CN102501171B

CN102501171B - 一种气液驱动系统

Info

Publication number: CN102501171B
Application number: CN2011103696463A
Authority: CN
Inventors: 沈海阔; 聂蒙; 智少丹; 李建勇
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: CN102501171A

Abstract

本发明提供了一种气液驱动系统，包括：机械连杆、液压缸、气缸、液压比例减压阀组和气动比例减压阀组，其中，液压缸和多个气缸安装于机械连杆上；液压比例减压阀组安装于与液压缸相连的管道上，用于控制液压缸的有杆腔压力；气动比例减压阀组安装于与气缸相连的管道上，用于控制气缸的输出压力。本发明提供的气液驱动系统能够结合气动系统和液压系统各自的优点，采用液压系统控制机械连杆的水平，可以保证系统同步进给的精确性；同时，系统的压力输出通过多个气缸调节，气体压力输出具有平稳性和柔和性，因此该系统不会对被加工对象带来冲击破坏。

Description

一种气液驱动系统

技术领域

本申请涉及液压驱动及气压驱动技术领域，特别是涉及一种气液驱动系统。

背景技术

随着科技的发展，以气动系统和液压系统为代表的流体传动技术已经日臻成熟。液压系统的主要优点是控制精度高、能量密度比大、响应速度快;气动系统的主要优点是清洁无污染、弹性模量小，力输出柔性好、不易对驱动对象造成损坏。因此，两种技术以其各自的技术特点在经济社会的各领域取得了广泛的应用。

例如对于高速铁路事业来说，火车车辆行驶过程中由于重载、冲击、打滑等原因引起的钢轨踏面变形、磨损、裂纹等缺陷是降低钢轨使用寿命、影响列车安全运行的主要因素之一，钢轨顶面的波浪状磨损(简称“波磨”)是钢轨最常见的缺陷。目前清除钢轨缺陷最有效和快捷的做法是进行钢轨打磨，即采用高速旋转的打磨砂轮对钢轨破损处进行磨削，去除破损点。而为了防止砂轮对钢轨进行的冲击破坏，一般采用气动系统进行砂轮打磨的压力控制，并采用液压系统调整气缸的角度。

上述结构虽然同时利用了液压系统和气动系统进行控制，但其只是利用液压和气动技术驱动同一系统中的不同执行机构，并且在利用气动系统对打磨砂轮进行控制时，只采用一个气缸带动打磨砂轮进行打磨，但是由于打磨砂轮直径有限，因此钢轨打磨只能进行钢轨磨损波长小于25Omm的短波打磨，而无法进行长波打磨，打磨效率很低。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是:如何能够提供一种控制精度高、力输出柔性好的驱动系统。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种气液驱动系统，能够结合气动系统和液压系统各自的优点，实现控制精度高、力输出柔性好、效率高的同步驱动。

为了解决上述问题，本申请公开了一种气液驱动系统，其特征在于，包括:机械连杆、液压缸、气缸、液压比例减压阀组和气动比例减压阀组，其中，

液压缸和多个气缸安装于机械连杆上;所述机械连杆上安装两个液压缸，分别位于所述机械连杆的两端，用于实时控制机械连杆的水平度;多个气缸等间隔地安装于机械连杆的中间，呈直线并列排布，用于实时控制系统的整体输出压力;

液压比例减压阀组安装于与液压缸相连的管道上，用于控制液压缸的有杆腔压力;

气动比例减压阀组安装于与气缸相连的管道上，用于控制每个气缸的输出压力。

优选的，所述气缸的上部空腔通过管道连接气动比例减压阀;

所述气缸的下部有杆腔通过管道连接气动比例减压阀;

通过上下两腔的压力差控制气缸的压力输出大小。

优选的，所述液压缸的进油口位于下部有杆腔一侧，通过管道与液压比例减压阀相连。

优选的，还包括:工作负载，通过转动铰链与机械连杆相连。

优选的，所述工作负载包括:打磨电机和砂轮，通过打磨电机带动砂轮转动。

优选的，所述液压缸为弹簧液压缸，上部空腔内安装弹簧。

优选的，所述液压缸通过转动铰链与机械连杆相连;

所述气缸通过转动铰链与机械连杆相连。

优选的，还包括:

液压源，与所述液压比例减压阀组连接，用于为液压缸提供液体来源;

气动源，与所述气动比例减压阀组连接，用于为气缸提供气体来源。

与现有技术相比，本申请包括以下优点:

本申请使用机械连杆将多个带打磨砂轮的气缸并联，使各气缸的输出始终保持直线，再通过机械连杆两端的液压弹簧缸微调，使机械连杆保持水平，以达到使多个打磨砂轮保持水平进给的目的，从而提高工作效率。

由于液压系统具有响应速度快、控制精度高的特点，因此通过弹簧液压缸控制机械连杆，可以保证系统同步进给的精确性;并且液压弹簧钢只用于进行系统同步控制，将其安装于机械连杆的两端，只需要很小的力输出，因此不会对系统的压力输出精度带来影响。同时，系统的压力输出通过多个气缸调节，气体压力输出具有平稳性和柔和性，因此该系统不会对被加工对象带来冲击破坏。

附图说明

图1是本申请一种气液驱动系统的结构图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本申请一种气液驱动系统的结构图，

该气液驱动系统包括:一个机械连杆、两个液压缸、多个气缸以及液压比例减压阀组和气动比例减压阀组，其中，

两个液压缸和多个气缸均安装于机械连杆上;

气动比例减压阀组安装于与气缸相连的管道上，用于控制气缸的输出压力。

本申请中系统的同步由机械连杆上的液压缸控制，由于液压系统具有响应速度快、控制精度高的特点，因此可以保证系统同步进给的精确性;同时，液压缸只用于进行系统的同步控制，将两个液压缸分别安装于机械连杆的两端，这样只需要很小的压力输出即可保证机械连杆的水平进给，因此不会对系统的压力输出精度带来影响。

两个液压缸分别通过转动铰链与机械连杆的两端相连。液压缸采用弹簧液压缸，在缸体的上部空腔内安装弹簧，通过弹簧的形变控制液压缸内活塞杆的升降。液压缸的进油口位于朝下的有杆腔一侧，通过管道与液压比例减压阀相连，这样系统工作时的液压力是向上的，不会对加工对象造成硬性冲击。

两个同步液压缸的控制采用液压比例减压阀控制单出杆液压缸的结构形式，这种控制方式能够在最大程度上保证系统响应的快速性。液压比例减压阀组与液压源相连，液压源用于为液压缸提供液体来源，通过调节液压比例减压阀控制提供给液压缸下部有杆空腔内的液体体积，即控制液压缸的有杆腔压力，从而使液压缸内的弹簧产生形变，带动活塞杆的升降变化，进而控制机械连杆两端的位置。

同时采用位移反馈的方式控制两个液压缸的同步，实时检测两个液压缸的进给位移，通过位移差调整两个液压缸内活塞杆的升降，从而控制机械连杆两端的高低位置，使机械连杆一直保持在水平位置，实现系统的同步水平进给。

系统的压力输出由多个气缸共同控制，利用气体的可压缩特性，使系统的输出力具有很好的柔顺性和平稳性，因此不会对被加工对象带来冲击破坏。

多个气缸等间隔地安装于机械连杆上，呈直线型并列排布，分别通过转动铰链与机械连杆相连，各个气缸的输出压力共同作为系统整体的输出压力。

气缸的输出压力通过气动比例减压阀控制，每个气缸的上下两腔都通过管道与气动比例减压阀连接，通过上下两腔的压力差决定气缸的压力输出大小。气动比例减压阀组与气动源相连，气动源用于为气缸提供气体来源，通过控制提供给气缸内上下两腔的气体体积控制压力差，从而控制气缸内活塞杆的升降变化，改变系统的输出压力。

下面，通过具体的实施例对本申请一种气液驱动系统进一步详细介绍。

本申请可以应用于高速铁路事业中对钢轨的打磨养护上。将本申请所述的气液并行驱动的同步系统安装于车辆底部，安装时机械连杆的安装方向与钢轨的延伸方向相同。

在机械连杆的两端分别安装一个弹簧液压缸，通过转动铰链将弹簧液压缸的活塞杆与机械连杆相连。活塞杆的升降变化将导致机械连杆两端的位置变化，因此，要保证机械连杆时刻都处于水平状态，实现水平进给，就要实时检测两个弹簧液压缸的进给位移，并对位移进行调整，使两个位移保持一致。

液压源与液压比例减压阀组连接，通过液压比例减压阀组调整提供给弹簧液压缸的液体体积，从而调整液压缸内有杆腔的压力，使液压缸上部空腔内的弹簧产生形变，活塞杆产生升降变化，进而引起机械连杆两端的位置升降变化。通过调整液压比例减压阀使机械连杆处于水平状态。

在机械连杆上并联安装多个气缸，每个气缸内的活塞杆通过转动铰链与机械连杆相连。每个气缸的上部空腔和下部空腔都连接气动比例减压阀。气动比例减压阀组与气动源相连，控制提供给气缸的气体体积，气缸中上下空腔内的气体体积的差值决定气缸的输出压力。

在一种优选的实施例中，各个气缸与机械连杆两端的两个弹簧液压缸之间的间隔均相等。

与每个气缸对应，在机械连杆上与各个气缸的活塞杆相连的转动铰链部位均安装工作负载，包括打磨电机和砂轮，同样通过转动铰链与机械连杆相连。本申请中的工作负载并不限于打磨电机和砂轮，可以为任意负载装置，本申请对此并不加以限制。

工作时，打磨电机带动砂轮做高速旋转，通过各个气缸的输出压力控制砂轮与钢轨的接触，利用砂轮对钢轨进行磨削，去除破损点。由于采用多个气缸带动多个砂轮同步进行打磨，因此打磨范围更大，提高了打磨效率，并且对于钢轨磨损中波长比较长的波浪状磨损也可以起到很好的打磨效果。

同时，由于通过机械连杆两端的弹簧液压缸对机械连杆的水平度进行控制，因此可以实现精确控制，确保各个打磨砂轮保持水平进给。

下面介绍具体工作过程:

一般在钢轨打磨或精密加工等领域，工作过程一般分为启动、初始进给、工作进给、快速回退、停机等几个过程，本系统的工作过程如下:

S1，启动，系统上电，液压系统、气动系统以及负载(打磨电机和砂轮)开始工作。

S2，初始进给阶段，此时负载力不大，且不需要精确调平，

控制与气缸的上部无杆腔相连的气动比例减压阀组向气缸的无杆腔低压送气，与气缸下部无杆腔相连的气动减压阀组处于关闭状态;

控制与两个弹簧液压缸相连的液压比例减压阀组，使两个弹簧液压缸的压力均为零，使同步机构快速进给。

S3，工作进给阶段，此时负载力变大，且需要精确调平，需要按如下程序进行控制:

(a)控制气动比例减压阀组调节各气缸的输出压力，使系统的总输出压力保持恒定;

(b)检测2个弹簧液压缸的进给位移，计算机械连杆的水平度误差;

(c)调节比例减压阀组控制两个液压缸的有杆腔压力，使机械连杆处于水平进给状态。

在一种优选的调节方式中，使机械连杆的某一端上安装的弹簧液压缸中有杆腔的压力一直为零。如果检测到另一端的机械连杆相对位置较低，即与这一端相连的弹簧液压缸的输出压力比较大，此时，通过调节与该弹簧液压缸相连的液压比例减压阀，增加提供给液压缸内有杆腔的液体体积，增加下部有杆腔的压力，使上部空腔内的弹簧压缩，带动活塞杆上升，从而使机械连杆保持水平。

重复执行上述(a)、(b)、(c)三项流程，使本系统在保持输出压力恒定的同时保持系统水平进给。

S4，快速回退阶段，调节液压比例减压阀组和气动比例减压阀组，增大气缸和弹簧液压缸中下部有杆腔的压力，使本系统与钢轨分离，实现快速回退。

S5，重复S2、S3、S4项工作过程。

S6，停机，系统断电，液压系统、气动系统以及负载(打磨电机和砂轮)停止工作。

以上对本申请所提供的一种气液驱动系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种气液驱动系统，其特征在于，包括:机械连杆、液压缸、气缸、液压比例减压阀组和气动比例减压阀组，其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述气缸的上部空腔通过管道连接气动比例减压阀;

所述气缸的下部有杆腔通过管道连接气动比例减压阀;

通过上下两腔的压力差控制气缸的压力输出大小。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压缸的进油口位于下部有杆腔一侧，通过管道与液压比例减压阀相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括:

工作负载，通过转动铰链与机械连杆相连。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述工作负载包括:

打磨电机和砂轮，通过打磨电机带动砂轮转动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压缸为弹簧液压缸，上部空腔内安装弹簧。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述液压缸通过转动铰链与机械连杆相连;

所述气缸通过转动铰链与机械连杆相连。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括:

液压源，与所述液压比例减压阀组连接，用于为液压缸提供液体来源;气动源，与所述气动比例减压阀组连接，用于为气缸提供气体来源。