兩種不同液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)的分析

摘要：本文結(jié)合隧道液壓鑿巖臺(tái)車設(shè)備鉆機(jī)臂上廣泛應(yīng)用的兩種不同形式的液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)，對(duì)其機(jī)構(gòu)形式進(jìn)行理論分析，得出機(jī)構(gòu)保持平行的條件，并對(duì)一種機(jī)構(gòu)形式分析后說(shuō)明其不能保證完全平行，平行精度存在誤差，實(shí)際應(yīng)用中采取了一定的補(bǔ)償措施。

關(guān)鍵詞：液壓；自動(dòng)平行；平行機(jī)構(gòu)

前言

在冶金、起重、建筑等機(jī)械設(shè)備上，均能見(jiàn)到有自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)存在，常采用的自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)大致可分為三類：（1）機(jī)械自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)；（2）電液自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)；（3）液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)。

機(jī)械自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)主要有平行四連桿機(jī)構(gòu)、剪式平行機(jī)構(gòu)等，這種機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于構(gòu)件笨重、尺寸較大或只能用于輕型非伸縮式支臂等，制約了其在復(fù)雜大型工程機(jī)械中的應(yīng)用。電液自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)是通過(guò)角伺服控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)平行，其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作平穩(wěn)，且微動(dòng)效果好，但存在對(duì)液壓伺服元件的制造精度要求高、維修不便、設(shè)備費(fèi)用大等問(wèn)題，使其推廣應(yīng)用受到了一定的限制。液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)是借助兩個(gè)液壓油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)平行，由于其機(jī)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、操作靈活等，在工程機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，隧道開(kāi)挖施工中應(yīng)用的液壓鑿巖臺(tái)車設(shè)備的鉆機(jī)臂上就用到了液壓平行機(jī)構(gòu)。如圖一、圖二所示。

1.兩種不同形式的液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)分析

圖三、圖四所示均為在隧道液壓鑿巖臺(tái)車設(shè)備鉆機(jī)臂上常見(jiàn)的兩種液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)，其中AN為動(dòng)臂，繞絞點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)；MN為平行托架裝置，繞絞點(diǎn)N轉(zhuǎn)動(dòng)；BC、MQ均為油缸，且BC、MQ兩根油缸的油路串聯(lián)。

1.1.第一種形式：絞點(diǎn)M在動(dòng)臂AN上側(cè)，且AB/NM=K，AC/NQ=K；

這種形式平行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理如圖五所示。油缸一（BC）的有桿腔和油缸二（MQ）的無(wú)桿腔連通。當(dāng)換向閥一右位接通，液壓油經(jīng)換向閥一、液壓鎖二、液壓鎖一進(jìn)入油缸一的無(wú)桿腔，油缸一液壓桿伸出，油缸一有桿腔的油液經(jīng)液壓鎖一、液壓鎖三進(jìn)入油缸二的無(wú)桿腔，油缸二亦伸出，油缸二有桿腔的油液經(jīng)液壓鎖三、液壓鎖二、換向閥一回油箱，兩油缸同時(shí)伸出。當(dāng)換向閥一左位接通時(shí)，兩油缸同時(shí)縮回。當(dāng)換向閥二單獨(dú)動(dòng)作時(shí)，油缸二可單獨(dú)動(dòng)作，進(jìn)行微調(diào)。

1.2.第二種形式：絞點(diǎn)M在動(dòng)臂AN的下側(cè)，且AB/MN=K，AC/NQ=K；

此種形式平行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理如圖六所示。油缸一（BC）的有桿腔與油缸二（MQ）的有桿腔連通。當(dāng)換向閥一右位接通，液壓油經(jīng)換向閥一、液壓鎖二、液壓鎖一進(jìn)入油缸一的無(wú)桿腔，油缸一液壓桿伸出，油缸一有桿腔的液壓油經(jīng)液壓鎖一、液壓鎖三進(jìn)入油缸二的有桿腔，油缸二的液壓桿縮回，油缸二無(wú)桿腔油液經(jīng)液壓鎖三、液壓鎖二、換向閥一回油箱，兩油缸運(yùn)動(dòng)方向相反。當(dāng)換向閥二單獨(dú)動(dòng)作時(shí)，油缸二可單獨(dú)動(dòng)作，進(jìn)行微調(diào)。

要使在動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，托架始終保持平行，則須使油缸BC與油缸MQ的運(yùn)動(dòng)方向相反，且油缸BC的伸出量（縮回量）Δ1與油缸MQ的縮回量（伸出量）Δ2對(duì)應(yīng)成比例，即Δ1=KΔ2時(shí)，動(dòng)臂AN繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)變化的角度Δγ與MN繞絞點(diǎn)N轉(zhuǎn)動(dòng)變化的角度Δβ相等。

因此對(duì)于此種液壓平行機(jī)構(gòu)，是由油缸的伸縮量來(lái)保證角度的變化量，在整個(gè)行程范圍內(nèi)，由于不能時(shí)刻保證兩油缸的伸縮量對(duì)應(yīng)成比例（恒值常數(shù)），因此實(shí)際上角度變化量并不能完全保證時(shí)刻相等，即角度變化量存在誤差，因此平行托架上的橫梁機(jī)構(gòu)并不能達(dá)到完全平行，只有在通過(guò)油缸微調(diào)進(jìn)行誤差補(bǔ)償之后才能達(dá)到平行。

2.結(jié)論

由以上分析后可知，針對(duì)隧道液壓鑿巖臺(tái)車設(shè)備鉆機(jī)臂上所應(yīng)用的這兩種液壓自動(dòng)平行機(jī)構(gòu)，第一種形式理論上可以保證完全平行，第二種機(jī)構(gòu)形式由于誤差的存在，只能保證近似平行，誤差產(chǎn)生的根源是由于采用線位移來(lái)補(bǔ)償角位移的方法來(lái)保證平行托架上的橫梁機(jī)構(gòu)的平行。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，由于加工、制造、安裝等誤差的存在，使得第一種機(jī)構(gòu)形式也存在一定的偏差。

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作者簡(jiǎn)介：

譚順輝 （1969.9-），男，籍貫廣西桂林，1991年畢業(yè)于華東交通大學(xué)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事工程機(jī)械的研制工作。

吳璽 （1983.2-），男，籍貫河南南陽(yáng)，2012年畢業(yè)于石家莊鐵道大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事機(jī)械設(shè)計(jì)研究工作。