液壓伺服控制大功率擴(kuò)張器的設(shè)計(jì)

摘 要：汽車給人們的出行帶來了便利，然而車禍發(fā)生時(shí)，受到強(qiáng)烈沖擊的車體可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，乘員身體被夾在變形的車體中，無法移動(dòng)。本設(shè)計(jì)通過對(duì)液壓伺服系統(tǒng)工作原理的分析，結(jié)合目前國內(nèi)外擴(kuò)張器的的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種用伺服系統(tǒng)控制的大功率液壓擴(kuò)張器，來替代傳統(tǒng)的擴(kuò)張器。本設(shè)計(jì)具有對(duì)操作人員技術(shù)要求低、工作效率高、動(dòng)作柔和且高精度控制等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：液壓伺服系統(tǒng) 擴(kuò)張器 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0098-01

1 液壓伺服系統(tǒng)的作用特點(diǎn)

液壓伺服系統(tǒng)是使系統(tǒng)的輸出量，如位移、速度或力等，能自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時(shí)，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

液壓伺服系統(tǒng)是從1950年開始出現(xiàn)的，幾十年來獲得了很大的發(fā)展，目前在各種技術(shù)領(lǐng)域里幾乎都廣泛的使用了液壓控制。液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可歸納成下列幾點(diǎn)。

（1）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作快，換向迅速。就流量—— 速度的傳遞函數(shù)而言，基本上是一個(gè)固有頻率很大的振蕩環(huán)節(jié)，而且隨著流量的加大和參數(shù)的最佳匹配可以使固有頻率增大到和電液伺服閥的固有頻率相比。電液伺服閥的固有頻率一般在100 HZ以上，因而液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻率響應(yīng)是很快的，而且易于高速啟動(dòng)、制動(dòng)和換向。與機(jī)電系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，固有頻率通常較高。

（2）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量遠(yuǎn)小于相同功率的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量。因?yàn)殡S著功率的增加液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如閥、液壓缸或馬達(dá)）的體積和重量的增加遠(yuǎn)比機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)增加的慢，這是因?yàn)榍罢咧饕吭龃笠后w流量和壓力來增加功率，雖然動(dòng)力機(jī)構(gòu)的體積和重量也會(huì)因此增加一些，但卻可以采用高強(qiáng)度和輕金屬材料來減少體積和重量。

（3）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)、抗干擾能力強(qiáng)，特別是低速性能好，而機(jī)電系統(tǒng)的傳遞平穩(wěn)性較差，而且易受到電磁波等各種外干擾的影響。

（4）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速范圍廣，功率增益高。

2 液壓伺服系統(tǒng)控制的擴(kuò)張器結(jié)構(gòu)及作用原理

圖1為液壓伺服系統(tǒng)控制的大功率擴(kuò)張器結(jié)構(gòu)原理圖，該器械由油箱（1）、濾清器（2）、電動(dòng)機(jī)（3）、液壓齒輪泵（4）、溢流閥（5）、擴(kuò)張嘴（6）、三角加強(qiáng)肋板（7）、連桿（8）、拉桿（9）、大活塞桿（10）、大活塞（11）、大活塞內(nèi)部上通路（12）、小活塞（13）、銷軸（14）、機(jī)架（15）、活動(dòng)鉸鏈機(jī)構(gòu)（16）、出油口（17）、回油通路（18）、進(jìn)油口（19）、大活塞內(nèi)部下通路（20）、液壓缸（21）、小活塞桿（22）、刻度尺及操作手柄（23）組成。（如圖1）

圖1中，電動(dòng)機(jī)3得電工作后，帶動(dòng)液壓齒輪泵4，將高壓油泵入液壓缸21的左腔內(nèi)。此時(shí)，如果小活塞13處于中位，大活塞內(nèi)部上通路12和大活塞內(nèi)部下通路20不通，高壓油就通過溢流閥5流回油箱1。溢流閥5還起到調(diào)壓和過載保護(hù)的作用。當(dāng)液壓缸缸體21的左腔充滿高壓油時(shí)，用手向左推動(dòng)小活塞桿22一定的刻度，大活塞內(nèi)部下通路20使液壓缸缸體21的左腔與右腔連通，即左腔與右腔的油壓相等，由于大活塞11左端面的面積小于右端面的面積，由F=P×A可知大活塞11及大活塞桿10會(huì)向左運(yùn)動(dòng)相同的刻度，直到使大活塞內(nèi)部下通路20重新封閉為止；用手向右拉動(dòng)小活塞桿22一定的刻度，大活塞內(nèi)部上通路12使液壓缸缸體21的右腔通過回油通路18與出油口17連通，即液壓缸缸體21的右腔油壓為零，由于液壓缸21的左腔油壓大于右腔油壓，大活塞11及大活塞桿10會(huì)向右運(yùn)動(dòng)相同的刻度，直到使大活塞內(nèi)部上通路12重新封閉為止；當(dāng)小活塞13處于中間位置時(shí)，大活塞內(nèi)部上通路12和大活塞內(nèi)部下通路20都封閉，即使電動(dòng)機(jī)3工作也無法改變大活塞桿10的位置，液壓油通過溢流閥5流回油箱1，即具有鎖止功能；利用作用在小活塞桿22上較小的力控制作用在大活塞桿10上較大的力，使大活塞桿10頂部的拉桿9左右移動(dòng)，通過活動(dòng)鉸鏈機(jī)構(gòu)16，拉動(dòng)連桿8，連桿8再拉動(dòng)三角加強(qiáng)肋板7，使之繞固定在機(jī)架上的銷軸14轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使擴(kuò)張嘴6打開，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張功能。

3 創(chuàng)新點(diǎn)結(jié)語

（1）加入了杠桿原理，通過調(diào)節(jié)力臂長短，能實(shí)現(xiàn)用小的輸入壓力獲得大的輸出擴(kuò)張力的效果，液壓伺服系統(tǒng)精確控制的大功率擴(kuò)張裝置的初始擴(kuò)張力大于170 kN，擴(kuò)張距離大于450 mm。

（2）結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低。

（3）液壓伺服系統(tǒng)控制方式可提高機(jī)械效率、操作精度，且對(duì)營救人員技術(shù)要求較低。

（4）液壓伺服系統(tǒng)工作柔和平穩(wěn)，效率高，功率大，具有無級(jí)調(diào)控，自我潤滑，散熱良好，過載保護(hù)，自鎖等特點(diǎn)。

（5）可拆卸，便于維護(hù)，便于攜帶。

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