[發(fā)明專利]大型水壓機(jī)提閥的開啟裝置及其凸輪升程曲線設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310277806.0
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN103341997A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚建平;曾樂;楊俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B30B1/26
• 分類號(hào): B30B1/26
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提閥的開啟裝置和凸輪升程曲線的設(shè)計(jì)方法，特別是涉及一種適用于瞬變重載工況的、應(yīng)用于大型水壓機(jī)提閥的開啟裝置和裝置中的凸輪升程曲線設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

大型水壓機(jī)提閥開啟裝置是利用齒輪齒條和凸輪頂桿作為傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)提閥閥芯的啟閉，從而實(shí)現(xiàn)水壓機(jī)活動(dòng)橫梁位置和速度的控制。這種形式的提閥開啟裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于我國最大的模鍛水壓機(jī)300MN水壓機(jī)和其他大型的水壓機(jī)上，其控制精度高，穩(wěn)定性好。

提閥的開啟需要液壓缸提供開啟驅(qū)動(dòng)力。現(xiàn)場應(yīng)用情況表明：提閥的開啟力具有巨大和瞬變的特點(diǎn)，在提閥開啟初始階段需要一個(gè)很大瞬變的開啟驅(qū)動(dòng)力，然后所需驅(qū)動(dòng)力迅速降低。由于所需開啟驅(qū)動(dòng)力巨大、瞬變和提閥開啟裝置設(shè)計(jì)不合理的原因，經(jīng)常出現(xiàn)頂桿彎曲和頂不開等情況，導(dǎo)套磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)破裂，裝置的使用壽命都不長。

通過優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)和盡量減小開啟驅(qū)動(dòng)力對裝置的正常工作，使用壽命和安全性具有重要的意義。針對原有的提閥開啟裝置，通過合理布置各個(gè)元件的相對位置及設(shè)計(jì)與負(fù)載特性相匹配的凸輪升程曲線以減少系統(tǒng)的開啟驅(qū)動(dòng)力，減少驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗，提高裝置的使用壽命和運(yùn)行的安全性。

現(xiàn)有的提閥開啟裝置由齒條驅(qū)動(dòng)齒輪，齒輪和凸輪安裝在同一根軸上，凸輪推動(dòng)頂桿實(shí)現(xiàn)閥芯的啟閉過程。凸輪頂桿為一個(gè)對心機(jī)構(gòu)，凸輪施加給頂桿的作用力可以分解為沿著導(dǎo)路方向的開啟力和垂直與導(dǎo)路方向的附加力。出于加工方便和設(shè)計(jì)簡單等原因的考慮，現(xiàn)有的凸輪輪廓升程曲線為一直線，其壓力角變化規(guī)律為從大到小均勻變化，初始階段壓力角比較大，導(dǎo)致初始階段對頂桿、導(dǎo)套的附加力比較大，因此，現(xiàn)有的對心凸輪布置方式和升程曲線在這種重載瞬變場合下并不適用。設(shè)計(jì)優(yōu)異的凸輪升程曲線以適應(yīng)重載情況下的小壓力角顯得非常重要。

傳統(tǒng)升程曲線有諧波、梯形、擺線、圓弧曲線及其這些曲線的改進(jìn)，隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，以高階多項(xiàng)式曲線、擺線、貝塞爾曲線、B樣條曲線等作為凸輪升程曲線也得到了應(yīng)用，采用這些復(fù)雜曲線設(shè)計(jì)的凸輪，使得系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)更加柔性化，沖擊振動(dòng)更小。但是現(xiàn)場應(yīng)用情況表明，閥芯的開啟力是一個(gè)瞬變的過程，這些凸輪升程曲線壓力角變化規(guī)律與負(fù)載特性不匹配，不適合水閥開啟的初始階段小壓力角的要求，

根據(jù)上面的分析可知，現(xiàn)在提閥開啟裝置的主要的缺陷在于沒有考慮開啟力瞬變和重載的特點(diǎn)，導(dǎo)致了開啟的初始階段凸輪的壓力角與負(fù)載特性不匹配，在閥芯開啟力最大的時(shí)候凸輪的壓力角也比較大，直接導(dǎo)致開啟驅(qū)動(dòng)力比較大，垂直于導(dǎo)路方向的附加力比較大，也導(dǎo)致了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較龐大，同時(shí)降低了設(shè)備的運(yùn)行安全性和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種開啟驅(qū)動(dòng)力減小、附加力減小、與瞬變重載工況特性相匹配、在重載時(shí)具有小壓力角、在輕載時(shí)具有大升程、使用壽命長的大型水壓機(jī)提閥的開啟裝置。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種大型水壓機(jī)提閥的開啟裝置的載荷特點(diǎn)相匹配的凸輪升程曲線設(shè)計(jì)方法。

為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供的大型水壓機(jī)提閥的開啟裝置，包括液壓缸、齒條、齒輪、凸輪、凸輪軸和頂桿，所述的齒條與所述齒輪嚙合，所述齒輪安裝在所述的凸輪軸上，所述的凸輪和所述的頂桿組成的凸輪頂桿機(jī)構(gòu)為一個(gè)偏心機(jī)構(gòu)，即所述的頂桿的軸線偏向所述的凸輪的升程曲線一側(cè)，所述的凸輪的升程曲線是一種前段為漸開線、后段為二次曲線對接組合而成，所述的升程曲線的表達(dá)式如下：

凸輪轉(zhuǎn)角θ_max，凸輪總升程為s，重載區(qū)升程為s₀，漸開線基圓半徑r，凸輪升程h，設(shè)凸輪升程曲線方程是下面公式（1）：