CN101846106B - 液压油缸动态同步分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压油缸动态同步分配器，包含一个主油缸和与外部工作油缸数相对应的若干个分油缸组，每个分油缸组包含n个分油缸，n≥2；油缸的尺寸应符合：同一组内n个分油缸的单行程流量之和与其所对应的外部工作油缸的单行程流量相一致；主油缸柱塞和各分油缸柱塞相连而能同步移动，主油缸的液压油接管与液压动力柜的一个油路相连，属于同一组的各分油缸的液压油接管同与其所对应的外部工作油缸的一端腔室相连。本分配器用于对多个协同工作的液压油缸进行液压油分配，能确保多个协同工作的外部液压油缸在整个工作过程中，始终达到完全一致的动态动步的要求。整个分配器稳定运行，结构简单，运行可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压油缸动态同步分配器，用于对多个协同工作的液压油缸进行液压油分配，使之达到同步工作。
背景技术
目前，液压技术已经广泛地应用于各种领域，某些液压系统中包含两个或两个以上协同工作的液压油缸，各油缸的缸径、行程长度等数据可能相同或不相同，但必须同步工作。目前，解决多油缸同步问题的主要方法有：1、采用简单的电气限位法满足静态同步的要求，但只能确保油缸最终工作到达点相同，不能达到整个工作执行过程中始终同步；2、采用分流集流阀的液压回路，此种方法对于负载相同的两只油缸或许能达到一定的精度(90％左右)，但对于负载不同的油缸不仅在起始调整阶段就产生了一定的误差，而且使用的局限性大，只能解决两缸同步的问题，很难做到更多油缸的同步工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压油缸动态同步分配器，它对多只液压油缸进行液压油分配，能使多只液压油缸达到动态同步工作，有很高的动态同步精度。
一种针对至少两个同步工作的外部液压油缸的液压油缸动态同步分配器，包含一个主油缸和与外部工作油缸数相对应的若干个分油缸组，每个分油缸组包含n个分油缸，n≥2；油缸的尺寸应符合：同一组内n个分油缸的单行程流量之和与其所对应的外部工作油缸的单行程流量相一致；主油缸柱塞和各分油缸柱塞相连而能同步移动，主油缸和各分油缸分别设有一个液压油接管，主油缸的液压油路接管与外部液压动力柜的一个油路相连，属于同一组的各分油缸的液压油路接管同与其所对应的外部工作油缸的一端腔室相连。
本液压油缸动态同步分配器分油缸的内径及柱塞行程(或柱塞的直径及有效行程长度)的尺寸是根据该分油缸所对应的外部工作油缸的内径和活塞一次行程的长度计算而得的单行程体积流量换算得到。通常设计为各分油缸的柱塞长度相等，在长度尺寸已确定的情况下通过计算设计出各分油缸的柱塞直径(即分油缸的内径)。
所说的主油缸和分油缸分别固定在框架内的两个端板上，主油缸的柱塞和分油缸的柱塞分别固定在同一个连接板的正、反两侧，组成连体的柱塞组件；分油缸组内各油缸的尺寸应符合：每一次行程的流量之和与其对应的外部工作油缸的流量相一致，即分油缸的内径及柱塞行程(或柱塞的直径及有效行程长度)的尺寸是根据该分油缸所对应的外部工作油缸的内径和活塞一次行程的长度计算而得的单行程体积流量换算得到。通常设计为各分油缸的柱塞长度相等，在柱塞长度尺寸已确定的情况下通过计算设计出各分油缸的柱塞直径(即分油缸的内径)。
同组内的各分油缸以主油缸轴线为中心对称并为等弧度间隔分布。
所说的框架的两个端板之间连有若干根撑杆，所说端板为设有油缸定位孔的法兰板。
各油缸的端部分别伸入所在法兰板的对应定位孔内，并通过螺钉与法兰板固定连接。
本液压油缸动态同步分配器还设有排气及柱塞起始位置调整机构，它包括油箱、油箱截止阀C、油泵M、第一吸油阀A1、第二吸油阀A2、排油阀B1、补油阀B2、与主油缸相连的主油缸阀F和与各分油缸相连的多个分油缸阀Fm；油箱截止阀C同时与排油阀B1、第一吸油阀A1和主油缸排所阀F相连，排油阀B1的另一端同时连接油泵M的出口和补油阀B2，第一吸油阀A1的另一端同时连接油泵M的进口和第二吸油阀A2；补油阀B2和第二吸油阀A2的另一端互连并同时与各分油缸阀Fm连接。
以上所述调整机构中的两个吸油阀A1、A2和排油阀B1、补油阀B2及油泵M之间的连接关系类似桥式整流电路的连接模式。调整机构作用是，在液压工作机械启动之前，对各外部工作油缸处于不同的起始状态的情况下，通过调整机构分别对各工作油缸以吸油或补油的方式将活塞调整至同一起始位置；另一作用是，在本分配器启用之前将各分油缸及主油缸内存在气泡排出。
本液压油缸动态同步分配器连接在液压油动力柜和外部工作油缸之间，由于同一组内的各分油缸的单行程流量之和与其所对应的外部工作油缸的单行程流量相一致；使动力柜油泵组输出的液压油通过本分配器的主油缸后能合理分配至各组分油缸，分油缸各柱塞与主油缸柱塞组成的柱塞组件确保各柱塞同步运动，从而使各分油缸的液压油同步地向外部油缸输送，确保多个协同工作的外部液压油缸在整个工作过程中，始终达到完全一致的动态动步的要求。本分配器的分油缸以主油缸轴线为中心对称分布，使整个分配器稳定运行，结构简单，运行可靠。
附图说明
图1是本液压油缸动态同步分配器的结构示意图。
图1(1)是图1的A-A剖视图。
图2是本液压油缸动态同步分配器的框架结构示意图。
图2(1)是图2的E-E剖视图。
图2(2)是图2的G-G剖视图。
图3是本液压油缸动态同步分配器的原理性结构示意图。
图中，1-框架下法兰板，1-1-下法兰板的主油缸定位孔，2-框架撑杆，3-主油缸，3-1-主油缸的油路接管，4-主油缸柱塞，5-柱塞连接板，6-分油缸柱塞，7-分油缸，71-属于第一组的分油缸，72-属于第二组的分油缸，73-属于第三组的分油缸，7-1-分油缸的油路接管，8-框架下法兰板，8-1-下法兰板的分油缸定位孔，9-油箱，10-始位置调整机构，11-液压动力柜，11-1、11-2-液压动力柜的外接油路，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ-外部工作油缸；A1、A2-吸油阀，B1-排油阀、B2-补油阀，C-油箱截止阀，F-主油缸阀排气阀，F1～F6-分油缸阀。
具体实施方式
实施例1下面通过图1和图2说明本液压油缸动态同步分配器的结构。
图1是液压油缸动态同步分配器的实施例结构图，图2是本实施例的框架结构图。
见图1，本分配器包含有一个主油缸3和若干个分油缸7，主油缸设有柱塞4和油路接口3-1，每个分油缸设有柱塞6和油路接口7-1，主油缸和分油缸均分别设有压盖、防尘圈、密封圈、衬套等常规部件(图中未标号)。主油缸3的柱塞4和各分油缸7的柱塞6分别用螺钉固定在同一个连接板5的上侧面和下侧面，连接板5与柱塞4和多个柱塞6连成整体的柱塞组件。以上油缸和柱塞组件均安装在框架内。框架的结构见图2，它由若干根撑杆2及上法兰板8、下法兰板1组合而成，各撑杆2的两端设有螺纹，通过螺母与两端的法兰板8、1连接。图1中的主油缸3位于下法兰板1的正中，若干个分油缸7对称于主油缸3的中心轴线平衡分布。
图1(1)是图1的A-A剖面图，从该图1(1)可见，本实施例设有三组分油缸(针对图3中外部三个工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ而设置)，每组均包含有两个分油缸(即n＝2)，总数为六个分油缸；其中，第一组含两个分油缸71，第一组含两个分油缸72，第三组含两个分油缸73。六个分油缸按60°间隔圆周排列，各分油缸对称于中心轴线(即主油缸3的中心轴线)平衡分布。图1中，属同一组内的各分油缸的油路接管7-1同时与它们所对应的外部工作油缸相连接(参见图3)。
图2(1)表示，下法兰板1的中心设有主油缸定位孔1-1，主油缸3的下端伸入定位孔1-1中并通过螺钉与下法兰板1固定连接(参见图1)，图2(1)中定位孔1-1周围小圆点表示用于连接的螺钉孔。图2(2)表示，上法兰板8的六个定位孔8-1用于六个分油缸的定位，分油缸的端部伸入对应的定位孔8-1中，并通过螺钉与上法兰板8固定连接。
实施例2下面通过图3并结合图1说明本液压油缸动态同步分配器的工作原理。
图3表示，液压工作系统含有同步工作的三个外部液压工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，动态同步分配器设有主油缸3和与三个外部液压工作油缸对应的三组分油缸。图3表示，第一组所包含的两个分油缸71(下称71-71)与外部工作油缸Ⅰ的下端腔室相连，第二组所包含的两个分油缸72(下称72-72)与外部工作油缸Ⅱ的下端腔室相连，第三组所包含的两个分油缸(下称73-73)与外部工作油缸Ⅲ的下端腔室相连；三个外部液压工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的上端腔室分别通过单向阀同与液压动力柜11的一个油路11-2相连；主油缸3与液压动力柜11的另一个油路11-1相连接。
本实施例中，三个外部工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的行程及缸径尺寸是：油缸Ⅰ的内径100mm，行程400mm；油缸Ⅱ的缸内径150mm，行程400mm；油缸Ⅲ的缸内径200mm，行程为100mm。对应于此，第一组的两个分油缸71、71和第三组的两个分油缸73、73的柱塞直径均设计为80mm；第二组的两个油缸72、72柱塞直径均设计为120mm，六个分油缸的行程均为≥312.5mm。油缸每行程的体积流量的计算公式为：h∏D2/4，h表示行程值，∏为圆周率，D表示油缸内径值。计算各缸的行程流量分别为：
外部工作油缸Ⅰ的流量为：400*1002*∏/4＝106∏；
两个分油缸71和71的总流量为：2*(312.5*802*∏/4)＝106∏，
外部工作油缸Ⅱ流量为：400*1502*∏/4＝22500∏；
两个分油缸72和72的总流量为：2*(312.5*1202*∏/4)＝2250000∏。
外部工作油缸Ⅲ流量为：100*2002*∏/4＝106∏；
两个分油缸73和73的总流量为：2*(312.5*802*∏/4)＝106∏。
可见本分配器的三组分油缸的单行程流量分别与外部工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的单行程流量一一对应相同。当图3中动力柜11通过油路11-1向主油缸3送入液压油时，柱塞组件向上移动，从各分油缸输出的液压油按组汇合，输入对应的外部油缸，并与之同步完成一个行程，此行程中，各分油缸组输出的液压油量与其对应的外部油缸的液压油输出量相同，因此可在行程内达到动态同步。
图3实线框内是本液压油缸动态同步分配器的排气及柱塞起始位置调整机构10，当外部工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的活塞初始状态处于不同位置时，可通过调整机构10进行调整；当油缸内有气体时，可通过调整机构10将气体完全排除干净。
如图3，吸油阀A1、A2和排油阀B1、补油阀B2及油泵(或油泵电机组)M之间的连接关系类似于桥式整流电路的连接型式。当外部工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各活塞处于不同初始状态时，启用该机构进行调整，操作过程如下：
将截止阀C打开。当采用吸油方式调整时，可关闭阀A1、B2，开启阀A2、B1和与需调整的外部工作油缸(如油缸Ⅰ)所与该工作油缸Ⅰ对应的分油缸71的阀F1或F4，关闭其它分油缸阀及主油缸排气阀F，启动油泵电机M，此时油缸Ⅰ内的油被油泵M吸出，通过F1或F4，依次经阀A2、泵M、阀B1、C，入油箱9，油缸Ⅰ活塞即下移，当移动至预定位置(如到达下止点)时，停泵M。如需采用补油方式调整，则关闭阀B1、A2，开启阀A1、B2，启动油泵M，此时油箱9的油通过阀C、依次经阀A1、泵M、阀B2、阀F1或F4入油缸Ⅰ内，使油缸Ⅰ的活塞上移，直至达到所需位置(如到达下止点)后停泵M。
按上述方法通过吸油或补油的方式逐个调整各工作油缸，使之达到同一初始工作位置(如到达下止点)后停泵M。将调整机构10内的阀全部开启，主油缸3内含有的气泡上升，经阀F、阀C入油箱9排出；同样，各分油缸内含有的气泡上升，通过各对应阀F1～F6，经阀B2、B1或阀A2、A1通过阀C入油箱9排出。
经以上调整处理后，除油箱截止阀C保持开启外，调整机构10内的其余阀全部关闭。截止阀C处于常开状态可确保油箱9的油通过油泵M左侧的溢流阀和右侧的单向阀对油泵外壳起保护作用。
图3表示，经上述调整后，本例中的三个工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的活塞均到达下止点，液压系统即可开始工作。来自动力柜11的液压油先进入动态同步分配器的主油缸3，柱塞4向上移动，通过连接板5带动各分油缸的柱塞6同步上移，71-71、72-72、73-73各组分油缸输出的液压油分别对应送入工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的下端腔室，三个工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的活塞向上移动，而使上腔室液压油通过单向阀，然后合并经油路11-2流回动力柜11。当三个工作油缸的活塞同步到达上止点后，动力柜11的内部电磁阀换向，动力柜11内的泵组将液压油通过油路11-2分别进入三个工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的上端腔室，活塞即向下移动，使下端腔室内的液压油原路流回对应的71-71、72-72、73-73各组分油缸，同时柱塞组件(包括分油缸各柱塞6和主油缸柱塞4)被推动下移，主油缸3即排出液压油通过油路11-1流回动力柜11。至三个工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的活塞到达下止点时，动力柜11的内部电磁阀再次换向，柜11内的泵组将液压油通过油路11-1输入主油缸3，开始下一个工作循环。以上工作过程连续不断地重复，在此过程中，本分配器能使三个工作油缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ始终达到同态同步工作，有很高的动态同步精度。
Claims (6)
1.液压油缸动态同步分配器，其特征是包含一个主油缸和与外部工作油缸数相对应的若干个分油缸组，每个分油缸组包含n个分油缸，n≥2；油缸的尺寸应符合以下条件：同一组内n个分油缸的单行程流量之和与其所对应的外部工作油缸的单行程流量相一致；主油缸柱塞和各分油缸柱塞相连而能同步移动，主油缸和各分油缸分别设有一个液压油路接管，主油缸的液压油路接管与外部液压动力柜的一个油路相连，属于同一组的各分油缸的液压油接管同与其所对应的外部工作油缸的一端腔室相连。
2.根据权利要求1所述的液压油缸动态同步分配器，其特征是所述的主油缸和分油缸分别固定在框架内的两个端板上，主油缸的柱塞和分油缸的柱塞分别固定在同一个连接板的正、反两侧，组成连体的柱塞组件。
3.根据权利要求2所述的液压油缸动态同步分配器，其特征是各分油缸以主油缸轴线为中心对称并为等弧度间隔分布。
4.根据权利要求3所述的液压油缸动态同步分配器，其特征是所述的框架的两个端板之间连有若干根撑杆，所述端板为设有油缸定位孔的法兰板，撑杆两端通过螺母与法兰板固定连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的液压油缸动态同步分配器，其特征是主油缸和各分油缸分别以端部伸入所在法兰板的对应定位孔内，并通过螺钉与法兰板固定连接。
6.根据权利要求5所述的液压油缸动态同步分配器，其特征是设有排气及柱塞起始位置调整机构，它包括油箱、油箱截止阀(C)、油泵(M)、第一吸油阀(A1)、第二吸油阀(A2)、排油阀(B1)、补油阀(B2)、主油缸排气阀(F)和多个分油缸阀；油箱截止阀(C)同时与排油阀(B1)、第一吸油阀(A1)和主油缸排气阀(F)相连，排油阀(B1)的另一端同时连接油泵(M)的出口和补油阀(B2)，第一吸油阀(A1)的另一端同时连接油泵(M)的进口和第二吸油阀(A2)；补油阀(B2)和第二吸油阀(A2)的另一端互连并同时与各分油缸阀连接。
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