雙動氣缸的同步平衡控制淺析

魏志奇，楊衡，李恒（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710200）

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雙動氣缸的同步平衡控制淺析

魏志奇，楊衡，李恒
（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710200）

摘要：兩個雙動氣缸的同步平衡控制在機(jī)械行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。使用中由于每個氣缸承受的負(fù)載力及各個部件功率損失不同導(dǎo)致活塞運(yùn)動不同步。文章以兩個同種氣缸推動橋殼在焊接線上同步平衡運(yùn)動為例，詳細(xì)討論產(chǎn)生的問題，給出一種同步平衡控制回路在使用中的實(shí)用方法。

關(guān)鍵詞：氣動回路；同步平衡控制；功率損失

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

楊衡，本科，助理工程師，就職于陜西漢德車橋有限公司。主要從事工裝夾具，非標(biāo)設(shè)備，新產(chǎn)品工藝工作。

李恒，本科，助理工程師，就職于陜西漢德車橋有限公司。主要從事精益生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，品質(zhì)升級等工作。

CLC NO.: U463.31+2Document Code: BArticle ID: 1671-7988 (2016)05-184-03

引言

氣動在機(jī)械行業(yè)有著廣泛使用，例如在焊接線、機(jī)器人、翻轉(zhuǎn)機(jī)等方面。氣壓同步平衡回路一般是為了防止失衡，通過在相應(yīng)回路中進(jìn)行氣源的補(bǔ)充和轉(zhuǎn)移，使不同氣缸活塞桿同步運(yùn)動、準(zhǔn)確定位。氣壓同步平衡回路在使用中的主要問題是：氣缸的負(fù)載力導(dǎo)致氣缸運(yùn)動穩(wěn)定性較差，每次氣缸桿運(yùn)動很難保持相同速度和停在預(yù)定位置。

本文以橋殼合焊時遇到的問題為例，對產(chǎn)生的問題展開分析和探討，為雙動氣缸在負(fù)載穩(wěn)定、同步平衡運(yùn)動控制方面提供一些參考建議。

1、問題描述及系統(tǒng)主要部件

1.1問題描述

圖1　工裝結(jié)構(gòu)圖

圖2　工裝主要部件圖

在合焊橋殼半殼時，首先將沖壓成型的兩半殼放置在工裝臺面凹坑處夾緊，手工點(diǎn)焊后工裝翻轉(zhuǎn)180度點(diǎn)焊背面，再次轉(zhuǎn)回原位，松開夾緊，扳動工裝側(cè)面按鈕，工裝下方的兩個氣缸通氣，活塞上升頂起點(diǎn)焊好的橋殼，將橋殼推送至滑軌送往下道工序。工裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工裝的翻轉(zhuǎn)為電機(jī)控制，半殼的夾緊為液壓控制，點(diǎn)焊好的橋殼推出由氣壓控制。本文只對氣壓部分進(jìn)行闡述。

從圖2中可知，氣動回路主要構(gòu)成為：兩個雙動氣缸，一個三位四通閥，四個單向節(jié)流閥，一些氣動快插接頭及一些φ8氣管。

回路原理圖3所示如下所示：

圖3　氣動回路原理圖

從原理圖可知，為了實(shí)現(xiàn)兩個氣缸活塞的同步，在進(jìn)氣口和回氣口加裝了單向節(jié)流閥，采用了并聯(lián)方式。但是實(shí)際調(diào)試中兩個氣缸活塞總是存在不同步運(yùn)動的現(xiàn)象，而且很難調(diào)至同步。

調(diào)試中的問題為：空載的時候兩氣缸活塞運(yùn)動基本同步，放入橋殼的時候兩活塞動作不同步導(dǎo)致橋殼傾斜，卸工件時不順利，反復(fù)調(diào)節(jié)四個節(jié)流閥很難達(dá)到同步平衡動作的狀態(tài)，最終宣告該方案不可行，進(jìn)行整改。

1.2系統(tǒng)主要部件

表1　本工裝氣動回路部件基本參數(shù)

從該主要部件可見，氣缸不是導(dǎo)致不同步的主要因素，因?yàn)闅飧资峭瑥S家同型號在相同環(huán)境中使用，進(jìn)一步證實(shí)不同步另有原因。

2、運(yùn)動失衡原因分析

對橋殼合焊工裝來說，橋殼在合焊完后需要?dú)飧淄苿訕驓ど僚c滑軌同高，此過程需要?dú)飧讞U伸出同步并最終停在特定位置，之后將橋殼通過滑軌滑動至下工位，氣缸桿回原位。運(yùn)動過程中主要問題是兩氣缸帶載升高時不同步，定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致橋殼傾斜不能送到滑軌上。

由于卸載后氣缸的復(fù)位不影響工作質(zhì)量，因此不作分析，下面對氣缸帶載上升過程加以分析。

根據(jù)上面分析排除了氣缸自身的影響，因此有必要分析一下同步平衡回路失控與哪些因素有關(guān)，以便改善回路設(shè)計。

圖4所示，氣缸活塞帶載上升過程中，要保持活塞在橋殼重力負(fù)載作用下平穩(wěn)上升，在忽略氣缸各種泄露、氣體壓縮量和管路膨脹量情況下，其流量連續(xù)性方程為式（1）：

圖4　平衡回路功率損失

在忽略一些微小力因素的情況下，其力平衡方程為：

在式（1）和式（2）中：Q1為無桿腔流量；A1為無桿腔面積；P1為無桿腔壓力；Q2為有桿腔流量；A2為有桿腔面積；P2為有桿腔壓力；W為橋殼重力；F為工裝臺面與滑道之間摩擦力。

由于摩擦力相對于負(fù)載重力來說很小，因此忽略不計，這樣式（2）就變?yōu)椋?/p>

根據(jù)（1）式和（2）式得平衡回路功率損失，即額外功率P3為：

由于氣缸恒定，A1、A2確定，當(dāng)活塞平穩(wěn)上升時Q1恒定，由式（1）可知Q2恒定。橋殼在工裝中是對稱裝夾，因此單個氣缸受橋殼負(fù)載重力W恒定，因此根據(jù)式（4）可知，額外功率P3損失只與P1有關(guān)。也就是P1值減小一些P2值就會減小一些，活塞升高速度就會失衡，造成不同步。

因此，結(jié)合兩個氣缸綜合考慮，可以將活塞升高快的氣缸P2值接入另外氣缸P1處補(bǔ)充P1處壓力，使兩氣缸P1處壓力相等。但是兩氣缸活塞桿升高快慢難以判斷，因此兩氣缸應(yīng)該交叉連接。

3、問題改進(jìn)及驗(yàn)證結(jié)果

通過以上原因分析，更改連接原理如圖5所示。原來四個節(jié)流閥更換為四個平衡閥，并且采用了交叉互聯(lián)的方式。

圖5　更改后連接原理圖

根據(jù)連接原理圖改造后結(jié)果如圖6所示。驗(yàn)證可知兩個氣缸活塞桿升高速度基本一致，點(diǎn)焊好的橋殼能同步平穩(wěn)運(yùn)送到預(yù)定位置，反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩氣缸桿保證了同步平衡運(yùn)動。當(dāng)然，這種效果實(shí)現(xiàn)要?dú)饴犯髟骷芊庑院?，不同缸體額外功率損失相等。

4、結(jié)論

本文以一種交叉互聯(lián)同步平衡回路在橋殼焊接線合焊工裝上的應(yīng)用為例，詳細(xì)討論了理論連接和現(xiàn)實(shí)調(diào)試時產(chǎn)生的問題，通過對產(chǎn)生問題的分析和調(diào)試證明，該同步平衡回路的設(shè)計是合理正確的。

參考文獻(xiàn)

[1]路甬祥.液壓氣動手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[3]SMC產(chǎn)品樣本2015.

The Simple Illustrationin TheSynchronism and Balance Controlof The Cylinder

Wei Zhiqi, Yang Heng, Li Heng
（ShannxiHande axle Co. Ltd. xi’an Shaanxi 710200）

Abstract:The synchronism and balance controlof the twocylinderswasusedWidely in the pneumatic contour of the mechanical field. Because of each cylinder endure different load and power loss,Result in piston motion has different pace.This article make the two same cylinders promote axle motion in weld line as a example. Discussing the problems detailedly in the physical truth, Obtaining one method in the synchronism and balance control of the cylinder in the pneumatic contour.

Keywords:pneumatic contour; Thesynchronism and balance control; power loss

中圖分類號：U463.31+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編碼：1671-7988 （2016）05-184-03

作者簡介：魏志奇，本科，助理工程師，就職于陜西漢德車橋有限公司。主要從事工裝夾具，非標(biāo)設(shè)備，新產(chǎn)品過程控制工作。