平行式氣液增力裝置的技術(shù)探究

申家順

摘 要：文章簡要的介紹了通用的增壓技術(shù)及其工作原理，分析了氣液組合增壓設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢。介紹了氣液增壓技術(shù)和平行氣液增壓缸的工作過程，對平行氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)組成，技術(shù)特點和工作參數(shù)進行了探究分析。

關(guān)鍵詞：氣液組合增壓 平行式 技術(shù)優(yōu)勢 參數(shù)分析

中圖分類號：TH1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-01

一、平行氣液組合增壓技術(shù)的原理

增壓技術(shù)應(yīng)用廣泛，工業(yè)應(yīng)用廣泛的增壓技術(shù)有：純氣動氣體增壓、純液動液體增壓和氣體液體組合增壓三種。純氣動增壓的裝置一般動作迅速，功耗較低，且動力裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，但運行的速度難以控制，負(fù)載變化大，容易產(chǎn)生爬行或自行推進。純液體的增壓設(shè)備，優(yōu)缺點都比較突出，運行穩(wěn)定，輸出力密度大，但需要額外建設(shè)液壓站，對企業(yè)來說增加了運營成本和噪音污染。

氣液增壓技術(shù)結(jié)合了氣動傳動和液壓傳動的優(yōu)點，采用封閉式液壓缸，僅需要液壓元件，如止回閥和節(jié)流閥。油泵和油箱等供油系統(tǒng)無需單獨建設(shè)。

外接氣源壓力為Po，油液壓力為P，液壓缸和氣壓缸左右平行設(shè)置。當(dāng)氣源供應(yīng)壓力氣體時，氣缸活塞Do被推動，根據(jù)活塞面積比使油缸小活塞d側(cè)壓力成倍增加。通過聯(lián)通的油缸中的壓力油進行壓力傳遞，輸出活塞D向外運動并輸出最終作用力。為便于原理推導(dǎo)進行模型簡化，再實際設(shè)備應(yīng)用計算中還需涉及運行的往返過程、設(shè)備的整體密封性以及零件工藝水準(zhǔn)等。

忽略摩擦力，阻尼力等，可以導(dǎo)出P，Po和F之間的以下關(guān)系：

公式（1-1）為內(nèi)部增壓式，設(shè)Φ=，則為內(nèi)部增壓比，公式（1-3）為實際對外輸出增大式。

從上式可以看出，增加Do或減小d可以增加系統(tǒng)的增壓比，但是Do的增加和d的減小是有限的。如果d太小，液壓缸的輸出將太小，這將影響對外輸出，而隨著Do增大，整個增壓設(shè)備的體積也將失衡。

結(jié)構(gòu)參數(shù)Do，d，D的選擇應(yīng)與增壓缸的實際使用進行權(quán)衡，同時考慮結(jié)構(gòu)，輸出力和壓力油密封等因素。

二、氣液增壓系統(tǒng)技術(shù)分析

氣液組合增壓設(shè)備按結(jié)構(gòu)可為平行式和串聯(lián)式，增壓缸體部分和工作輸出缸體部分直線連接的為串聯(lián)式，該種結(jié)構(gòu)技術(shù)要求相對簡單，但軸向工作空間要求較大;增壓部分和工作輸出部分平行連接的為平行式，該種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要高，但適合軸向空間狹小又需要較大力行程的工況。

氣液增壓系統(tǒng)的核心是增壓部分——氣液增壓缸，主要由快進氣缸，增壓缸和氣液轉(zhuǎn)換回路組成。在快速移動的汽缸和增壓缸之間是一個封閉的油密室，油封室中的油是一種力增大的轉(zhuǎn)換介質(zhì)。

氣液增壓缸的工作循環(huán)可分為三個沖程段：

一是軟到位行程：前增壓室充入壓縮空氣，氣壓驅(qū)動輸出活塞快速接近工件，在輸出活塞完全接觸工件前增力缸體不輸出工作壓力，該過程稱為氣液增壓缸的快速“軟到位”過程。

二是工作行程：當(dāng)工作桿完全接觸工件后，輸出活塞受到來自工件的反作用力。當(dāng)腔室的氣壓達(dá)到閾值，缸體外部差壓閥打開，壓縮空氣充入后增壓室。增力活塞在前進過程中逐步分離儲油室和工作油室，分離后工作油室壓力顯著增加驅(qū)動工作活塞輸出工作力。開始沖壓，該過程稱為工作行程。

三是返回行程：在工作行程完成后，兩個增壓室中的壓縮空氣排出，工作活塞和增壓活塞返回。為下一工作循環(huán)做好準(zhǔn)備。

1.平行式氣液增壓缸結(jié)構(gòu)

平行式氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)特點：

第一，在氣液增壓缸上安裝精密螺紋連接板，以便將氣液增壓缸精確定位在閥體上。

第二，高壽命緩沖構(gòu)件安裝在工作活塞的兩側(cè)，這是確保高效運行時噪音低的關(guān)鍵。

第三，完整的油氣隔離裝置是確保氣液增壓缸長期無故障驅(qū)動的基本前提。

第四，雙支撐工作活塞桿是一種動力驅(qū)動的執(zhí)行器，尺寸小但沖擊力大，適用于氣液增壓缸。是保證其安全、準(zhǔn)確、可靠工作的關(guān)鍵。

第五，補油裝置。除了簡單快速的補充外，它還可以防止在填充油箱時出現(xiàn)操作錯誤。

第六，恒壓儲油系統(tǒng)儲存足夠的液壓油，用于氣液增壓缸的長期可靠運行。

2.平行氣液增力缸參數(shù)分析

平行氣液增力缸由兩個增壓缸組成。結(jié)構(gòu)簡單，便于工業(yè)企業(yè)制造、安裝與應(yīng)用，其中端蓋和活塞兩部分為通用件，但平行缸受行程長度、設(shè)計工作壓力以及內(nèi)徑等限制。安裝過程中的細(xì)微偏差便會導(dǎo)致氣缸末端出現(xiàn)泄漏。當(dāng)缸體內(nèi)徑太大或設(shè)計工作壓力太高時，由于未知的徑向尺寸和拆卸與組裝問題，空桿的直徑將受到影響。限制是拉桿的拉應(yīng)力可超過屈服極限所以常用行程≤125m;缸內(nèi)徑≤250mm，額定工作壓力P≤20mpa，個別可達(dá)25mpa。

增壓缸體上的內(nèi)部增壓活塞端部的直徑是不同的。當(dāng)?shù)蛪河突驓怏w進入缸左端時，活塞向右運動，輸出高壓油。

根據(jù)活塞桿的力平衡關(guān)系可得P2=P1A1/A2=P1K。

式中P1——輸入的低壓，P2——輸出的高壓，

A1——大活塞的面積，A2——小活塞的面積。

式中K——壓力放大倍數(shù)。面積和的差異越大，K值越大。當(dāng)油或空氣反轉(zhuǎn)時，它是一個空的返回行程，沒有高壓輸出。