一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設計方法
2023-07-02 03:36:16
一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設計方法
【專利摘要】本發明提供一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設計方法，臥式伺服油缸包括缸體、缸蓋和活塞杆，其中在缸蓋的導向套上沿軸線方向設置上下不對稱的油墊，活塞杆下側油墊為支撐油墊，活塞杆上側油墊為支反力油墊；在每個油墊的中心進油口之前的液壓迴路中各連接一阻尼器；由獨立的供油系統向各油墊同時通入壓力油，供油系統提供的壓力油的壓力保持不變。採用本發明設計的伺服油缸在整個工作過程中，始終使活塞杆和活塞與導向套和缸體之間保持一定的間隙，形成油膜潤滑，減小活塞杆與導向套，活塞與缸體的摩擦，增大了系統的承載能力及抗偏載能力，大大延長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計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於伺服液壓領域，具體涉及一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設計方法，適用於高低速、高頻、重載、承受徑向力等惡劣工況下的大型冶金設備等行業。
【背景技術】
[0002]伺服油缸是液壓伺服系統的執行元件，以實現高精度、高響應控制。伺服油缸的性能好壞直接影響著系統的控制精度以及動靜態品質，因而伺服油缸的設計需要具有優良的導向性能、低摩擦、無外漏、無爬行、無滯澀、小慣量、高響應、長壽命等優點，才能更好地滿足伺服系統靜態精度、動態品質的要求。一般油缸的受力狀態屬於理想的二力杆狀態，活塞杆只承受軸向力，沒有徑向力。實際應用中由於安裝、負載力特性或其他原因會導致在活塞杆上有一定的徑向力存在，使得活塞杆與導向套、活塞與缸筒存在偏摩，嚴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伺服缸特性和壽命可靠性的影響，是伺服系統和伺服油缸的重要設計及控制方式設計的主要內容。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設計方法，臥式伺服油缸包括缸體、缸蓋和活塞杆，在缸蓋的導向套上沿軸線方向設置上下不對稱的油墊，其中活塞杆下側油墊為支撐油墊，活塞杆上側油墊為支反力油墊；在每個油墊的中心進油口之前的液壓迴路中各連接一阻尼器；由獨立的供油系統向各油墊同時通入壓力油，供油系統提供的壓力油的壓力保持不變。
[0004]供油系統由油箱、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由溢流閥設定並保持不變。
[0005]其中，油墊由油腔、中心進油口、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，液壓泵輸出恆定壓力Ps的油液，經阻尼器進入油墊內，此時油腔內油壓為P,油液經油墊的封油邊流出，通過回油槽流回油箱，此過程中活塞杆下側的支撐油墊油腔內由於油壓P的作用形成一定的支撐力，且該支撐力的大小會隨著間隙h的變化高度而自動調整，此過程中活塞杆上側的支反力油墊也隨間隙h的變化調整壓力，使活塞杆懸浮於導向套與缸體內，最終達到自適應。
[0007]其中，所述上下不對稱的油墊為一對或多對。
[0008]本發明通過支撐油墊和支反力油墊的應用，通過由獨立的供油系統向各油墊提供壓力保持不變的壓力油，增大了系統的承載能力及抗偏載能力，大大延長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:本發明抗偏載臥式伺服油缸結構示意圖； 圖2:本發明液壓支撐油墊工作原理示意圖；
圖3:本發明油缸結構中支撐油墊與活塞杆關係圖；
圖4:本發明油缸的活塞杆受力圖。
[0010]附圖標記說明:
1-油缸；2-缸體；
3_缸蓋；4_活塞杆；
5-支反力油墊；
51-支反力油墊油腔； 52-支反力油墊中心進油口 ；
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；
91-油箱；92-液壓泵；
93-溢流閥；94-過濾器。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明進行具體描述。
[0012]如圖1所示，本發明的臥式伺服油缸I包括缸體2、缸蓋3和活塞杆4，在缸蓋4的導向套上沿軸線方向設置一對或多對上下不對稱的油墊其中活塞杆4下側油墊為支撐油墊6，支撐油墊6由油腔61、中心進油口 62、封油邊63、回油槽64組成。活塞杆4上側油墊為支反力油墊5，支反力油墊由油腔51、中心進油口 52、封油邊53、回油槽54組成。並由獨立的供油系統9向各油墊同時通入壓力油。供油系統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設定並保持不變。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，並在支撐油墊油腔61和支反力油墊油腔51的中心進油口62,52之前的液壓迴路中各連接一阻尼器7。
[0013]由於上下設置的支反力油墊5和支撐油墊6不對稱，在油墊內通入壓力油後，上下油墊便形成力偶，此力偶用於平衡外負載及活塞自重等造成的徑向力。由於在油墊進口處設置了固定阻尼器7，在油腔內形成壓力場用於支承外載荷，依靠阻尼器7的調壓作用，使油腔壓力隨載荷的變化而自動調節，從而保持油腔壓力與載荷平衡，能夠適應工作過程中徑向力的變化。
[0014]按照圖2和圖3所示的結構，液壓泵92輸出恆定壓力Ps的油液，經阻尼器7進入油墊6內，此時油腔61內油壓為P，油液經油墊6的封油邊64流出，通過回油槽63流回油箱。在此過程中，活塞杆4下側的支撐油墊油腔61內由於油壓P的作用形成一定的支撐力，且該支撐力的大小會隨著油膜65間隙h的變化高度而自動調整，此過程中活塞杆4上側的支反力油墊5也隨h的變化調整壓力，使活塞杆4懸浮於導向套與缸體2內，最終達到自適應。
[0015]圖4示出了本發明抗偏載臥式伺服油缸的壓力示意圖。
[0016]在油缸I工作時，由外負載形成的附加徑向力FL會導致活塞杆4前端繞質心O發生向下偏轉，使得支撐油墊6和支反力油墊5的封油邊與活塞杆4的間隙h發生變化，進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，當徑向力匕增大，由於質心O的存在，支撐油墊6和支反力油墊5的封油邊與活塞杆4的間隙均減小。由於系統是定壓供油，在阻尼器7和封油邊共同作用下，使油腔有個憋壓的過程，導致活塞杆4上下油墊的油腔壓力均增大，形成更大的反作用力偶，此增大後的力偶與外負載形成的力偶相抵消，從而達到平衡外負載的目的。隨著工作過程中活塞杆的運動變化，外負載形成的徑向力也會發生變化，進而導致活塞杆與封油邊間隙做出相應的變化，上下油墊中油腔的壓力就會做出相應的調整，使活塞杆在導向套內實現自適應對中的平衡效果。
[0017]在整個工作過程中，由活塞和活塞杆的自身重力、外負載力形成的不平衡的力偶，在一定的範圍內，均可通過活塞杆與封油邊之間間隙變化所導致上下油墊的油腔中壓力變化而形成的力偶進行自適應調節，始終使活塞杆和活塞與導向套和缸體之間保持一定的間隙，形成油膜潤滑，減小活塞杆與導向套，活塞與缸體的摩擦，增大了系統的承載能力及抗偏載能力，大大延長了伺服臥式油缸的可靠性和壽命。
【權利要求】
1.一種定壓供油式抗偏載臥式伺服油缸設計方法，臥式伺服油缸包括缸體(2)、缸蓋(3)和活塞杆(4),其特徵在於: 在缸蓋(3)的導向套上沿軸線方向設置上下不對稱的油墊(54),其中活塞杆(4)下側油墊為支撐油墊(6),活塞杆(4)上側油墊為支反力油墊(5)； 在每個油墊(54)的中心進油口(5242)之前的液壓迴路中各連接一阻尼器(7)； 由獨立的供油系統(9)向各油墊同時通入壓力油，供油系統(9)提供的壓力油的壓力保持不變。
2.根據權利要求1所述的設計方法，其特徵在於:供油系統由油箱(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)設定並保持不變。
3.根據權利要求1或2所述的設計方法，其特徵在於:油墊(54)由油腔〔51、60、中心進油口(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.根據權利要求2或3所述的設計方法，其特徵在於:液壓泵(92)輸出恆定壓力？8的油液，經阻尼器(7)進入油墊內，此時油腔內油壓為？，油液經油墊的封油邊流出，通過回油槽流回油箱，此過程中活塞杆(4)下側的支撐油墊(12)油腔內由於油壓？的作用形成一定的支撐力，且該支撐力的大小會隨著間隙卜的變化高度而自動調整，此過程中活塞杆(4)上側的支反力油墊(5)也隨間隙卜的變化調整壓力，使活塞杆(4)懸浮於導向套與缸體(2)內，最終達到自適應。
5.根據權利要求1-4任一項所述的設計方法，其特徵在於:所述上下不對稱的油墊〔5、6)為一對。
6.根據權利要求1-4任一項所述的設計方法，其特徵在於:所述上下不對稱的油墊〔5、6)為多對。
【文檔編號】F15B15/14GK104454765SQ201410845092
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】黃慶學, 馬麗楠, 安高成, 張其生, 曹一兵, 寧軒 申請人:太原科技大學