英语原文共 28 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
7.线性执行器
7.1简介
线性致动器已广泛地应用于现代制造工厂中。例如用液压缸来推动盛熔融金属的盛钢桶使其倾斜倒出；用气动工具来安装铆钉；或者用一组缸来打包一盒冻鸡。可移动式的工业和农用机械同样需要液压缸来实现提升、挖掘、倾斜及负载其他的位置变化。液压缸在起重机、装载机和联合式机器上的应用都是很小的例子。
正如第一章解释的那样，这个概念很简单。泵把流体送入液压缸中，流体再推动活塞伸出。活塞伸出的速度是流量的函数，推送的力是压力的函数。和大多数流体动力回路一样，一个线性致动器的电路也存在一些奇怪的性质使工程师为难。有必要通过思考一些简单的回路来理解线性致动器的凡直观的特性。
7.2关于串并联油缸的分析
有时候会需要两个液压缸在不同的位置同时伸出。如果这两个液压缸是并联（图7.1），那么那个有最低压力要求的液压缸会先伸出。这两个液压缸如图7.1展示的，分析如下。
图7.1液压缸并联
液压缸1
液压缸1的空载压力为80psi（80磅/平方英寸，约0.5MPa）。背压是20psi。运用力平衡原则来计算缸1摩擦力。
无杆腔驱动负载的总压力：
液压缸2
液压缸2空载运行时需要65psi的压力，背压是15psi。运用力的平衡来计算液压缸2的摩擦力。
驱动负载的总压力：
这两个缸会同时伸出吗？在回答这个问题之前，我们需要一些关于这各液压回路的其他信息。假设这个泵是定量泵，这个闭合回路也正如图7.2。安全阀的压力设定在2000psi。当换向阀（DCV）换向时，泵出口压力达到615psi。这个时候，流体进入液压缸2，使其活塞杆完全伸出。一旦它达到最大行程，压力达到646psi，液压缸1的活塞杆才开始伸出。当缸1达到最大行程时，系统压力达到安全阀设定的2000psi，这两个液压缸并没有同步动作；因此，问题并没有解决。
7.2定量泵向并联的液压缸供油
由变量泵供油的并联回路如图7.3所示。在这种情况下，泵的出口压力维持在2000psi；因此，在换向阀换向的瞬间2000psi的压力是可变的。那么将会发生什么？
7.3压力补偿泵向并联的两缸供油
液压缸1 的最大压力是646psi，液压缸2 的最大压力是615psi。两缸将会同时动作。压力将会迅速地降到负载压力，即这种情况下的646psi。因为流体总是流向阻力小的通路，所以缸2的流量增加，缸1的流量减少，压力将持续降低直到达到缸2活塞伸出所需的615psi。缸1将会停止动作（在只伸出一小段距离后），而缸2将完全伸出。在缸2达到最大行程后，缸1将完全伸出。通过使用变量泵，想使两缸同时动作的问题还是没有解决。
我们现在来考虑着两个缸串联（图7.4）。
图7.4串联的两缸
液压缸2（615psi）伸出时所需的压力是缸1的背压（杆端压力）。现在缸1伸出所需的总压力是：
当压力达到1092psi时，两缸将会同时动作。
当缸1停止时缸2也会停止。如果两缸的面积比同为Ac2=Ar1，那么两缸将会伸出同样的距离。（我们忽视此刻的泄露。在实际操作中，动作行程不会精准的一致。举例说明伸出时间、伸出速度的不同，假设回路如图7.4，具体数据如下：
缸1的伸出速度：
注解：一个质点有关时间的变量：
缸2的运动
液压缸1的有杆腔内的流体流入缸2。
缸2伸出的速度比缸1快。因为,只有当Ac2 =Ar1时两缸运行速度相等。
液压缸的工作行程是一个很重要的性能参数。液压缸2能伸出多远？来自于缸1的总流量是：
液压缸2的最大行程是40英寸，但它工作时行程不会超过21.5英寸。
当两缸交换安装时，再来计算推动第一个缸运行的工作压力是很有趣的。一个新的方法将会用来说明这种配置。
缸1′
缸2′
推动缸1′所需的压力是
从1088psi和1092psi的比较可以看出，所需的压力是几乎一致的。当缸2′完全伸出或停止的时候会发生什么？当缸2′停止时，没有更多的油液离开缸1′，所以它也停止了。这时缸1′伸出的距离可以如下算得：
在两缸交换位置后，缸1′伸出38.4英寸，超出全行程1.6英寸。
活塞运行速度是：
相较于刚开始的串联配置，缸1′的速度提高了44%，缸2′的速度降低了30%。
7.3液压缸的同步
这有一些例子，一个大的物体需要被移动时，仅仅使用一个液压缸是不合适的。有时只用一个液压缸是不能够提供足够的力。在接下来的部分我们会看到，内径36英寸或更大的缸是有的。如果这个被移动的负载有几条等长度的腿，两个或多个液压缸用来提升时，将会造成负载的扭曲和损坏。
压力机常用于模具制造和剪切机构。用液压缸提供动力按压工件时压板就是一个很大型的物件。如果这个压板有一些较宽的腿，那么当只用中间的一个液压缸按压时防止压板变形就是一个很大的工程。如果它被两个或多个缸按压时，那么压板就可以被设计得更节省材料。这些液压缸必须是同步的。
这有三种方法可以被用来使两个缸同步：
1、孔口式分流器
2、齿轮式分流器
3、机械耦合
如图所示的三种方式：
A、孔口式分流器
B、齿轮式分流器
C、机械耦合
图7.5 两缸同步的方法
7.3.1孔口式分流器
从理论上讲，分流器两端的节流口大小是可调的，所以两个回路中通过节流口两端的压差Delta;P与负载的压差Delta;P之和是相等的。然后，来自于泵的流量将会平分，故两缸将会同时伸出。如果两缸尺寸大小相同，那运动速度也会是一样的。
在负载压差Delta;P变化之前这个方法是有效的。现在，低压那边的流量增多。一些负载波动的影响可以用压力补偿流量控制装置解决。最终，两缸脱离同步然后再次回到同步状态。
7.3.2齿轮式分流器
齿轮式分流器的功能像轴上的两个齿轮马达刚性连接。我们首先考虑这种情况，两个齿轮马达输出同样的位移。因为他们的轴相连，所以必须以同样的角速度转动；因此，到达两边的流量是均等的。不考虑泄露引起的流量微小的偏差，流量均等分配，两缸同步动作。
对于齿轮式分流器来说，压力加剧是个潜在的问题。在图7.1中，假设负载从缸1移动到缸2。缸2的空载压力为65psi，而缸1动作的压力是它的十倍，即646psi。假设分流器的压差Delta;P=9psi。泵的出口压力是
通过缸2的分流器的压降是655-65=590psi。因为压降而产生的回路2的马达转矩通过与回路1相连的轴传递。回路1的马达产生传递给它的轴的转矩；因此，他的作用就像一个泵并且建立回路1的压力。这个压力高于646psi，即以既定的速度推动负载的压力。在确定的环境之下，可能会造成损伤。在使用齿轮式分流器时，设计者应时刻分析回路以确保突加的压力不会造成安全问题。
7.3.3机械耦合
保证两缸同步的最稳定的方式是将两缸机械连接起来。一种方式如图7.5c。梁（负载）横在两边的轨道上。如果缸1略微超前缸2，梁会卡在这边，使缸1所需的压力增加。更多的油液会流向缸2，缸2会赶上缸1，卡住的部分会松开。两缸会调整回来再向前达到合理地平衡。
这个机械连接的例子说明了设计中一个重要的原则。有些时候，通过动作要求的修改而不是流体回路的修改能更好的解决问题。
7.4缓冲器
当两缸达到行程终点时，压力快速升高，对液压回路产生冲击。缓冲器被用来减少冲击。如图7.6，这个原理是十分简单的。首先，我们考虑液压缸正在缩回。缓冲头堵住了回油口，油液只能通过针阀的小开口流出。这个阀可以调节孔口大小并建立回油口的背压。这合力使活塞从爬行到停止，主回路的压力冲击被大幅度地减小了。
同样的方法也用在活塞伸出的时候。在这种情况下，装在杆上的活塞套堵住回油口，油液通过孔口流出。
图7.6液压缸的缓冲原理图
为了理解缓冲机理，最好先回顾流体的基本原则。再次问问，将会发生什么？我们首先考虑，是定量泵供油使油缸伸出。
当活塞头堵住油口，油液必须通过针阀流出。合压的下降使杆端背压增加。泵必须在无杆腔建立一个更高的压力。缸减速之前，无杆腔的压力必须建立在安全阀打开的时刻。记住，每转一圈，定量泵输出油液体积一定。不考虑泄露，油液可能流入油缸，也可能流入安全阀。缸内针阀的调节与安全阀（或回路中其他次要的元件）的特性相互影响使其降速。
一系列的方法被用在缓冲油缸中。大型液压缸的缓冲是利用活塞的多次减速这种台阶式过程实现的。制造方面的文献可以作为参考来绘制这些方式形成的背压曲线。
ANSI给出的缓冲缸的符号如图7.7所示。箭头穿过缓冲垫意味着缓冲是可调的。
图7.7单作用和双作用缓冲缸的符号
7.5液压缸的重新定相
当两缸串联时，当两缸完全缩回时有必要规定相位的特征。否则泄露将造成第二个不能完全伸出。
需要重相位的一个例子就是农业机械(种植机、中耕机、磁盘耙,谷物播种机,等等),在公路行驶时它们必须被折叠成8英尺，在田间操作是要展开成24英尺。在数个周期后，第二个缸可能不会完全伸出以致于这部分正与地面相触。
另一个应用如图7.8所示。这种缸设计了一个通道，当活塞杆达到行程时油液从无杆腔流向有杆腔。这个通路直径很小，因为并不需要通过大流量。从根本上来说，通过的流量能立即弥补来自于无杆腔的泄露，所以第二个缸能完全伸出。
图7.8缸的设计是为了给串联的缸提供重相位
有时候，三个缸串联。不仅仅是第一个、第二个，三个都需要重新定相。第三个缸必须重新定相，因为在前两个缸达到行程之前它可能达到行程。然后它将停止并阻止油液流动以致其他两缸不能完全伸出。
7.6压力机
压力机被用在模具、成形加工、剪切加工和其他场合。一些老牌的制造厂有一系列串联的压力机，如图7.9。
图7.9老牌制造厂并联的压力机
为了深入理解这个问题，我们假设压力缸内径30英寸，行程10英寸，它需要接近30秒来完成整个循环。
单个压力机要求的流速是61GPM（加仑/分钟）；因此，高效率的流水线是必须的。在独自操作在沿线的压力机是很接近的，这意味着一些压力机可以近似同步的。（一些老式的冲压线在一次循环中有10、20甚至更多的压力机。）读者可以自行想象主供应线上的流体动力学和无比复杂的回流线。压力机的运作是不稳定的；有时接近30秒，有时又需要60秒。当两个或多个压力机近似同步时，流体会流向阻力最小的通路，所以流体流入首先最小压降的压力机。在这个压力机工作结束后，流体完成其他压力机的动作。
这个并联回路另一个值得注意的缺点就是从油箱流入每个压力机的流体体积。这种情况需要高压大流量泵，因此需要大功率。
如图7.10，这个设计是为了避免泵来回地从油箱里抽油。图中有一个手动换向阀，但是压力机是由电磁换向阀控制的。
图7.10回路中的辅助缸是为了提升或降低大压板
主要的压力缸是图7.10中间的大液压缸。两侧的缸被称为辅助缸，有时也被称为起始缸。他们主要的作用是提升或降低压板。主压力缸提供压板挤压工件的大部分的力。
图7.10回路的工作原理如下。当操作换向阀换向时，油液流入两个辅助缸中，活塞伸出。油液并没有进入主油缸，因为顺序阀是关闭的。当压力缸下降时，无杆腔的负压最终会使油液从油箱流入压力缸。（通常，油箱安装在压力机的上面，重力有利于油液流入主缸。）当压板接触工件时，系统压力设定，顺序阀开启。现在系统压力由压力缸设定，压力缸与辅助缸产生的合力作用于工件。
当换向阀换向活塞缩回时，顺序阀与油箱相连。没有压力支持顺序阀开着，因此它关闭了。压力机的油液不能通过顺序阀回去，只能通过单向阀回到油箱。这个回路操作的关键就液控单向阀。
7.6.1液控单向阀
液控单向阀的结构如图7.11所示。当流体正向流入时，阀像正常单向阀工作。而控制管路的压力使阀开启，流体反向流入。
如果控制管路压力增加（如图7.10中的压力P0），阀开启，流体从主压力缸中回到油箱。这种单向阀需要特殊的开启压力。如果需要的控制压力是负载压力的33%，那么这个阀结构上设计成3:1。当液控单向阀如图7.10
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[153898]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
