順序動作液壓缸的設計及其應用

摘要：針對某工程應用中需要控制執行器順序動作的情況，設計了順序動作液壓缸。順序動作液壓缸的應用可達到簡化系統設置、提高動作可靠性的目的。
關鍵詞:液壓缸
1 概述
液壓缸是液壓系統中的執行器，隨著液壓缸在液壓傳動中的廣泛應用，其作用也不僅僅局限于實現直線往復運動或回轉擺動，液壓缸的功用在不斷地被開發利用。對于不同的液壓系統、主機和機構等，我們需要根據不同的用途和工作要求選擇或設計液壓缸。
隨著液壓用戶對設備要求的提高，設備動作可靠性越來越引起用戶的極大關注。為保證兩個或多個執行器按規定的次序正常動作，可以通過機械裝置、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現系統需求，但這無疑會使系統變得更為復雜，可靠性降低，成本增加。為此，我們結合某工程設計了順序動作液壓缸，用以控制液壓系統中相關執行器液壓回路的通斷，達到各執行器按規定順序動作的目的。
2 工作原理
2.1 構成及功能順序動作液壓缸結構原理見圖1。與普通液壓缸相比，順序動作液壓缸有一個控制油口Ks口，以及在其活塞和上端蓋中分別設置有單向閥。
當活塞運動到上極限位置時，通過設置在活塞及液壓缸上端蓋的機械結構頂開兩單向閥，控制油口與主油路互通，可以完成下一級執行器的動作要求；當活塞不在上極限位置時，單向閥組中兩單向閥脫開，控制油口與主油路不通，Ks口沒有壓力油，不能完成下一級執行器的動作要求。
順序動作液壓缸可以達到控制下一級執行器油路的通斷，實現執行器順序動作的目的。
2.2 順序控制
在某工程應用中，啟閉裝置與升降裝置正常工作過程為：啟閉裝置“開”到位->升降裝置“升”->升降裝置“降”到位->啟閉裝置“關”。動作完成后，控制升級裝置和啟閉裝置的電磁換向閥分別回中位。工作時，要求啟閉裝置開到位后，升降裝置才能進行升降動作；只有在升降裝置降到位后，啟閉裝置才能進行關閉動作。
順序動作液壓缸在某液壓系統中應用情況如圖2所示。其中啟閉裝置液壓缸使用的是順序動作液壓缸。
當順序動作液壓缸活塞運動到上極限位置的同時，啟閉裝置開啟到位，K口與Ks口相通，此時可以通過控制電磁換向閥2實現升降裝置升起或下降的動作；在升降裝置沒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，換向閥在彈簧力作用下保持油路斷開的狀態，此時系統壓力油不能供G口，無法完成啟閉裝置關蓋動作，從而保證啟閉裝置和升降裝置間動作的正確性及可靠性。
3 設計分析
單向閥組是順序動作液壓缸中的關鍵部件，其設計、加工質量直接影響液壓缸的動作可靠性。單向閥組結構簡圖如圖3所示。圖中，S1為順序動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，F1為彈簧預壓縮力；S2為順序動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，F2
為彈簧預壓縮力。Pk為順序動作液壓缸K口壓力。
圖3 單向閥組結構簡圖
單向閥組受力須滿足下列關系式：液壓缸K口為壓力油使活塞向上運動時，
式中F3———單向閥組中兩彈簧均被壓縮到極限位置時，兩閥芯所受彈簧力總和
F———摩擦阻力等
在設計單向閥組時須注意以下事項：
a 設計需考慮液壓缸下腔為壓力油且活塞運動到達上極限位置時，兩單向閥芯能同時運動致使液壓油路暢通，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，油液壓力能使活塞向下運動，兩單向閥能脫開并保持油路不通，即K口與Ks口斷開；
c 應考慮兩單向閥均不能因液壓缸上腔油液壓
力而開啟；
d 單向閥組密封設計；
e 設計及安裝時，應保證兩單向閥始終對中。
4 工作特點
a 順序動作液壓缸通過本身的機械結構控制下一級執行器油路的通斷，有效地保證了各執行器按順序動作。
b 由于順序動作液壓缸的應用，可避免因系統電器紊亂或手操作故障而引起啟閉裝置和升降裝置發生干涉的情況，系統配置得到優化，可靠性大大提高。
c 順序動作液壓缸結構簡單，在普通液壓缸的基礎上改型比較方便，應用范圍比較廣泛。
5 結束語
順序動作液壓缸的應用可達到簡化系統設置、提高動作可靠性的目的，但在某些場合，應適當考慮單向閥中彈簧剛度對系統固有頻率的影響