顺序动作液压缸的设计及其应用

摘要：针对某工程应用中需要控制执行器顺序动作的情况，设计了顺序动作液压缸。顺序动作液压缸的应用可达到简化系统设置、提高动作可靠性的目的。
关键词:液压缸
1 概述
液压缸是液压系统中的执行器，随着液压缸在液压传动中的广泛应用，其作用也不仅仅局限于实现直线往复运动或回转摆动，液压缸的功用在不断地被开发利用。对于不同的液压系统、主机和机构等，我们需要根据不同的用途和工作要求选择或设计液压缸。
随着液压用户对设备要求的提高，设备动作可靠性越来越引起用户的极大关注。为保证两个或多个执行器按规定的次序正常动作，可以通过机械装置、逻辑电路或液压回路控制液压缸以及电磁换向阀等液压元件实现系统需求，但这无疑会使系统变得更为复杂，可靠性降低，成本增加。为此，我们结合某工程设计了顺序动作液压缸，用以控制液压系统中相关执行器液压回路的通断，达到各执行器按规定顺序动作的目的。
2 工作原理
2.1 构成及功能顺序动作液压缸结构原理见图1。与普通液压缸相比，顺序动作液压缸有一个控制油口Ks口，以及在其活塞和上端盖中分别设置有单向阀。
当活塞运动到上极限位置时，通过设置在活塞及液压缸上端盖的机械结构顶开两单向阀，控制油口与主油路互通，可以完成下一级执行器的动作要求；当活塞不在上极限位置时，单向阀组中两单向阀脱开，控制油口与主油路不通，Ks口没有压力油，不能完成下一级执行器的动作要求。
顺序动作液压缸可以达到控制下一级执行器油路的通断，实现执行器顺序动作的目的。
2.2 顺序控制
在某工程应用中，启闭装置与升降装置正常工作过程为：启闭装置“开”到位->升降装置“升”->升降装置“降”到位->启闭装置“关”。动作完成后，控制升级装置和启闭装置的电磁换向阀分别回中位。工作时，要求启闭装置开到位后，升降装置才能进行升降动作；只有在升降装置降到位后，启闭装置才能进行关闭动作。
顺序动作液压缸在某液压系统中应用情况如图2所示。其中启闭装置液压缸使用的是顺序动作液压缸。
当顺序动作液压缸活塞运动到上极限位置的同时，启闭装置开启到位，K口与Ks口相通，此时可以通过控制电磁换向阀2实现升降装置升起或下降的动作；在升降装置没有下降到位的情况下，升降装置液压
缸活塞杆与二位二通换向阀滚轮脱开，换向阀在弹簧力作用下保持油路断开的状态，此时系统压力油不能供G口，无法完成启闭装置关盖动作，从而保证启闭装置和升降装置间动作的正确性及可靠性。
3 设计分析
单向阀组是顺序动作液压缸中的关键部件，其设计、加工质量直接影响液压缸的动作可靠性。单向阀组结构简图如图3所示。图中，S1为顺序动作液压缸活塞中单向阀a阀芯大端面面积，S3为小端面面积，F1为弹簧预压缩力；S2为顺序动作液压缸上端盖中单向阀b阀芯大端面面积，S4为小端面面积，F2
为弹簧预压缩力。Pk为顺序动作液压缸K口压力。
图3 单向阀组结构简图
单向阀组受力须满足下列关系式：液压缸K口为压力油使活塞向上运动时，
式中F3———单向阀组中两弹簧均被压缩到极限位置时，两阀芯所受弹簧力总和
F———摩擦阻力等
在设计单向阀组时须注意以下事项：
a 设计需考虑液压缸下腔为压力油且活塞运动到达上极限位置时，两单向阀芯能同时运动致使液压油路畅通，即k口与Ks口连通；
b 液压缸上腔通压力油且活塞仍在上极限位置时，油液压力能使活塞向下运动，两单向阀能脱开并保持油路不通，即K口与Ks口断开；
c 应考虑两单向阀均不能因液压缸上腔油液压
力而开启；
d 单向阀组密封设计；
e 设计及安装时，应保证两单向阀始终对中。
4 工作特点
a 顺序动作液压缸通过本身的机械结构控制下一级执行器油路的通断，有效地保证了各执行器按顺序动作。
b 由于顺序动作液压缸的应用，可避免因系统电器紊乱或手操作故障而引起启闭装置和升降装置发生干涉的情况，系统配置得到优化，可靠性大大提高。
c 顺序动作液压缸结构简单，在普通液压缸的基础上改型比较方便，应用范围比较广泛。
5 结束语
顺序动作液压缸的应用可达到简化系统设置、提高动作可靠性的目的，但在某些场合，应适当考虑单向阀中弹簧刚度对系统固有频率的影响