升降式工作台的液压系统设计.doc

升降式工作台的液压系统设计
北京工业大学王秀彦蔡胜利
摘要对升降式工作台的液压系统的设计进行了探讨，通过采用主缸与辅助缸串联的方法而使该液压系统运行平稳、能耗小、可靠性高。
关键词升降式工作台液压系统主缸辅助缸
1序言
在工厂生产中，经常会用到升降式工作台。例如，在铸造、焊接、喷涂、搬运、装配等工作场合就有各种升降式工作台被用作输送和定位的工具。较大型的升降式工作台的驱动装置一般选用液压缸，这是因为液压缸工作可靠、费用较低。此外，利用液压系统的储能作用，还可以使工作台的能耗较低。在升降式工作台携带着工件上升时，需要液压缸向其提供驱动力，即液压缸向工作台输出能量；而在工作台携带着工件下降时，其势能将释放出来。这种势能如果不能有效地利用，则会造成能量浪费。这种能量浪费对于小型工作台来说尚不显严重，但对于较大工作台来说，就非常可惜了。因此，对于较大工作台，需在其液压系统中加入储能装置，在工作台下降时将其势能储存起来，以便在工作台上升时重新释放出去，使能量的利用更加合理，并同时达到保护系统安全的目的。在一些液压系统中，采用蓄能器来储存液压能。这种方法结构简单，易于实施。然而，由于蓄能器的容积有限，因此对于较大工作台来说，就难以满足要求了。在本文中，采用了两个液压缸互补的方法，即通过两个液压缸间的液压油互补，实现两者间的能量互补，从而达到节能效果，同时又使液压系统工作平稳、可靠性高。
2液压系统设计
2.1液压系统的结构
升降式工作台液压系统基本结构如图1所示。

1.工作台2.配重3.主缸4.辅助缸5、6.液控单向阀7.三位四通换向阀8.调速阀9、16、17.单向阀10.液压泵11、13.溢流阀12.二位三通换向阀14.二位二通换向阀15.节流阀18.油箱图1升降式工作台液压系统图(方案1)
2.2液压系统工作原理
如图1所示，工件(未画出)放置在工作台1上，而工作台1则可在主缸3的活塞杆的作用下上升或下降。辅助缸4的活塞杆上加有配重2，两缸的无杆腔由一个管路相联，该连接管路上装有两个相对设置的液控单向阀5、6，两液控单向阀5、6的控制油路分别来自两缸的有杆腔。这样，两缸反向串联起来。三位四通换向阀7用来控制两缸的运动方向。如要使工作台1上升，则换向阀7置右位，泵10排出的液压油经过单向阀9、调速阀8和换向阀7向辅助缸4的有杆腔中供油，此时液控单向阀6被打开，使辅助缸4的无杆腔中的液压油经过液控单向阀6、5流进主缸3的无杆腔中，而主缸3的有杆腔中的液压油则经过换向阀7、二位二通换向阀14和节流阀15流回油箱18中，从而使辅助缸4的活塞杆带动着配重2下降，而主缸3的活塞杆带动着工作台1上升。这一过程相当于将配重2的势能传给了工作台1。如要使工作台1下降，则换向阀7置左位，液压泵10排出的液压油经过单向阀9、调速阀8和换向阀7向主缸3的有杆腔中供油，此时液控单向阀5被打开，使主缸3的无杆腔中的液压油经过液控单向阀5、6流进辅助缸4的无杆腔中，而辅助缸4的有杆腔中的液压油则经过换向阀7、二位二通换向阀14和节流阀15流回油箱18中，从而使主缸3的活塞杆带动着工作台1下降，而辅助缸4的活塞杆带动着配重2上升。这一过程相当于将工作台1的势能传给配重2。由此可见，两缸3、4的无杆腔中的液压油是一种互补关系，通过这种液压油间的互补交换，实现了工作台1与配重2之间的能量互补交换，这样，液压泵10的供给压力可明显低于无辅助缸的液压系统的供给压力，因而显著地降低了能耗。二位二通换向阀14用来起保护作用，其工作原理如下所述：如果工作平台上升时所携带工件重量很小或未携带工件，或是平台下降时所携带工件重量很大，如果没有换向阀14，则有可能使主缸3和辅助缸4的活塞运动速度剧增而无法控制，甚至导致液压缸的损坏。加上换向阀14，就可以在出现上述情况时截断主缸或辅助缸的有杆腔与油箱之间的油路，从而起到保护作用。
2.3有关液压系统结构的讨论
为了使液压系统所发挥的作用较大，可以选用相同规格的主缸和辅助缸；配重2的重量应可调，其基本重量可以取为工作台1的重量与工作台最大负载的一半之和；此外还可以将液控单向5、6的控制油路取自辅助缸4的无杆腔，如图2所示，这样，即使主缸3和辅助缸4的有杆腔中压力较低，也可确保打开液控单向阀5、6。
图2升降式工作台液压系统图(方案2)
3小结
本文中讨论了一种升降式工作台的液压系统的设计问题，并给出了这种液压系统的两个可行方案。该液压系统中通过两个液压缸间的液压油互补，实现两者间的能量互补，从而达到了节能效果，同时又使液压系统工作平稳、可靠性较高。图1所示的液压系统已被应用于某工厂的一套包装设备中，取得了较满意的效果。当然，本设计一定存在着不足之处，在今后的生产过程中，可能会暴露出某些缺陷，有待进一步完善。