CN105840568A - 一种降低机构极限位置内应力方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及万向铲技术领域，尤其涉及一种降低机构极限位置内应力方法。一种降低机构极限位置内应力方法，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔和无杆腔相连通，使得补油回路中的压缩油液进入处于极限位置的有杆腔或无杆腔，增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。结构简单，生产成本低，延长了调角油缸的使用寿命。

Description

一种降低机构极限位置内应力方法
技术领域
本发明涉及万向铲技术领域，尤其涉及一种降低机构极限位置内应力方法。
背景技术
万向铲常用于全液压推土机机型上，可以完成提升、下降、左调角、右调角、左倾斜、右倾斜的动作，适合修建高尔夫球场等精细作业。
如图1所示，万向铲前工作装置由铲刀1、C型架5、左提升油缸7、右提升油缸8、左调角油缸4’、右调角油缸6’、倾斜油缸3、可调螺杆等组成。该机构在做倾斜动作时存在多余约束，需要调角油缸压缩油液产生补偿才能完成倾斜动作，调角油缸被活塞10’和活塞杆11’,分为有杆腔12’和无杆腔13’，若有杆腔12’和无杆腔13’中的油液压缩量过大就会产生较大的压力。
如图2所示，通过液压系统操作3(倾斜油缸)完成倾斜动作时，左调角油4’和右调角油缸6’内油液若是封死的，该机构就产生了过约束，左调角油缸4’和右调角油缸6’通过压缩油液产生补偿位移后才能完成倾斜动作。由运动学知在做调角动作时调角油缸会同时伸或同时缩，当其中一个调角油缸处于极限位置，且调角油缸仍需要依然向着极限位置的方向压缩，则无法补偿位移，从而使机构产生较大内应力，容易造成薄弱位置，例如可调螺杆安装座焊缝位置处破坏性损坏。
发明内容
本发明的目的在于提出一种降低机构极限位置内应力方法，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔和无杆腔相连通，来降低极限位置时调角油缸内部的内应力。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种降低机构极限位置内应力方法，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔和无杆腔相连通，使得补油回路中的压缩油液进入处于极限位置的有杆腔或无杆腔，增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。
作为本技术方案的优选方案之一，当两个所述调角油缸作用于同一个倾斜件时，设置于调角油缸之间的所述补油回路用于调节处于极限位置时调角油缸内所产生的油液差，所述补油回路包括两条补油分路，所述补油分路分别自其中一个调角油缸的无杆腔连接至另一个调角油缸的有杆腔，且补油分路的补油方向不可逆。
作为本技术方案的优选方案之一，所述调角油缸为两个，分别为左调角油缸和右调角油缸，当右调角油缸的无杆腔处于极限位置，且所述左调角油缸和右调角油缸均需要继续向无杆腔方向压缩时，左侧调角油缸中无杆腔的压缩油液经补油回路流向右调角油缸的有杆腔，因右调角油缸的有杆腔和无杆腔在此时处于连通状态，则所述压缩油液自右调角油缸的有杆腔进入无杆腔，然后再进入左调角油缸的有杆腔，以在相同补偿位移下降低调角油缸内的油液压力。
作为本技术方案的优选方案之一，所述调角油缸为两个，分别为左调角油缸和右调角油缸，当右调角油缸的有杆腔处于极限位置，且所述左调角油缸和右调角油缸均需要继续向有杆腔方向压缩时，左侧调角油缸中有杆腔的压缩油液经补油回路流向右调角油缸的无杆腔，因右调角油缸的有杆腔和无杆腔在此时处于连通状态，则所述压缩油液自右调角油缸的无杆腔进入有杆腔，然后再进入左调角油缸的无杆腔，因无杆腔容积大于有杆腔容积，不足的油液通过补油溢流阀补充，以降低调角油缸内油液压力。
作为本技术方案的优选方案之一，所述调角油缸的有杆腔和无杆腔之间通过位于调角油缸外部的泄压回路相连通，所述泄压回路的两个连通端口仅在活塞处于极限位置处方可使有杆腔和无杆腔相连通，所述泄压回路位于所述调角油缸外部，所述泄压回路的两个连通端口分别位于活塞极限位置处的两侧。
作为本技术方案的优选方案之一，所述泄压管路和补油分路共用一个下端口，且所述溢流分路连接油箱。
作为本技术方案的优选方案之一，所述泄压回路通过单向阀精确控制泄压回路的开启和关闭，所述单向阀位于泄压回路和补油分路的连接点与上端口之间。
作为本技术方案的优选方案之一，所述调角油缸的有杆腔和无杆腔之间通过位于油缸内部的单向阀相连通，所述单向阀位于活塞上。
作为本技术方案的优选方案之一，所述单向阀为单向缓冲阀。
有益效果：通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔和无杆腔相连通，使得补油回路中的压缩油液进入可运动油缸的另一腔，增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。结构简单，生产成本低，延长了调角油缸的使用寿命。
附图说明
图1是现有技术的万向铲的结构图；
图2是现有技术的万向铲的液压驱动图；
图3是现有技术的两调角油缸都不处于极限位置且活塞杆往外伸的示意图；
图4是现有技术的两调角油缸都不处于极限位置且往里缩的示意图；
图5是现有技术的一调角油缸处于极限位置且往外伸的示意图；
图6是现有技术的一调角油缸处于极限位置且往里缩的示意图；
图7是本发明实施例1提供的降低机构极限位置内应力方法的运行示意图；
图8是本发明实施例2提供的降低机构极限位置内应力方法的运行示意图。
图中：
1、铲刀；2、可调螺杆；3、倾斜油缸；4、左调角油缸；5、C型架；6、右调角油缸；7、左提升油缸；8、右提升油缸；9、机架；10、活塞；11、活塞杆；12、有杆腔；13、无杆腔；14、泄压回路；15、单向阀；16、补油分路；17、溢流分路；18、补油溢流阀；4’、左调角油缸；6’、右调角油缸；10’、活塞；11’、活塞杆；12’、有杆腔；13’、无杆腔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本发明提供了一种降低机构极限位置内应力方法，如图7所示，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔12和无杆腔13相连通，使得补油回路中的压缩油液进入处于极限位置的有杆腔12或无杆腔13，增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。
两个所述调角油缸作用于同一个倾斜件时，设置于调角油缸之间的所述补油回路用于调节处于极限位置时调角油缸内所产生的油液差，所述补油回路包括两条补油分路16，所述补油分路16分别自其中一个调角油缸的无杆腔13连接至另一个调角油缸的有杆腔12，且补油分路的补油方向不可逆。所述补油分路16上还连通有溢流分路17，所述溢流分路17上还设置有补油溢流阀18。当调角油缸处于极限位置且不需要继续压缩而是反方向拉伸时，所述补油分路16中的油液进入处于极限位置的有杆腔12或无杆腔13，即可降低调角油缸中的油液压力；当调角油缸处于极限位置且需要继续沿极限位置方向压缩时，所述补油分路16中的油液不能进入处于极限位置的有杆腔12或无杆腔13，因此，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔12和无杆腔13相连通，以使得处于极限位置的有杆腔12或无杆腔13流入油液，在相同补偿位移下降低调角油缸内的油液压力。
现有的油缸在技术上可以技术调整做到两个调角油缸只有一个调角油缸触底，因此不存在作用于同一倾斜件的两个调角油缸均处于极限位置的情况，本发明中提到的极限位置包括其中一个调角油缸的活塞10压缩至缸底且需要继续向下压缩的状况，也包括其中一个调角油缸的活塞10顶到缸顶且仍然需要向上拉伸的状况。
以两个调角油缸同作用于一个倾斜件为例，两个调角油缸分别为左调角油缸4和右调角油缸6，当右调角油缸6的无杆腔13处于极限位置，且所述左调角油缸4和右调角油缸6均需要继续向无杆腔13方向压缩时，左侧调角油缸4中无杆腔13的压缩油液经补油回路流向右调角油缸6的有杆腔12，因右调角油缸6的有杆腔12和无杆腔13在此时处于连通状态，则所述压缩油液自右调角油缸6的有杆腔12进入无杆腔13，然后再进入左调角油缸4的有杆腔12，以在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。
同样的，当右调角油缸6的有杆腔12处于极限位置，且所述左调角油缸4和右调角油缸6均需要继续向有杆腔12方向压缩时，左侧调角油缸4中有杆腔12的压缩油液经补油回路流向右调角油缸6的无杆腔室13，因右调角油缸6的有杆腔12和无杆腔13在此时处于连通状态，则所述压缩油液自右调角油缸6的无杆腔13进入有杆腔12，然后再进入左调角油缸4的无杆腔13，因无杆腔13容积大于有杆腔12容积，不足的油液通过开启补油溢流阀18自补油分路16补入，以减少调角油缸内油液产生压力。所述调角油缸的有杆腔12和无杆腔13之间通过位于调角油缸外部的泄压回路14相连通，所述泄压回路14的两个连通端口仅在活塞处于极限位置处方可使有杆腔和无杆腔相连通，所述泄压回路14位于所述调角油缸外部，所述泄压回路14的两个连通端口分别位于活塞极限位置处的两侧。位于调角油缸外部的泄压回路的连通方式，避免了调角油缸在非极限位置时有杆腔12和无杆腔13油液相通，影响油缸的运行，仅允许处于极限位置且仍需要向极限位置方向压缩的油缸的有杆腔12和无杆腔13相连通，降低了油缸内的油液压力。
所述泄压回路14通过单向阀15精确控制泄压回路14的开启和关闭，所述单向阀15位于泄压回路14和补油分路16的连接点与上端口之间。所述泄压管路14和补油分路16共用一个下端口，且所述溢流分路17连接油箱。以便于通过补油溢流阀18进行补油。所述单向阀15的设置可以更好的控制泄压管路14，以免因为泄压管路14开启不当，影响调角油缸的运行；所述单向阀15为单向缓冲阀，使得调角油缸的运行更为稳定。
下面通过具体的数据分析，现有技术和本发明在调角油缸会同时伸或同时缩的时候调角油缸的具体压力并进行对比,为了简化分析，设定两个调角油缸的有杆腔12、12’和无杆腔13、13’的截面积分别为A1和A2，所述左侧调角油缸4’的有杆腔12、12’和无杆腔13、13’的初始高度为X1和X2，所述右侧调角油缸的有杆腔12、12’和无杆腔13、13’的初始高度为X3和X4，活塞杆下压的距离为△X：
1、现有技术中两调角油缸都不处于极限位置且活塞杆往外伸受力分析
如图3所示，在活塞杆11’外伸过程中调角油缸的有杆腔12’油液会进入无杆腔13’，有杆腔12’排出的油液体积为ΔV1＝2ΔX A1,无杆腔进入的油液体积为ΔV2＝2ΔXA2,因无杆腔有效工作面积A2大于有杆腔有效工作面积A1,无杆腔需进入的油液体积ΔV2要大于有杆腔排出的油液体积ΔV1，其油液体积差由补油溢流阀进行补充，因此调角油缸不存在油液压缩造成的应力增加。
2、现有技术中两调角油缸都不处于极限位置且往里缩受力分析
如图4所示，活塞杆11’收缩过程中调角油缸无杆腔13’油液会进入有杆腔12’，有杆腔12’进入的油液体积为ΔV1＝2ΔX A1,无杆腔13’流出的油液体积为ΔV2＝2ΔX A2,因无杆腔13’有效工作面积A2大于有杆腔有效工作面积A1,无杆腔需流出的油液体积ΔV2要大于有杆腔进入的油液体积ΔV1，因此在活塞杆收缩过程中会造成油液压缩。设油液体积模量为E,两油缸内受压缩初始油液体积为V0＝A1(X1+X3)+A2(X2+X4)，由油液体积弹性模量定义可知此过程因油液压缩而产生的油液压力改变量为两活塞杆产生的推力和为F＝2Δp(A2-A1)。此种情况在做倾斜动作时，补偿位移被分配到两个调角油缸，且两油缸内受压缩初始油液体积V0较大，因此倾斜过程中工作装置机构不会产生过大的内应力，进而不会造成薄弱位置处破坏性损坏。
3、现有技术中一调角油缸处于极限位置且往外伸受力分析
如图5所示，在活塞杆11’外伸过程中调角油缸的有杆腔12’油液会进入无杆腔13’，有杆腔12’排出的油液体积为ΔV1＝2ΔX A1,无杆腔进入的油液体积为ΔV2＝2ΔXA2,因无杆腔有效工作面积A2大于有杆腔有效工作面积A1,无杆腔需进入的油液体积ΔV2要大于有杆腔排出的油液体积ΔV1，其油液体积差由补油溢流阀进行补充，只要左边调角油缸有杆腔处留有足够的补偿位移就不存在油液压缩造成的应力增加，不会造成薄弱位置处破坏性损坏。
4、现有技术中有一调角油缸处于极限位置且往里缩受力分析
如图6所示，右侧调角油缸6’的活塞杆11’带动活塞10’紧抵在缸底上，不能再往缸底的方向回缩，所以倾斜过程中调角油缸需要的补偿量完全由左边调角油缸4’完成，其补偿位移为2ΔX。左侧调角油缸活塞杆收缩产生的油液体积变化量为ΔV＝2ΔX A2。设油液体积模量为E,两油缸内受压缩初始油液体积为V0＝A2 X2+A1 X3，由油液体积弹性模量定义可知此过程因油液压缩而产生的油液压力改变量为两活塞杆11’产生的推力和为若A2＝2 A1,则此种情况在做倾斜动作时，补偿位移由单个调角油缸完成，补偿位移大，且两油缸内受压缩初始油液体积V0较小，因此倾斜过程中工作装置机构会产生过大的内应力，容易造成薄弱位置处破坏性损坏。
5、本发明一调角油缸处于极限位置且往里缩的受力分析
如图7所示，左侧调角油缸4的活塞杆11受压时可以继续内缩，而右侧调角油缸6的活塞杆11已经顶住缸底，所述调角油缸的有杆腔12和无杆腔13之间通过泄压回路14相连通，右侧调角油缸6的活塞10接触到缸底时由于单向阀泄压回路14中的单向阀15打开的作用可以把左侧调角油缸4的无杆腔13的压缩油液通过补油分路16引至右侧调角油缸6的有杆腔12，并由有杆腔12通过泄压回路14的单向阀15进入右侧调角油缸6的无杆腔12，左侧调角油缸4的无杆腔13排出的油液体积为V1＝2ΔX A2、左侧调角油缸4的有杆腔12进入的油液体积为V2＝2ΔX A1,油液体积变化量为ΔV＝V1-V2＝2ΔX(A2-A1)。设油液体积模量为E,两油缸内受压缩初始油液体积为V0＝A1(X1+X3)+A2(X2+X4)，由油液体积弹性模量定义可知此过程因油液压缩而产生的油液压力改变量为两活塞杆产生的推力和为若A2＝2 A1，并忽略受压缩初始容积中左调角油缸4油缸容积和右调角油缸6的无杆腔13容积，则对比4中F1可知可以看出通过在调角油缸中设置单向阀可以有效降低调角油缸处于极限位置做倾斜运动时调角油缸活塞杆所产生的推力，使倾斜过程中工作装置机构不会产生过大的内应力，避免薄弱位置处破坏性损坏。
实施例2
与实施例1不同的是，如图8所示，所述调角油缸的有杆腔12和无杆腔13之间通过位于活塞上的单向阀15相连通。所述位于有杆腔12和无杆腔13之间的单向阀15的结构，位于调角油缸的内部，既可以将处于极限位置的调角油缸的有杆腔12和无杆腔13相连通，使得补油回路中的压缩油液进入位于处于极限位置的有杆腔12或无杆腔13，同时结构简单，控制方便，快速的增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。且所述单向阀15为单向缓冲阀，使得调角油缸的运行更为稳定。
综上所述，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔和无杆腔相连通，使得补油回路中的压缩油液进入位于处于极限位置的有杆腔或无杆腔，增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。结构简单，生产成本低，延长了调角油缸的使用寿命。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，通过将处于极限位置的调角油缸的有杆腔(12)和无杆腔(13)相连通，使得补油回路中的压缩油液进入处于极限位置的有杆腔(12)或无杆腔(13)，增加极限位置时油液的受压容积，减少油液体积改变量，在相同补偿位移下降低油缸内的油液压力。
2.根据权利要求1所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，当两个所述调角油缸作用于同一个倾斜件时，设置于调角油缸之间的所述补油回路用于调节处于极限位置时调角油缸内所产生的油液差，所述补油回路包括两条补油分路(16)，所述补油分路(16)分别自其中一个调角油缸的无杆腔(13)连接至另一个调角油缸的有杆腔(12)，且补油分路(16)的补油方向不可逆。
3.根据权利要求2所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述调角油缸为两个，分别为左调角油缸(4)和右调角油缸(6)，当右调角油缸(6)的无杆腔(13)处于极限位置，且所述左调角油缸(4)和右调角油缸(6)均需要继续向无杆腔(13)方向压缩时，左侧调角油缸(4)中无杆腔(13)的压缩油液经补油回路流向右调角油缸(6)的有杆腔(12)，因右调角油缸(6)的有杆腔(12)和无杆腔(13)在此时处于连通状态，则所述压缩油液自右调角油缸(6)的有杆腔(12)进入无杆腔(13)，然后再进入左调角油缸(4)的有杆腔(12)，以在相同补偿位移下降低调角油缸内的油液压力。
4.根据权利要求2所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述调角油缸为两个，分别为左调角油缸(4)和右调角油缸(6)，当右调角油缸(6)的有杆腔(12)处于极限位置，且所述左调角油缸(4)和右调角油缸(6)均需要继续向有杆腔(12)方向压缩时，左侧调角油缸(4)中有杆腔(13)的压缩油液经补油回路流向右调角油缸(6)的无杆腔(13)，因右调角油缸(6)的有杆腔(12)和无杆腔(13)在此时处于连通状态，则所述压缩油液自右调角油缸(6)的无杆腔(13)进入有杆腔(12)，然后再进入左调角油缸(4)的无杆腔(13)，因无杆腔(13)容积大于有杆腔(12)容积，不足的油液通过补油溢流阀(18)补充，以降低调角油缸内油液压力。
5.根据权利要求4所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述调角油缸的有杆腔(12)和无杆腔(13)之间通过位于调角油缸外部的泄压回路(14)相连通，所述泄压回路(14)的两个连通端口仅在活塞处于极限位置处方可使有杆腔(12)和无杆腔(13)相连通，所述泄压回路(14)位于所述调角油缸外部，所述泄压回路(14)的两个连通端口分别位于活塞极限位置处的两侧。
6.根据权利要求5所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述泄压管路(14)和补油分路(16)共用一个下端口，且所述溢流分路(17)连接油箱。
7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述泄压回路(14)通过单向阀(15)精确控制泄压回路(14)的开启和关闭，所述单向阀(15)位于泄压回路(14)和补油分路(16)的连接点与上端口之间。
8.根据权利要求4所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述调角油缸的有杆腔(12)和无杆腔(13)之间通过位于调角油缸内部的单向阀(15)相连通，所述单向阀(15)位于活塞(10)上。
9.根据权利要求7或8所述的降低机构极限位置内应力方法，其特征在于，所述单向阀(15)为单向缓冲阀。
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