應(yīng)靈敏;但不可避免地要在液壓缸的缸壁上鉆孔,而缸筒上的孔口易損壞活塞的密封膠圈,縮短了橡膠密封圈使用壽命。故該兩回路一般只適合那些不采用橡膠密封圈來對(duì)活塞進(jìn)行動(dòng)密封的場(chǎng)合。針對(duì)上述不足,我們研究設(shè)計(jì)了另外幾種無需在缸筒上開孔的、帶補(bǔ)償措施的串聯(lián)液壓缸新同步回路,即對(duì)上述兩種新回路做進(jìn)一步的改進(jìn)。下文就其結(jié)構(gòu)原理一一進(jìn)行簡(jiǎn)述。3新的聯(lián)綿液壓缸電路(1)缸內(nèi)基本消除同步誤差的方法針對(duì)圖2,我們?cè)O(shè)計(jì)出圖4所示新結(jié)構(gòu):在每個(gè)缸的下端蓋上安裝一個(gè)單向閥,如圖4所示,單向閥閥芯上端伸出的小園柱應(yīng)比端蓋的上端面要高、做推桿用;當(dāng)活塞下行到底時(shí),先壓下推桿及閥芯,推桿與閥芯下移,打開單向閥,此時(shí),單向閥雙向?qū)?。調(diào)整單向閥下端的調(diào)整螺釘,可調(diào)整作用在單向閥閥芯上的彈簧的預(yù)壓力。油路中的其它兩個(gè)單向閥為一般普通單向閥,連接如圖4所示。在圖4中,由于1缸的有桿腔和2缸的無桿腔的有效工作面積相等,而使進(jìn)、出流量相等,兩缸活塞的升降,理論上便得到同步。而新的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)會(huì)使實(shí)際產(chǎn)生的同步誤差在每次下行運(yùn)動(dòng)中都可消除。例如三位換向閥的右位接入系統(tǒng)工作時(shí),缸的活塞下降,假若缸1的活塞先下降到底,其下端面會(huì)先壓下單向閥I1的推桿和閥芯,單向閥I1反向?qū)?。從油泵流來的壓力?經(jīng)過單向閥I3、端蓋上的單向閥I1、端蓋的上端面與活塞的下端面之間的空隙、向2缸的無桿腔供油,推動(dòng)缸2的活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底,誤差即被消除。若缸2的活塞先下行到底,其下端面會(huì)先壓下單向閥I2的推桿和閥芯,單向閥I2反向?qū)?。?有桿腔的油會(huì)經(jīng)過單向閥I4、端蓋上反向打開的單向閥I2、端蓋的上端面與活塞的下端面之間的空隙、三位換向閥回油,缸1的活塞也可繼續(xù)下行運(yùn)動(dòng)到底,誤差同樣能消除。當(dāng)兩缸的活塞均下降到底后,其下端蓋上的單向閥I1與I2均處于壓開狀態(tài),(即使未壓開,也處于正向?qū)顟B(tài))。此時(shí),如果三位換向閥的左位接入工作系統(tǒng),兩缸的活塞欲要上升,如果油路中不設(shè)單向閥I4與I3的話,那么從油泵輸入的壓力油會(huì)流入缸2的下腔后,再經(jīng)單向閥I2流入缸1下腔,然后經(jīng)單向閥I1、三位換向閥而直通油箱,而活塞不能實(shí)現(xiàn)向上運(yùn)動(dòng),針對(duì)這種情況,在油路中增加了單向閥I4和I3,它們可以可靠地保障兩缸活塞順利上升。針對(duì)圖3,我們也研究出了圖5所示的新結(jié)構(gòu),它也完全避免了在兩缸缸筒上開孔。圖5所示是對(duì)圖3所示新回路的改進(jìn)。其工作原理簡(jiǎn)述如下。在圖5中,活塞每次下行運(yùn)動(dòng)中都可消除同步誤差。三位換向閥的右位接入系統(tǒng)工作后,缸中活塞下降。若缸1的活塞先下行到底,其下端面會(huì)先壓下下端蓋上的單向閥I1,單向閥I1反向打開,從油泵流來的壓力油流過單向閥I2后、再流過反向開啟的單向閥I1、再流過活塞與下端蓋間的空隙、向缸2的上腔補(bǔ)油,推動(dòng)缸2的活塞繼續(xù)下行到底,同步誤差即被消除。若缸2的活塞先下行到底后,缸2無桿腔與缸1有桿腔的液壓力就會(huì)上升,順序閥進(jìn)油口壓力也上升,閥芯動(dòng)作,順序閥進(jìn)出油口接通,缸1有桿腔的油經(jīng)順序閥回油,其活塞即可繼續(xù)下行到底,同步誤差也被消除。(2)插裝系統(tǒng)中同步誤差的消除在兩缸的活塞中,均背靠背地裝入兩個(gè)閥芯帶推桿的單向閥,它們均勻?qū)ΨQ分布,如圖6所示。圖6所示回路,不僅活塞在每次下行運(yùn)動(dòng)中,而且在每次上行運(yùn)動(dòng)中均可消除同步誤差,補(bǔ)償性能好,同步精度高,其工作原理簡(jiǎn)述如下。如三位換向閥的右位接入系統(tǒng)工作時(shí),缸的活塞下行。假若缸1的活塞先下行到底,那么缸1的下端蓋會(huì)預(yù)開單向閥I1,I1反向?qū)?從油泵流來的壓力油流入缸1的上腔后,流過單向閥I3、單向閥I1、缸1活塞與下端蓋間的空隙、流入缸2的上腔,繼續(xù)推缸2的活塞下行到底,下行的同步誤即被消除。假若缸2的活塞先下行到底,那么缸2的下端蓋會(huì)頂開單向閥I2,I2反向?qū)?從缸1下腔流入缸2上腔的壓力油,流經(jīng)單向閥I4后、流過單向閥I2、流入缸2下腔、通過三位換向閥流入油箱,缸1的活塞可繼續(xù)下行到底,同步誤差同樣能被消除。下面我們來看看活塞上升時(shí),其同步誤差是怎樣消除的。若三位換向閥的左位接入系統(tǒng)工作,兩缸活塞均上升。若缸1的活塞先上行到頂,缸1的上端蓋會(huì)頂開活塞上的單向閥I3,I3反向?qū)?從缸2上腔流入缸1下腔的壓力油,會(huì)流過單向閥I1、單向閥I3、再流過缸1活塞與缸1上端蓋間的空隙和三位換向閥,最后流入油箱,缸2的活塞可繼續(xù)上行到頂,上升的同步誤差被消除。若缸2的活塞先上升到頂,缸2的上端蓋會(huì)將缸2活塞上的單向閥I4頂開,單向閥I4反向?qū)?從油泵流來的壓力油流入缸2的下腔后,流過單向閥I2、單向閥I4、再流過缸2活塞與缸2上端蓋間的空隙,這之后再流入缸1的下腔,推動(dòng)缸1的活塞繼續(xù)上升到頂,上升時(shí)同步誤差同樣也被消除。4同步誤差補(bǔ)償回路針對(duì)串聯(lián)液壓缸新同步回路圖2、圖3的缺點(diǎn)而研究設(shè)計(jì)改進(jìn)的最新回路圖4、圖5和圖6,它們具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)