CN104500498B - 一种变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸设计方法，卧式伺服油缸包括缸体和活塞杆，在油缸导向套上沿轴线方向设置上下不对称的油垫(5、10)，其中活塞杆(1)下侧油垫为支撑油垫(10)，活塞杆(1)上侧油垫为支反力油垫(5)；由独立的供油***向各油垫同时通入压力油，供油***提供的压力油的压力由比例溢流阀（9）控制。本发明通过支撑油垫和支反力油垫的应用，通过由独立的供油***向各油垫提供压力油，增大了***的承载能力及抗偏载能力，大大延长了卧式伺服油缸的可靠性和寿命。

Description

一种变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸设计方法
技术领域
本发明属于伺服液压领域，具体涉及一种变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸设计方法，适用于高低速、高频、重载、承受径向力等恶劣工况下的大型冶金设备等行业。
背景技术
伺服油缸是液压伺服***的执行元件，以实现高精度、高响应控制。伺服油缸的性能好坏直接影响着***的控制精度以及动静态品质，因而伺服油缸的设计需要具有优良的导向性能、低摩擦、无外漏、无爬行、无滞涩、小惯量、高响应、长寿命等优点，才能更好地满足伺服***静态精度、动态品质的要求。一般油缸的受力状态属于理想的二力杆状态，活塞杆只承受轴向力，没有径向力。实际应用中由于安装、负载力特性或其他原因会导致在活塞杆上有一定的径向力存在，使得活塞杆与导向套、活塞与缸筒存在偏摩，严重影响伺服缸的输出特性和可靠性。减小甚至克服径向力对伺服缸特性和寿命可靠性的影响，是伺服***和伺服油缸的重要设计及控制方式设计的主要内容。
发明内容
本发明提供一种变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸设计方法，所述卧式伺服油缸包括缸体和活塞杆，在油缸导向套上沿轴线方向设置上下不对称的油垫，其中活塞杆下侧油垫为支撑油垫，活塞杆上侧油垫为支反力油垫；由独立的供油***向各油垫同时通入压力油，供油***提供的压力油的压力由比例溢流阀控制。
其中，供油***由油箱、液压泵、比例溢流阀以及过滤器组成,液压泵的出油口分别接比例溢流阀和过滤器。
其中，油垫由油腔、中心进油孔、封油边和回油槽组成，在支撑油垫和支反力油垫的油腔中各连接有一位移传感器。
其中，液压泵输出的压力油通过油垫中心孔进入油垫内，由位移传感器检测活塞杆的位置进而控制比例溢流阀的给定压力，此时油腔内油压为P，油液经油垫的封油边流出，通过回油槽流回油箱，此过程中活塞杆下侧的支撑油垫油腔内由于油压P的作用形成一定的支撑力，且该支撑力的大小会随着间隙h的变化高度而自动调整，此过程中活塞杆上侧的支反力油垫也随间隙h的变化调整压力，使活塞杆悬浮于导向套与缸体内，最终达到自适应。
其中，所述上下不对称的油垫为一对或多对。
本发明通过支撑油垫和支反力油垫的应用，通过由独立的供油***向各油垫提供压力油，增大了***的承载能力及抗偏载能力，大大延长了卧式伺服油缸的可靠性和寿命。
附图说明
图1：本发明变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸结构示意图；
图2：本发明变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸的活塞杆受力图。
附图标记说明：
1-活塞杆；2-缸体；
3-传感器；4-支反力回油槽；
5-支反力油垫；6-过滤器；
7-液压泵；8-油箱；
9-比例溢流阀；10-支撑油垫；
11-支撑回油槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
如图1所示，本发明的卧式伺服油缸包括缸体2和活塞杆1，在油缸导向套上沿轴线方向设置一对或多对上下不对称的油垫，其中活塞杆1下侧油垫为支撑油垫10，支撑油垫10由油腔、中心进油孔、封油边和支撑回油槽11组成。活塞杆1上侧油垫为支反力油垫5，支反力油垫5由油腔、中心进油孔、封油边、支反力回油槽4组成。并由独立的供油***向各油垫同时通入压力油。供油***包括油箱8、液压泵7、比例溢流阀9以及过滤器6,液压泵7的出油口分别接比例溢流阀9和过滤器6，液压泵7供油，液压泵7输出压力Ps由比例溢流阀9控制。在支撑油垫10和支反力油垫5中各连接有一位移传感器3，用于监测活塞杆的位置并形成比例溢流阀的输入控制指令。
由于上下设置的支反力油垫5和支撑油垫10不对称，在油垫内通入压力油后，上下油垫便形成力偶，此力偶用于平衡外负载及活塞杆自重等造成的径向力。
按照图1所示的结构，液压泵7输出压力Ps的油液供给各油垫，压力油通过油垫中心孔进入油垫内，此时油腔内油压为P，压力油经油垫的封油边流出，通过回油槽流回油箱8。在此过程中，活塞杆1下侧的支撑油垫10油腔内由于油压P的作用形成一定的支撑力，且该支撑力的大小会随着油膜间隙h的变化高度而自动调整，此过程中活塞杆1上侧的支反力油垫5也随间隙h的变化调整压力，使活塞杆1悬浮于导向套与缸体2内，最终达到自适应。
图2示出了本发明抗偏载卧式伺服油缸的压力示意图。
在油缸工作时，由外负载形成的附加径向力FL会导致活塞杆1前端有绕质心O发生向下偏转倾向，使得支撑油垫10和支反力油垫5的封油边与活塞杆1的间隙h发生变化，进而影响到各油垫的油腔中的压力大小，如图2所示：
力平衡式：F1=FL+F2+G
力矩平衡式：FL*L1=F1*L2+F2*L3+G*L4
在图2中，当径向力FL增大，由于质心O的存在，支撑油垫10和支反力油垫5的封油边与活塞杆1的间隙均减小。负载决定***压力，由于偏载力的增大，***供油压力增大，当***压力足够大时，活塞杆1上下油垫的油腔压力F1和F2均增大，形成更大的反作用力偶，此增大后的力偶与外负载形成的力偶相抵消，从而达到平衡外负载的目的。随着工作过程中活塞杆1的运动变化，外负载形成的径向力也会发生变化，进而导致活塞杆1与封油边间隙做出相应的变化，上下油垫中油腔的压力就会做出相应的调整，使活塞杆1在导向套内实现自适应对中的平衡效果。
在整个工作过程中，由活塞和活塞杆的自身重力、外负载力形成的不平衡的力偶，在一定的范围内，均可通过活塞杆与封油边之间间隙变化所导致上下油垫的油腔中压力变化而形成的力偶进行自适应调节，始终使活塞杆和活塞与导向套和缸体之间保持一定的间隙，形成油膜润滑，减小活塞杆与导向套、活塞与缸体的摩擦，增大了***的承载能力及抗偏载能力，大大延长了卧式伺服油缸的可靠性和寿命。

Claims (7)

1.一种变压力供油式抗偏载卧式伺服油缸设计方法，卧式伺服油缸包括缸体和活塞杆，其特征在于：
在油缸导向套上沿轴线方向设置上下不对称的油垫(5、10)，其中活塞杆(1)下侧油垫为支撑油垫(10)，活塞杆(1)上侧油垫为支反力油垫(5)；
由独立的供油***向各油垫同时通入压力油，供油***提供的压力油的压力由比例溢流阀（9）控制。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：供油***由油箱（8）、液压泵（7）、比例溢流阀（9）以及过滤器（6）组成,液压泵（7）的出油口分别接比例溢流阀（9）和过滤器（6）。
3.根据权利要求1或2所述的设计方法，其特征在于：油垫(5、10)由油腔、中心进油孔、封油边和回油槽组成，在支撑油垫（10）和支反力油垫（5）的油腔中各连接有一位移传感器（3）。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于：液压泵（7）输出的压力油通过油垫的中心进油孔进入油垫内，由位移传感器检测活塞杆的位置进而控制比例溢流阀的给定压力。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：油腔内油压为P，油液经油垫的封油边流出，通过回油槽流回油箱（8），此过程中活塞杆（1）下侧的支撑油垫（10）油腔内由于油压P的作用形成一定的支撑力，且该支撑力的大小会随着供油压力的变化而调整，此过程中活塞杆（1）上侧的支反力油垫（5）也随供油压力的变化调整压力，使活塞杆（1）悬浮于导向套与缸体（2）内，最终达到自适应。
6.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的设计方法，其特征在于：所述上下不对称的油垫(5、10)为一对。
7.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的设计方法，其特征在于：所述上下不对称的油垫(5、10)为多对。
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