一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種定壓供油式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、缸蓋和活塞桿，其中在缸蓋的導(dǎo)向套上沿軸線方向設(shè)置上下不對(duì)稱的油墊，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)油口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保持不變。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的伺服油缸在整個(gè)工作過程中，始終使活塞桿和活塞與導(dǎo)向套和缸體之間保持一定的間隙，形成油膜潤(rùn)滑，減小活塞桿與導(dǎo)向套，活塞與缸體的摩擦，增大了系統(tǒng)的承載能力及抗偏載能力，大大延長(zhǎng)了伺服臥式油缸的可靠性和壽命。
【專利說明】一種定壓供油式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，具體涉及一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設(shè)計(jì)方法，適用于高低速、高頻、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、無外漏、無爬行、無滯澀、小慣量、高響應(yīng)、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，才能更好地滿足伺服系統(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)明提供一種定壓供油式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、缸蓋和活塞桿，在缸蓋的導(dǎo)向套上沿軸線方向設(shè)置上下不對(duì)稱的油墊，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)油口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保持不變。
[0004]供油系統(tǒng)由油箱、液壓泵、溢流閥以及過濾器組成，液壓泵的出油口分別接溢流閥和過濾器，液壓泵所供油的輸出壓力Ps由溢流閥設(shè)定并保持不變。
[0005]其中，油墊由油腔、中心進(jìn)油口、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，液壓泵輸出恒定壓力Ps的油液，經(jīng)阻尼器進(jìn)入油墊內(nèi)，此時(shí)油腔內(nèi)油壓為P,油液經(jīng)油墊的封油邊流出，通過回油槽流回油箱，此過程中活塞桿下側(cè)的支撐油墊油腔內(nèi)由于油壓P的作用形成一定的支撐力，且該支撐力的大小會(huì)隨著間隙h的變化高度而自動(dòng)調(diào)整，此過程中活塞桿上側(cè)的支反力油墊也隨間隙h的變化調(diào)整壓力，使活塞桿懸浮于導(dǎo)向套與缸體內(nèi)，最終達(dá)到自適應(yīng)。
[0007]其中，所述上下不對(duì)稱的油墊為一對(duì)或多對(duì)。
[0008]本發(fā)明通過支撐油墊和支反力油墊的應(yīng)用，通過由獨(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)了伺服臥式油缸的可靠性和壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1:本發(fā)明抗偏載臥式伺服油缸結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2:本發(fā)明液壓支撐油墊工作原理示意圖；
圖3:本發(fā)明油缸結(jié)構(gòu)中支撐油墊與活塞桿關(guān)系圖；
圖4:本發(fā)明油缸的活塞桿受力圖。
[0010]附圖標(biāo)記說明:
1-油缸；2-缸體；
3_缸蓋；4_活塞桿；
5-支反力油墊；
51-支反力油墊油腔； 52-支反力油墊中心進(jìn)油口 ；
53-支反力油墊封油邊； 54-支反力油墊回油槽；
55-支反力油墊油膜；
6-支撐油墊；
61-支撐油墊油腔；62-支撐油墊中心進(jìn)油口 ；
63-支撐油墊封油邊； 64-支撐油墊回油槽；
65-支撐油墊油膜；
7-阻尼器；8-壓力傳感器；
9-供油系統(tǒng)；
91-油箱；92-液壓泵；
93-溢流閥；94-過濾器。

【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I包括缸體2、缸蓋3和活塞桿4，在缸蓋4的導(dǎo)向套上沿軸線方向設(shè)置一對(duì)或多對(duì)上下不對(duì)稱的油墊其中活塞桿4下側(cè)油墊為支撐油墊6，支撐油墊6由油腔61、中心進(jìn)油口 62、封油邊63、回油槽64組成?；钊麠U4上側(cè)油墊為支反力油墊5，支反力油墊由油腔51、中心進(jìn)油口 52、封油邊53、回油槽54組成。并由獨(dú)立的供油系統(tǒng)9向各油墊同時(shí)通入壓力油。供油系統(tǒng)9由油箱91、液壓泵92、溢流閥93以及過濾器94組成，液壓泵92的出油口分別接溢流閥93和過濾器94，液壓泵92供油，液壓泵92輸出壓力Ps由溢流閥93設(shè)定并保持不變。在支撐油墊油腔61和支反力油墊油腔51中各連接有一壓力傳感器8，并在支撐油墊油腔61和支反力油墊油腔51的中心進(jìn)油口62,52之前的液壓回路中各連接一阻尼器7。
[0013]由于上下設(shè)置的支反力油墊5和支撐油墊6不對(duì)稱，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)口處設(shè)置了固定阻尼器7，在油腔內(nèi)形成壓力場(chǎng)用于支承外載荷，依靠阻尼器7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)，從而保持油腔壓力與載荷平衡，能夠適應(yīng)工作過程中徑向力的變化。
[0014]按照?qǐng)D2和圖3所示的結(jié)構(gòu)，液壓泵92輸出恒定壓力Ps的油液，經(jīng)阻尼器7進(jìn)入油墊6內(nèi)，此時(shí)油腔61內(nèi)油壓為P，油液經(jīng)油墊6的封油邊64流出，通過回油槽63流回油箱。在此過程中，活塞桿4下側(cè)的支撐油墊油腔61內(nèi)由于油壓P的作用形成一定的支撐力，且該支撐力的大小會(huì)隨著油膜65間隙h的變化高度而自動(dòng)調(diào)整，此過程中活塞桿4上側(cè)的支反力油墊5也隨h的變化調(diào)整壓力，使活塞桿4懸浮于導(dǎo)向套與缸體2內(nèi)，最終達(dá)到自適應(yīng)。
[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]在油缸I工作時(shí)，由外負(fù)載形成的附加徑向力FL會(huì)導(dǎo)致活塞桿4前端繞質(zhì)心O發(fā)生向下偏轉(zhuǎn)，使得支撐油墊6和支反力油墊5的封油邊與活塞桿4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6和支反力油墊5的封油邊與活塞桿4的間隙均減小。由于系統(tǒng)是定壓供油，在阻尼器7和封油邊共同作用下，使油腔有個(gè)憋壓的過程，導(dǎo)致活塞桿4上下油墊的油腔壓力均增大，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。隨著工作過程中活塞桿的運(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)，始終使活塞桿和活塞與導(dǎo)向套和缸體之間保持一定的間隙，形成油膜潤(rùn)滑，減小活塞桿與導(dǎo)向套，活塞與缸體的摩擦，增大了系統(tǒng)的承載能力及抗偏載能力，大大延長(zhǎng)了伺服臥式油缸的可靠性和壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種定壓供油式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)、缸蓋(3)和活塞桿(4),其特征在于: 在缸蓋(3)的導(dǎo)向套上沿軸線方向設(shè)置上下不對(duì)稱的油墊(54),其中活塞桿(4)下側(cè)油墊為支撐油墊(6),活塞桿(4)上側(cè)油墊為支反力油墊(5)； 在每個(gè)油墊(54)的中心進(jìn)油口(5242)之前的液壓回路中各連接一阻尼器(7)； 由獨(dú)立的供油系統(tǒng)(9)向各油墊同時(shí)通入壓力油，供油系統(tǒng)(9)提供的壓力油的壓力保持不變。
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)由油箱(91)4^^^(92^溢流閥(93)以及過濾器(94)組成，液壓泵(92)的出油口分別接溢流閥(93)和過濾器(94),液壓泵(92)所供油的輸出壓力？8由溢流閥(93)設(shè)定并保持不變。
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(54)由油腔〔51、60、中心進(jìn)油口(52,62),封油邊(53,63)和回油槽(54,64)組成，在支撐油墊(6)和支反力油墊(5)的油腔(5161)中各連接有一壓力傳感器(已)。
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(92)輸出恒定壓力？8的油液，經(jīng)阻尼器(7)進(jìn)入油墊內(nèi)，此時(shí)油腔內(nèi)油壓為？，油液經(jīng)油墊的封油邊流出，通過回油槽流回油箱，此過程中活塞桿(4)下側(cè)的支撐油墊(12)油腔內(nèi)由于油壓？的作用形成一定的支撐力，且該支撐力的大小會(huì)隨著間隙卜的變化高度而自動(dòng)調(diào)整，此過程中活塞桿(4)上側(cè)的支反力油墊(5)也隨間隙卜的變化調(diào)整壓力，使活塞桿(4)懸浮于導(dǎo)向套與缸體(2)內(nèi)，最終達(dá)到自適應(yīng)。
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)稱的油墊〔5、6)為多對(duì)。
【文檔編號(hào)】F15B15/14GK104454765SQ201410845092
【公開日】2015年3月25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), 馬麗楠, 安高成, 張其生, 曹一兵, 寧軒 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)