一種復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法，臥式伺服油缸包括缸體(2)和活塞桿(1)，在油缸導(dǎo)向套上沿軸線(xiàn)方向設(shè)置上下不對(duì)稱(chēng)的油墊(5、11)，其中活油缸塞桿(1)下側(cè)油墊為支撐油墊(11)，活塞桿(1)上側(cè)油墊為支反力油墊(5)；在每個(gè)油墊(5、11)的中心進(jìn)油孔之前的液壓回路中各連接一阻尼器(6)；由獨(dú)立的供油系統(tǒng)向各油墊同時(shí)通入壓力油，供油系統(tǒng)提供的壓力油的壓力由比例溢流閥（10）控制。本發(fā)明通過(guò)支撐油墊和支反力油墊的應(yīng)用，通過(guò)由獨(dú)立的供油系統(tǒng)向各油墊提供壓力油，增大了系統(tǒng)的承載能力及抗偏載能力，大大延長(zhǎng)了臥式伺服油缸的可靠性和壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服液壓領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法，適用于低速、高速、重載、承受徑向力等惡劣工況下的大型冶金設(shè)備等行業(yè)。

【背景技術(shù)】
[0002]伺服油缸是液壓伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，以實(shí)現(xiàn)高精度、高響應(yīng)控制。伺服油缸的性能好壞直接影響著系統(tǒng)的控制精度以及動(dòng)靜態(tài)品質(zhì)，因而伺服油缸的設(shè)計(jì)需要具有優(yōu)良的導(dǎo)向性能、低摩擦、無(wú)外漏、無(wú)爬行、無(wú)滯澀、小慣量、高響應(yīng)、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，才能更好地滿(mǎn)足伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求。一般油缸的受力狀態(tài)屬于理想的二力桿狀態(tài)，活塞桿只承受軸向力，沒(méi)有徑向力。實(shí)際應(yīng)用中由于安裝、負(fù)載力特性或其他原因會(huì)導(dǎo)致在活塞桿上有一定的徑向力存在，使得活塞桿與導(dǎo)向套、活塞與缸筒存在偏摩，嚴(yán)重影響伺服缸的輸出特性和可靠性。減小甚至克服徑向力對(duì)伺服缸特性和壽命可靠性的影響，是伺服系統(tǒng)和伺服油缸的重要設(shè)計(jì)及控制方式設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法，臥式伺服油缸包括缸體和活塞桿，在油缸導(dǎo)向套上沿軸線(xiàn)方向設(shè)置上下不對(duì)稱(chēng)的油墊，其中活塞桿下側(cè)油墊為支撐油墊，活塞桿上側(cè)油墊為支反力油墊；在每個(gè)油墊的中心進(jìn)油孔之前的液壓回路中各連接一阻尼器；由獨(dú)立的供油系統(tǒng)向各油墊同時(shí)通入壓力油，供油系統(tǒng)提供的壓力油的壓力由比例溢流閥控制。
[0004]其中，供油系統(tǒng)包括油箱、液壓泵、比例溢流閥以及過(guò)濾器，液壓泵的出油口分別接比例溢流閥和過(guò)濾器，液壓泵所供油的輸出壓力Ps由比例溢流閥控制，實(shí)現(xiàn)變壓供油。
[0005]其中，油墊由油腔、中心進(jìn)油孔、封油邊和回油槽組成，在支撐油墊和支反力油墊的油腔中各連接有一壓力傳感器。
[0006]其中，液壓泵輸出的壓力油通過(guò)阻尼器進(jìn)入活塞桿上下側(cè)的油墊，在活塞桿和油墊之間形成一定厚度的油膜，將兩個(gè)接觸面隔開(kāi)，使活塞桿與缸體形成油膜潤(rùn)滑，在支撐油墊和支反力油墊的油壓形成的力偶作用下，使活塞桿克服自重在油缸的缸體內(nèi)達(dá)到自動(dòng)對(duì)中。
[0007]進(jìn)一步，上下不對(duì)稱(chēng)的油墊為一對(duì)或多對(duì)。
[0008]本發(fā)明通過(guò)支撐油墊和支反力油墊的應(yīng)用，通過(guò)由獨(dú)立的供油系統(tǒng)向各油墊提供壓力保持不變的壓力油，增大了系統(tǒng)的承載能力及抗偏載能力，大大延長(zhǎng)了臥式伺服油缸的可靠性和壽命。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1:本發(fā)明復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2:支撐油墊工作原理示意圖； 圖3:支撐油墊與活塞桿關(guān)系圖；
圖4:油缸中活塞桿受力圖。
[0010]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
1-活塞桿， 2-缸體，3-傳感器，4-支反力回油槽，
5-支反力油墊，6-阻尼器，7-過(guò)濾器，8液壓泵，
9-油箱， 10-比例溢流閥，11-支撐油墊，12支撐回油槽。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明的臥式伺服油缸包括缸體2和活塞桿1，在油缸導(dǎo)向套上沿軸線(xiàn)方向設(shè)置一對(duì)或多對(duì)上下不對(duì)稱(chēng)的油墊，其中活塞桿I下側(cè)油墊為支撐油墊11，支撐油墊11由油腔、中心進(jìn)油孔、封油邊和支撐回油槽12組成?；钊麠UI上側(cè)油墊為支反力油墊5，支反力油墊5由油腔、中心進(jìn)油孔、封油邊和支反力回油槽4組成。由獨(dú)立的供油系統(tǒng)向各油墊同時(shí)通入壓力油。供油系統(tǒng)包括油箱9、液壓泵8、比例溢流閥10以及過(guò)濾器7，液壓泵8的出油口分別接比例溢流閥10和過(guò)濾器7，液壓泵8供油，液壓泵8輸出壓力Ps由比例溢流閥10控制，實(shí)現(xiàn)變壓供油。在支撐油墊11和支反力油墊5中各連接有一傳感器3，用于監(jiān)測(cè)油墊中壓力油的壓力。在支撐油墊11和支反力油墊油腔5的中心進(jìn)油孔之前的液壓回路中各連接一阻尼器6。
[0013]由于上下設(shè)置的支反力油墊5和支撐油墊11不對(duì)稱(chēng)，在油墊內(nèi)通入壓力油后，上下油墊便形成力偶，此力偶用于平衡外負(fù)載及活塞自重等造成的徑向力。由于在油墊進(jìn)油孔處設(shè)置了固定阻尼器6，在油腔內(nèi)形成壓力場(chǎng)用于支承外載荷，依靠阻尼器6的調(diào)壓作用，使油腔壓力隨載荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而通過(guò)復(fù)合變壓供油，保持油腔壓力與載荷平衡，能夠適應(yīng)工作過(guò)程中徑向力的變化。
[0014]結(jié)合圖2、3，壓力油通過(guò)阻尼器6進(jìn)入活塞桿I下側(cè)的支撐油墊11后，由于此系統(tǒng)為變壓供油，即系統(tǒng)壓力取決于負(fù)載，由于活塞桿I與油墊的封油邊貼合，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)通過(guò)阻尼器6往油墊11內(nèi)注油，油墊11內(nèi)壓力逐漸升高。支撐油墊11和支反力油墊5的油腔壓力由于不對(duì)稱(chēng)形成的力偶就會(huì)逐漸增大，當(dāng)增大到一定程度時(shí)就會(huì)與活塞和活塞桿自重形成的力相平衡。系統(tǒng)持續(xù)供油，力偶再次加大就會(huì)將活塞桿I托起，此時(shí)壓力油打開(kāi)油墊的封油邊，從油墊的封油邊流出，油墊內(nèi)壓力降低，系統(tǒng)壓力隨之下降，活塞桿I和油墊5、11形成一定厚度的油膜，將兩個(gè)接觸面隔開(kāi)，使活塞桿與缸體形成油膜潤(rùn)滑。在支撐油墊11和支反力油墊5的油壓形成的力偶作用下，使活塞桿I克服自重在油缸的前端蓋的缸體內(nèi)達(dá)到自動(dòng)對(duì)中。
[0015]圖4示出了本發(fā)明抗偏載臥式伺服油缸的壓力示意圖。
[0016]當(dāng)油缸做工，活塞桿I受到偏載力作用的工況時(shí)，由外負(fù)載形成的附加徑向力FL會(huì)導(dǎo)致活塞桿I前端繞質(zhì)心O發(fā)生向下偏轉(zhuǎn)，使得支撐油墊11和支反力油墊5的封油邊與活塞桿I的間隙h發(fā)生變化，進(jìn)而影響到各油墊的油腔中的壓力大小，如圖4所示:
力平衡式:Fi=FL+F2+G 力矩平衡式 -F1^L1=F1=KLJF2=KLfG=KL4
在圖4中，當(dāng)徑向力匕增大，由于質(zhì)心O的存在，支撐油墊11和支反力油墊5的封油邊與活塞桿I的間隙均減小。液壓油從封油邊的流出阻力加大，系統(tǒng)繼續(xù)供油，系統(tǒng)供油壓力上升，在阻尼器的作用下使油腔有個(gè)憋壓的過(guò)程，支撐油墊11和支反力油墊5內(nèi)的油壓開(kāi)始增大，形成更大的反作用力偶，此增大后的力偶與外負(fù)載形成的力偶相抵消，從而達(dá)到平衡外負(fù)載的目的。隨著工作過(guò)程中活塞桿I的運(yùn)動(dòng)變化，外負(fù)載形成的徑向力也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致活塞桿I與封油邊間隙做出相應(yīng)的變化，上下油墊中油腔的壓力就會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整，使活塞桿在導(dǎo)向套內(nèi)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)對(duì)中的平衡效果。
[0017]在整個(gè)工作過(guò)程中，由活塞和活塞桿的自身重力、外負(fù)載力形成的不平衡的力偶，在一定的范圍內(nèi)，均可通過(guò)活塞桿與封油邊之間間隙變化所導(dǎo)致上下油墊的油腔中壓力變化而形成的力偶進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，始終使活塞桿懸浮與缸體內(nèi)，與缸體形成油膜潤(rùn)滑，減小活塞與缸體、活塞桿與缸體的摩擦，增大了系統(tǒng)的承載能力及抗偏載能力，大大延長(zhǎng)了臥式伺服油缸的壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合自適應(yīng)抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法，臥式伺服液壓缸包括缸體(2)和活塞桿(1)，其特征在于: 在油缸導(dǎo)向套上沿軸線(xiàn)方向設(shè)置上下不對(duì)稱(chēng)的油墊(5、11)，其中活塞桿(1)下側(cè)油墊為支撐油墊(11)，活塞桿(1)上側(cè)油墊為支反力油墊(5)； 在每個(gè)油墊(5、11)的中心進(jìn)油孔之前的液壓回路中各連接一阻尼器(6)； 由獨(dú)立的供油系統(tǒng)向各油墊同時(shí)通入壓力油，供油系統(tǒng)提供的壓力油的壓力由比例溢流閥(10)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:供油系統(tǒng)包括油箱(9)、液壓泵(8)、比例溢流閥(10)以及過(guò)濾器(7)，液壓泵⑶的出油口分別接比例溢流閥(10)和過(guò)濾器(7)，液壓泵⑶所供油的輸出壓力Ps由比例溢流閥(10)控制，實(shí)現(xiàn)變壓供油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:油墊(5、11)由油腔、中心進(jìn)油孔、封油邊和回油槽組成，在支撐油墊(11)和支反力油墊(5)的油腔中各連接有一壓力傳感器(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:液壓泵(8)輸出的壓力油通過(guò)阻尼器(6)進(jìn)入活塞桿(1)上下側(cè)的油墊(11)，在活塞桿(1)和油墊(5、11)之間形成一定厚度的油膜，將兩個(gè)接觸面隔開(kāi)，使活塞桿與缸體形成油膜潤(rùn)滑，在支撐油墊(11)和支反力油墊(5)的油壓形成的力偶作用下，使活塞桿(1)克服自重在油缸的缸體內(nèi)達(dá)到自動(dòng)對(duì)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述上下不對(duì)稱(chēng)的油墊(5、6)為一對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述上下不對(duì)稱(chēng)的油墊(5、6)為多對(duì)。
【文檔編號(hào)】F15B15/20GK104500499SQ201410845069
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】黃慶學(xué), 安高成, 馬麗楠, 曹一兵, 張其生 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)