專利名稱：滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以滾動(dòng)摩擦油缸為核心的應(yīng)用于力值計(jì)量檢定的液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。
背景技術(shù)：
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中以輸出推力和速度為目的柱塞式液壓油缸應(yīng)用廣泛。在試驗(yàn)機(jī)、 機(jī)床等應(yīng)用領(lǐng)域，為了減小摩擦力，提高工作效率，許多情況下采用間隙密封方式。間隙密封的液壓油缸，缸筒和活塞或者柱塞之間有一很小的間隙，用以形成潤(rùn)滑油膜，起到減摩、 降磨的作用。由于間隙較大時(shí)泄漏量大，無(wú)法建立工作壓力，必須提高油缸的加工制作精度。但是由于缸筒和活塞或者柱塞之間依然為滑動(dòng)摩擦，仍然會(huì)有較大的摩擦力存在。為了保證工作精度，油缸的活塞或者柱塞運(yùn)動(dòng)必須最大限度地減小摩擦力的作用。為此，傳統(tǒng)的做法是在精細(xì)制作油缸的基礎(chǔ)上，采取減摩措施。油缸精細(xì)制作的方法包括良好的熱處理、柱塞和缸筒配對(duì)研磨等；減摩的措施包括缸筒相對(duì)于柱塞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便在柱塞與缸筒之間的縫隙中形成動(dòng)壓油膜。減摩的措施還包括采用靜壓潤(rùn)滑技術(shù)，在柱塞與缸筒之間的縫隙中形成靜壓油膜。所有這些措施和方法都存在加工制造困難、周期長(zhǎng)、成本過(guò)高、效果不明顯等缺點(diǎn)。以間隙密封的液壓油缸為工作油缸的一種精密設(shè)備——液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)廣泛應(yīng)用于力值計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域。它特別適合于對(duì)科研、生產(chǎn)和應(yīng)用中的較大負(fù)荷的測(cè)力傳感器、稱重傳感器以及各種測(cè)力儀進(jìn)行檢定、標(biāo)定和校準(zhǔn)。今天，大負(fù)荷的測(cè)力儀的需求越來(lái)越多， 負(fù)荷能力也越來(lái)越大，例如有60MN的測(cè)力傳感器。已有的大規(guī)格力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)一般是液壓式的，即利用帕斯卡原理工作，通過(guò)一個(gè)由大、 小油缸組成的連通器，將作用于小油缸上較小的砝碼重力經(jīng)液壓放大后，由大油缸施加于被檢定的測(cè)力儀上。這里的大、小油缸為了減小摩擦力，提高力值精度，通常采用間隙密封方式。由于間隙密封的緣故，機(jī)器工作時(shí)會(huì)有工作介質(zhì)的泄漏。為了建立和維持系統(tǒng)的精確工作壓力，需要由液壓系統(tǒng)準(zhǔn)確補(bǔ)償泄漏。通常的補(bǔ)油液壓系統(tǒng)，由于液壓泵的壓力和流量存在難以避免的脈動(dòng)現(xiàn)象，使得系統(tǒng)壓力穩(wěn)定性變差，由大油缸施加于被檢定的測(cè)力儀上的作用力必然隨之變化，力值精度降低。此外，液壓補(bǔ)油系統(tǒng)的流量控制，受流量控制閥的性能限制，最小穩(wěn)定流量不能無(wú)限度減小，使得補(bǔ)充的液壓油流量與泄漏的液體流量完全相等比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工作精度高，油缸的結(jié)構(gòu)和制造工藝簡(jiǎn)化，還可通過(guò)控制柱塞的精確位移，實(shí)現(xiàn)最小穩(wěn)定流量需求，維持系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定、準(zhǔn)確的滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。本發(fā)明由測(cè)力儀1、滾動(dòng)摩擦油缸I 2、機(jī)架3、滾動(dòng)摩擦油缸II 4、位移傳感器5、 砝碼6、液壓補(bǔ)油系統(tǒng)和液壓輔助回路組成，其中滾動(dòng)摩擦油缸I 2底部與機(jī)架3固接，測(cè)力儀1和工作臺(tái)29置于滾動(dòng)摩擦油缸I 2頂部，砝碼6置于滾動(dòng)摩擦油缸114頂部，位移傳感器5固接于滾動(dòng)摩擦油缸II 4 一側(cè)；液壓輔助回路中的油箱22分別經(jīng)油管與滾動(dòng)摩擦油缸I 2的泄油口 46和滾動(dòng)摩擦油缸II 4的泄油口連接；滾動(dòng)摩擦油缸I 2中的泄油口 46、進(jìn)油口 45與滾動(dòng)摩擦油缸II 4中的泄油口、進(jìn)油口，經(jīng)油管連接形成回路；滾動(dòng)摩擦油缸I 2與滾動(dòng)摩擦油缸II 4形成一連通器；液壓輔助回路中的液控單向閥組II 20經(jīng)截止閥27與滾動(dòng)摩擦油缸I 2中的進(jìn)油口 45和滾動(dòng)摩擦油缸II 4中的進(jìn)油口之間的油管連接；液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸I 9和柱塞缸II 16的油腔，分別與液壓輔助回路中的壓力傳感器118和壓力傳感器I 7連接。滾動(dòng)摩擦油缸 I 2由缸筒、導(dǎo)軌連接件30、導(dǎo)軌32、滑塊33、滑塊連接件35、柱塞 37、短圓筒形構(gòu)件38、密封圈I 39、缸蓋41、密封圈II 42、螺釘V 43、進(jìn)油口 45和泄油口 46組成，其中缸筒由2-8個(gè)內(nèi)徑相同的短圓筒形構(gòu)件38疊置構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)與短圓筒形構(gòu)件 38相同的短圓筒形構(gòu)件的端面之間，置有與密封圈I 39相同的密封圈，并經(jīng)與螺釘IV40相同的螺釘連接；滾動(dòng)摩擦油缸I 2兩端分別安裝形式相同的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，其中一端的滑塊33與柱塞37上端的滑塊連接件35固接，導(dǎo)軌32與缸筒端部的導(dǎo)軌連接件30固接，另一端的滑塊、柱塞37下端的滑塊連接件、導(dǎo)軌和導(dǎo)軌連接件的連接方式與之相同；滾動(dòng)摩擦油缸I 2底部加裝缸蓋41，經(jīng)螺釘V43與缸筒固接，除進(jìn)油口 45與外界連通外，由密封圈 1142密封，形成油缸的工作油腔；滾動(dòng)摩擦油缸I 2 —側(cè)設(shè)有泄油口 46，經(jīng)油管與液壓輔助回路中的油箱22連接；滾動(dòng)摩擦油缸I 2與滾動(dòng)摩擦油缸II 4形成一連通器。液壓補(bǔ)油系統(tǒng)由柱塞缸I 9、限位開關(guān)I 10、限位開關(guān)II 11、伺服電機(jī)I 12、伺服電機(jī)II 13、限位開關(guān)11114、限位開關(guān)IV15和柱塞缸II 16組成，其中柱塞缸I 9和柱塞缸II 16差動(dòng)連接，柱塞缸I 9由伺服電機(jī)I 12驅(qū)動(dòng)控制，柱塞缸II 16由伺服電機(jī)II 13 驅(qū)動(dòng)控制；柱塞缸I 9的行程端點(diǎn)由限位開關(guān)I 10和限位開關(guān)II 11確定，柱塞缸II 16 的行程端點(diǎn)由限位開關(guān)11114、限位開關(guān)IV15確定。液壓輔助回路由壓力傳感器I 7、壓力傳感器II 8、液控單向閥組I 17、單向閥 118、單向閥II 19、液控單向閥組II 20、壓力表21、油箱22、補(bǔ)油液壓泵23、比例溢流閥 24、三位換向閥25、兩位換向閥26、和截止閥27組成，其中液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸II 16 經(jīng)液控單向閥組I 17和截止閥27，與滾動(dòng)摩擦油缸I 2和滾動(dòng)摩擦油缸II 4形成的連通器連接，柱塞缸II 16還經(jīng)單向閥118、兩位換向閥26與補(bǔ)油液壓泵23連接；液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸I 9經(jīng)液控單向閥組II 20與滾動(dòng)摩擦油缸I 2和滾動(dòng)摩擦油缸II 4形成的連通器連接，柱塞缸I 9還經(jīng)單向閥II 19、兩位換向閥26與補(bǔ)油液壓泵23連接；補(bǔ)油液壓泵23設(shè)有壓力表21 ；三位換向閥25的A 口與液控單向閥組I 17的控制口連接，三位換向閥25的B 口與液控單向閥組II 20的控制口連接，三位換向閥25的P 口與補(bǔ)油液壓泵23連接，補(bǔ)油液壓泵23的出油口與比例溢流閥24連接；補(bǔ)油液壓泵23的入油口與油箱 22連接；液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸I 9和柱塞缸II 16的油腔，分別與壓力傳感器118和壓力傳感器I 7連接。當(dāng)工作系統(tǒng)的工作壓力低時(shí)，可取消液壓輔助回路中的補(bǔ)油液壓泵23，并以液控單向閥I 47代替液控單向閥組I 17，以液控單向閥II 48代替液控單向閥組II 20，將單向閥118和單向閥II 19的輸入端直接與油箱22連接。下面結(jié)合附圖，對(duì)滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成的詳細(xì)說(shuō)明作直線運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)摩擦油缸的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。由2-8個(gè)內(nèi)徑相同的短圓筒形構(gòu)件38，以圓心和端面定位，疊置構(gòu)成一個(gè)長(zhǎng)圓筒形實(shí)體，做為滾動(dòng)摩擦油缸的缸筒。兩個(gè)短圓筒形構(gòu)件38的端面通過(guò)螺釘IV40對(duì)接在一起，短圓筒形構(gòu)件38端面之間加裝密封圈 I 39。圓柱形柱塞37裝入長(zhǎng)圓筒形缸筒的內(nèi)孔中，缸筒和柱塞37構(gòu)成液壓缸的主體。 在液壓缸的主體兩端部位，分別安裝直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)摩擦副(圖中為直線導(dǎo)軌)部件。其中滾動(dòng)摩擦副的動(dòng)件(圖中為滾動(dòng)導(dǎo)軌的滑塊33)用螺釘131固定在滑塊連接件35上，再通過(guò)滑塊連接件35用螺釘III36與柱塞37端部固接。滾動(dòng)摩擦副的靜件(圖中為滾動(dòng)導(dǎo)軌 32)通過(guò)導(dǎo)軌連接件30用螺釘II 34與缸筒固接。直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)摩擦副部件的裝配，須保證柱塞37與缸筒之間周邊留有間隙δ。然后在油缸主體的一端加裝缸蓋41，使其與缸筒通過(guò)螺釘V43固接，除留有進(jìn)油口 45外，與外界通過(guò)密封圈II 42密封，形成油缸的工作油腔。油缸主體的另一端留有泄油口 46，與油箱22連接，從而構(gòu)成了完整的滾動(dòng)摩擦柱塞式液壓油缸。通過(guò)2-8個(gè)內(nèi)徑相同的短圓筒形構(gòu)件38，以圓心和端面定位，疊置構(gòu)成長(zhǎng)圓筒形缸筒，目的是提高制造精度，使制造工藝盡量簡(jiǎn)單。短圓筒形構(gòu)件38的內(nèi)徑可以通過(guò)與已經(jīng)加工好的柱塞37的外徑配磨保證配合間隙δ，并使δ盡可能小。裝配時(shí)首先將直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)摩擦副部件連同導(dǎo)軌連接件30和滑塊連接件35 —起裝配成組件，然后再將柱塞37 與滑塊連接件35連接，接下來(lái)逐次裝配短圓筒形構(gòu)件38，并用塞尺或者其它儀器檢查柱塞 37的外圓表面與缸筒的配合間隙。全部短圓筒形構(gòu)件38裝配完畢后，再裝配另一端的直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)摩擦副部件。直至安裝好缸蓋41。根據(jù)帕斯卡原理，運(yùn)用滾動(dòng)摩擦油缸I 2和滾動(dòng)摩擦油缸II 4形成一連通器，構(gòu)成液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的主體，配以測(cè)力儀1、機(jī)架3、位移傳感器5、砝碼6、液壓補(bǔ)油系統(tǒng)和液壓輔助回路，組成完整的液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其中柱塞面積較小的滾動(dòng)摩擦油缸II 4，工作時(shí)其柱塞上施加專用砝碼6，其對(duì)柱塞的作用力設(shè)為Fp滾動(dòng)摩擦油缸I 2對(duì)被施加作用力的試件(例如測(cè)力儀1)施加作用力F2。設(shè)面積比為i，則在滿足帕斯卡原理的條件下，有F2 = F1*i(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)包括液壓補(bǔ)油系統(tǒng)和液壓輔助回路，其主體是兩個(gè)差動(dòng)連接的柱塞缸I 9、柱塞缸II 16構(gòu)成的專用補(bǔ)油液壓泵，用以使連通器形成工作壓力， 并補(bǔ)充滾動(dòng)摩擦油缸I 2和滾動(dòng)摩擦油缸114由于間隙δ而產(chǎn)生的泄漏，維持系統(tǒng)工作壓力。工作時(shí)，柱塞缸I 9、柱塞缸II 16交替作直線運(yùn)動(dòng)，柱塞缸I 9由伺服電機(jī)I 12驅(qū)動(dòng)控制，柱塞缸II 16由伺服電機(jī)II 13驅(qū)動(dòng)控制。通常當(dāng)一個(gè)柱塞缸給連通器提供壓力油時(shí)，另一個(gè)則給自身補(bǔ)充油液。柱塞缸II 16通過(guò)液控單向閥組I 17與連通器連接，通過(guò)單向閥118經(jīng)兩位換向閥26與補(bǔ)油液壓泵23連接，柱塞缸I 9通過(guò)液控單向閥組II 20 與連通器連接，通過(guò)單向閥II 19經(jīng)兩位換向閥26與補(bǔ)油液壓泵23連接。三位換向閥25 的A 口與液控單向閥組I 17的控制口連接，B 口與液控單向閥組II 20的控制口連接，P 口與補(bǔ)油液壓泵23連接，補(bǔ)油液壓泵23的出油口與比例溢流閥24連接。為了控制需要，柱塞缸I 9和柱塞缸II 16的油腔分別接壓力傳感器II 8和壓力傳感器I 7。
柱塞缸I 9和柱塞缸II 16可采用柱塞面積相同的兩油缸，也可采用柱塞面積一大一小的兩油缸。若采用一大一小兩個(gè)柱塞缸，則電機(jī)控制范圍應(yīng)足夠一級(jí)載荷，大油缸用于粗調(diào)，大油缸工作時(shí)，小油缸自身補(bǔ)油。在液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加碼時(shí)，小油缸補(bǔ)償泄露，大油缸完成自身補(bǔ)油。對(duì)于工作壓力較低的工作系統(tǒng)，也可以采用圖5所示的液壓系統(tǒng)，即取消補(bǔ)油液壓泵23的補(bǔ)油系統(tǒng)，并以液控單向閥I 47代替液控單向閥組I 17，以液控單向閥1148代替液控單向閥組II 20，將單向閥118和單向閥II 19的輸入端直接接入油箱I 22。以上兩種系統(tǒng)中，在壓力波動(dòng)要求較低、泄漏較小的情況下，均可以采用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即機(jī)械結(jié)構(gòu)上使兩個(gè)柱塞缸在一套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。2、系統(tǒng)的工作原理
如圖1，在安裝好被檢定測(cè)力儀1，選擇并施加專用砝碼6至滾動(dòng)摩擦油缸II 4的柱塞上，液壓系統(tǒng)油路內(nèi)均充滿工作介質(zhì)(液壓油)的情況下，打開截止閥27，開啟伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使柱塞缸I 9、柱塞缸II 16的柱塞作直線運(yùn)動(dòng)(設(shè)首先柱塞缸II 16向左運(yùn)動(dòng))，柱塞缸II 16的柱塞壓縮工作介質(zhì)，通過(guò)液控單向閥組I 17、已經(jīng)開啟了的截止閥27 給連通器提供壓力油。當(dāng)連通器內(nèi)建立起壓力后，滾動(dòng)摩擦油缸114的柱塞和滾動(dòng)摩擦油缸I 2的柱塞向上移動(dòng)，直至滾動(dòng)摩擦油缸II 4的柱塞向上移動(dòng)至預(yù)設(shè)高度位置。同時(shí)滾動(dòng)摩擦油缸I 2的柱塞向上移動(dòng)使測(cè)力儀1與機(jī)架3上橫梁接觸，并承受作用力。滾動(dòng)摩擦油缸II 4的柱塞高度位置由非接觸位移傳感器5檢測(cè)。隨后，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)工作，補(bǔ)償滾動(dòng)摩擦油缸II 4和滾動(dòng)摩擦油缸I 2構(gòu)成的連通器的泄漏從，維持系統(tǒng)工作壓力。設(shè)柱塞缸II 16的柱塞面積為A1，移動(dòng)速度為V1，則有Ql = A1^V1(2)或者V1 = QlZV1(3)即選擇合適的運(yùn)動(dòng)速度V1,即可以補(bǔ)償泄漏Qy保持滾動(dòng)摩擦油缸II 4的柱塞的預(yù)設(shè)高度位置不變，維持系統(tǒng)工作壓力。柱塞缸II 16的柱塞作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)液控單向閥組I 17壓縮工作介質(zhì)，液控單向閥組I 17的開啟由三位換向閥25控制，即三位換向閥25的電磁驅(qū)動(dòng)元件DTl工作。在柱塞缸II 16的柱塞作直線運(yùn)動(dòng)維持系統(tǒng)工作壓力的同時(shí)，通過(guò)兩位換向閥26 經(jīng)單向閥II 19，補(bǔ)油液壓泵23可以對(duì)柱塞缸I 9補(bǔ)充工作介質(zhì)，此時(shí)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)柱塞缸I 9的柱塞向右運(yùn)動(dòng)，直至行程端點(diǎn)。行程端點(diǎn)由限位開關(guān)I 10、限位開關(guān)II 11 控制。為了使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在柱塞缸I 9補(bǔ)充工作介質(zhì)結(jié)束后，可以啟動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)柱塞向左運(yùn)動(dòng)，對(duì)油腔內(nèi)的補(bǔ)充工作介質(zhì)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，使其壓力(設(shè)為P1)接近于連通器內(nèi)工作介質(zhì)的壓力(設(shè)為P) Jip1略小于P。P和P1分別由壓力傳感器I 7、壓力傳感器II 8檢測(cè)。當(dāng)柱塞缸II 16的柱塞運(yùn)動(dòng)至由限位開關(guān)11114、限位開關(guān)IV15確定的行程端點(diǎn)時(shí)，柱塞缸I 9的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，接續(xù)柱塞缸II 16的柱塞工作，繼續(xù)維持系統(tǒng)工作壓力。此后可以啟動(dòng)柱塞缸II 16的補(bǔ)充工作介質(zhì)的工作，過(guò)程與上述柱塞缸I 9的補(bǔ)充工作介質(zhì)的工作相同。采用液控單向閥組旨在確保單向閥處于開啟狀態(tài)時(shí)無(wú)阻力。
為了提高工作效率，系統(tǒng)工作壓力建立的初始階段可以由補(bǔ)油液壓泵23直接對(duì)連通器供油，此時(shí)斷開兩位換向閥DT3的導(dǎo)電狀態(tài)，接通三位換向閥DTl或者DT2均可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于根據(jù)如圖5所示的液壓原理工作的系統(tǒng)，與上述工作過(guò)程基本相同，只是不能實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)工作壓力建立的初始階段，由補(bǔ)油液壓泵23直接對(duì)連通器供油。同時(shí)由于油箱22內(nèi)液體相對(duì)壓力為零，柱塞缸I 9、柱塞缸II 16補(bǔ)充的工作介質(zhì)壓力也為零，欲使其壓力接近于連通器內(nèi)的壓力需要消耗較大的柱塞缸容積。對(duì)于單電機(jī)工作的系統(tǒng)，與上述工作過(guò)程的不同點(diǎn)是在柱塞缸I 9或者柱塞缸II 16的任一個(gè)對(duì)連通器供油的同時(shí)，另一個(gè)由油箱22補(bǔ)充油液。當(dāng)對(duì)連通器供油的柱塞缸運(yùn)動(dòng)至行程端點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)需反向工作，帶動(dòng)另一個(gè)柱塞缸對(duì)連通器供油。由于補(bǔ)充的油液壓力低，因而建立工作壓力需要的時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)需要消耗較大的柱塞缸容積。3、滾動(dòng)摩擦油缸柱塞受力分析與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌計(jì)算設(shè)滾動(dòng)摩擦油缸柱塞與缸筒作用簡(jiǎn)化靜力學(xué)模型如圖6。略去液體阻力、忽略柱塞面積變化，設(shè)柱塞與缸筒滾動(dòng)體接觸，所受正壓力N21、N22，摩擦力f\、f2，砝碼對(duì)柱塞施加的作用力為P-為理論作用力，柱塞面積A2，液壓作用力pA2。設(shè)柱塞幾何中心線與鉛垂線平行，根據(jù)靜力平衡原理和庫(kù)侖定律建立柱塞受力方程pA2 = P-fff^(4)N22 = N21(5)f1 = f2 = f = N21 · μ 1(6)其中P1為滾動(dòng)摩擦系數(shù)。于是由于摩擦引起的力值誤差δ P = 2f(7)可見(jiàn)，當(dāng)摩擦系數(shù)μ工很小時(shí)，由于摩擦引起的力值誤差將會(huì)很小。直線導(dǎo)軌所受正壓力N21，即施加于柱塞上的液體壓力和砝碼重力引起的側(cè)向力， 其大小與機(jī)械加工和裝配使用的幾何精度有關(guān)。由于幾何偏差的原因，正壓力不可避免。因此摩擦引起的壓力誤差也不可避免。本發(fā)明中正壓力由直線導(dǎo)軌承受，因此直線導(dǎo)軌的承載能力首先要滿足承受正壓力的需要。其次，直線導(dǎo)軌的剛度必須能滿足在最大正壓力的情況下，不會(huì)使間隙S (見(jiàn)圖4)變?yōu)榱恪?、補(bǔ)油柱塞缸計(jì)算設(shè)滾動(dòng)摩擦油缸II 4和滾動(dòng)摩擦油缸I 2構(gòu)成的連通器的泄漏量為Qy柱塞缸I 9、柱塞缸II 16為兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的部件，柱塞面積A1，保壓時(shí)間T，則補(bǔ)油柱塞缸的柱塞行程S應(yīng)滿足S > T^QlA1(8)設(shè)最大工作壓力pmax，則結(jié)構(gòu)承載能力應(yīng)為油缸耐壓大于pmax，絲杠軸向承載能力 Pl應(yīng)滿足P1 > PmaJA1(9)設(shè)柱塞運(yùn)動(dòng)最大速度Vmax，則電動(dòng)機(jī)功率Pm應(yīng)滿足Pffl > P1^Vfflax(10)本發(fā)明的有益效果在于1.滾動(dòng)摩擦油缸的柱塞與缸筒之間的接觸是滾動(dòng)摩擦，可大幅度減小摩擦力，提高工作精度，同時(shí)簡(jiǎn)化油缸的結(jié)構(gòu)；2. 簡(jiǎn)化制造工藝，由于滾動(dòng)摩擦油缸的柱塞與缸筒之間不直接接觸，因而無(wú)需為減小磨損而進(jìn)行嚴(yán)格的熱處理；避免傳統(tǒng)液壓油缸制造的復(fù)雜工藝過(guò)程，尤其是無(wú)需研磨過(guò)程。3.通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的補(bǔ)油柱塞缸，可以對(duì)泄漏的工作介質(zhì)實(shí)施補(bǔ)償，并保持滾動(dòng)摩擦油缸柱塞的垂直位置不變，有效控制加載時(shí)間；4.無(wú)需高壓液壓泵，也沒(méi)有壓力和流量脈動(dòng)現(xiàn)象。流量控制精確、穩(wěn)定?？赏ㄟ^(guò)控制補(bǔ)油柱塞缸柱塞的精確位移，實(shí)現(xiàn)最小穩(wěn)定流量需要，維持系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定、準(zhǔn)確。


圖1為滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意2為滾動(dòng)摩擦油缸I主視3為滾動(dòng)摩擦油缸IK向(拆去工作臺(tái)29)視4為滾動(dòng)摩擦油缸IA-A視5為工作壓力較低的工作系統(tǒng)液壓原理6為滾動(dòng)摩擦油缸II柱塞受力狀態(tài)示意圖其中1.測(cè)力儀2.滾動(dòng)摩擦油缸I 3.機(jī)架4.滾動(dòng)摩擦油缸II 5.位移傳感器6.砝碼7.壓力傳感器I 8.壓力傳感器II 9.柱塞缸I 10.限位開關(guān)I 11.限位開關(guān)1112.伺服電機(jī)I 13.伺服電機(jī)II 14.限位開關(guān)III 15.限位開關(guān)IV 16.柱塞缸II 17.液控單向閥組I 18.單向閥I 19.單向閥II 20.液控單向閥組II 21.壓力表22.油箱23.補(bǔ)油液壓泵24.比例溢流閥25.三位換向閥26.兩位換向閥27.截止閥29.工作臺(tái)30.導(dǎo)軌連接件31.螺釘I 32.導(dǎo)軌33.滑塊34.螺釘II 35.滑塊連接件36.螺釘III 37.38.短圓筒形構(gòu)件39.密封圈I 40.螺釘IV 41.缸蓋42.密封圈II 43.螺釘 V 44.螺釘VI 45.進(jìn)油口 46.泄油口 47.液控單向閥I 48.液控單向閥II
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一 IOMN液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，最高工作壓力pmax = 62MPa,設(shè)滾動(dòng)摩擦油缸I 2柱塞直徑D = 460mm,縫隙長(zhǎng)度L = 800mm,滾動(dòng)摩擦油缸II 4柱塞直徑d = 20mm,長(zhǎng)度1 = 200mm。 放大比i = 529。選用液壓油動(dòng)力粘度μ = 180Χ10_4，按機(jī)械加工六級(jí)精度考慮，取滾動(dòng)摩擦油缸I 2間隙δ工=0. 04mm，滾動(dòng)摩擦油缸II 4間隙δ 2 = 0. 015mm。根據(jù)偏心情況下的圓環(huán)縫隙液流公式Qi+其中" = i，e為偏心距，Δ P為壓力差，U。為柱塞運(yùn)動(dòng)速度。計(jì)算滾動(dòng)摩擦油缸I 2泄漏量最大值(ε = 1，忽略U。的影響)gLmax =2.5x^^max ^.Sx^"0·46^0 04；10'3)3 x62xl0^2.64xl0-^3/,
UjuL —12x180x10-4 χ 0.8
權(quán)利要求
1.一種滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其特征在于由測(cè)力儀(1)、滾動(dòng)摩擦油缸IO)、 機(jī)架C3)、滾動(dòng)摩擦油缸II (4)、位移傳感器( 、砝碼(6)、液壓補(bǔ)油系統(tǒng)和液壓輔助回路組成，其中滾動(dòng)摩擦油缸I (2)底部與機(jī)架(3)固接，測(cè)力儀(1)和工作臺(tái)09)置于滾動(dòng)摩擦油缸1(2)頂部，砝碼(6)置于滾動(dòng)摩擦油缸11(4)頂部，位移傳感器(5)固接于滾動(dòng)摩擦油缸11(4) 一側(cè)；液壓輔助回路中的油箱02)分別經(jīng)油管與滾動(dòng)摩擦油缸I (2)的泄油口 (46)和滾動(dòng)摩擦油缸II 的泄油口連接；滾動(dòng)摩擦油缸I (2)中的泄油口(46)、進(jìn)油口(45)與滾動(dòng)摩擦油缸II(4)中的泄油口、進(jìn)油口，經(jīng)油管連接形成回路；滾動(dòng)摩擦油缸I (2) 與滾動(dòng)摩擦油缸11(4)形成一連通器；液壓輔助回路中的液控單向閥組IK20)經(jīng)截止閥 (27)與滾動(dòng)摩擦油缸I (2)中的進(jìn)油口 05)和滾動(dòng)摩擦油缸IK4)中的進(jìn)油口之間的油管連接；液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸I (9)和柱塞缸11(16)的油腔，分別與液壓輔助回路中的壓力傳感器II (8)和壓力傳感器I (7)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其特征在于所述的滾動(dòng)摩擦油缸1( 由缸筒、導(dǎo)軌連接件(30)、導(dǎo)軌(32)、滑塊(33)、滑塊連接件(35)、柱塞(37)、短圓筒形構(gòu)件(38)、密封圈I (39)、缸蓋(41)、密封圈II (42)、螺釘V(43)、進(jìn)油口 (45)和泄油口(46)組成，其中缸筒由2-8個(gè)內(nèi)徑相同的短圓筒形構(gòu)件(38)疊置構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)與短圓筒形構(gòu)件(38)相同的短圓筒形構(gòu)件的端面之間，置有與密封圈1(39)相同的密封圈，并經(jīng)與螺釘IV 00)相同的螺釘連接；滾動(dòng)摩擦油缸I (2)兩端分別安裝形式相同的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，其中一端的滑塊(33)與柱塞(37)上端的滑塊連接件(35)固接，導(dǎo)軌(32)與缸筒端部的導(dǎo)軌連接件(30)固接，另一端的滑塊、柱塞(37)下端的滑塊連接件、導(dǎo)軌和導(dǎo)軌連接件的連接方式與之相同；滾動(dòng)摩擦油缸1( 底部加裝缸蓋(41)，經(jīng)螺釘與缸筒固接，除進(jìn)油口 05)與外界連通外，由密封圈IK42)密封，形成油缸的工作油腔；滾動(dòng)摩擦油缸I (2) 一側(cè)設(shè)有泄油口(46)，經(jīng)油管與液壓輔助回路中的油箱02)連接；滾動(dòng)摩擦油缸1(2)與滾動(dòng)摩擦油缸11(4)形成一連通器。
3.按權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其特征在于所述的液壓補(bǔ)油系統(tǒng)由柱塞缸I (9)、限位開關(guān)I (10)、限位開關(guān)II(Il)、伺服電機(jī)I (12)、伺服電機(jī)II (13)、限位開關(guān)III (14)、限位開關(guān)IV(15)和柱塞缸II (16)組成，其中柱塞缸I (9)和柱塞缸II (16) 差動(dòng)連接，柱塞缸I (9)由伺服電機(jī)I (12)驅(qū)動(dòng)控制，柱塞缸II (16)由伺服電機(jī)II (13)驅(qū)動(dòng)控制；柱塞缸1(9)的行程端點(diǎn)由限位開關(guān)I (10)和限位開關(guān)II(Il)確定，柱塞缸11(16) 的行程端點(diǎn)由限位開關(guān)III (14)、限位開關(guān)IV(15)確定。
4.按權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其特征在于所述的液壓輔助回路由壓力傳感器I (7)、壓力傳感器II (8)、液控單向閥組I (17)、單向閥I (18)、單向閥 II (19)、液控單向閥組II (20)、壓力表(21)、油箱(22)、補(bǔ)油液壓泵(23)、比例溢流閥(24)、 三位換向閥(25)、兩位換向閥( )、和截止閥(XT)組成，其中液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸 11(16)經(jīng)液控單向閥組1(17)和截止閥(27)，與滾動(dòng)摩擦油缸I (2)和滾動(dòng)摩擦油缸II (4) 形成的連通器連接，柱塞缸II (16)還經(jīng)單向閥1(18)、兩位換向閥06)與補(bǔ)油液壓泵03) 連接；液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸I (9)經(jīng)液控單向閥組II (20)與滾動(dòng)摩擦油缸I ( 和滾動(dòng)摩擦油缸11(4)形成的連通器連接，柱塞缸I (9)還經(jīng)單向閥11(19)、兩位換向閥06)與補(bǔ)油液壓泵03)連接；補(bǔ)油液壓泵03)設(shè)有壓力表；三位換向閥05)的A 口與液控單向閥組1(17)的控制口連接，三位換向閥05)的B 口與液控單向閥組IK20)的控制口連接，三位換向閥(25)的P 口與補(bǔ)油液壓泵(23)連接，補(bǔ)油液壓泵(23)的出油口與比例溢流閥(24)連接；補(bǔ)油液壓泵(23)的入油口與油箱(22)連接；液壓補(bǔ)油系統(tǒng)中的柱塞缸 1(9)和柱塞缸II (16)的油腔，分別與壓力傳感器II (8)和壓力傳感器I (7)連接。
5.按權(quán)利要求4所述的滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其特征在于當(dāng)工作系統(tǒng)的工作壓力低時(shí)，可取消液壓輔助回路中的補(bǔ)油液壓泵(23)，并以液控單向閥1(47)代替液控單向閥組I (17)，以液控單向閥11(48)代替液控單向閥組II (20)，將單向閥1(18)和單向閥 11(19)的輸入端直接與油箱(22)連接。
全文摘要
滾動(dòng)摩擦油缸液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)屬機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明以滾動(dòng)摩擦柱塞式液壓缸I為核心，根據(jù)帕斯卡原理，運(yùn)用兩個(gè)滾動(dòng)摩擦柱塞式液壓缸形成一連通器，構(gòu)成液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的主體，配以測(cè)力儀、機(jī)架、滾動(dòng)摩擦油缸II、位移傳感器、砝碼、液壓補(bǔ)油系統(tǒng)和液壓輔助回路，組成完整的液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)；本發(fā)明工作精度高，油缸的結(jié)構(gòu)和制造工藝簡(jiǎn)化；工作過(guò)程中能有效控制加載時(shí)間，無(wú)需高壓液壓泵，也沒(méi)有壓力和流量脈動(dòng)現(xiàn)象，流量控制精確、穩(wěn)定，還可通過(guò)控制柱塞的精確位移，實(shí)現(xiàn)最小穩(wěn)定流量需求，維持系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01L27/00GK102175387SQ20111002365
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者劉大威, 張學(xué)成 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)