兩種不同液壓自動平行機構的分析

摘要：本文結合隧道液壓鑿巖臺車設備鉆機臂上廣泛應用的兩種不同形式的液壓自動平行機構，對其機構形式進行理論分析，得出機構保持平行的條件，并對一種機構形式分析后說明其不能保證完全平行，平行精度存在誤差，實際應用中采取了一定的補償措施。

關鍵詞：液壓；自動平行；平行機構

前言

在冶金、起重、建筑等機械設備上，均能見到有自動平行機構存在，常采用的自動平行機構大致可分為三類：（1）機械自動平行機構；（2）電液自動平行機構；（3）液壓自動平行機構。

機械自動平行機構主要有平行四連桿機構、剪式平行機構等，這種機構具有結構簡單，制造方便等優點，但由于構件笨重、尺寸較大或只能用于輕型非伸縮式支臂等，制約了其在復雜大型工程機械中的應用。電液自動平行機構是通過角伺服控制系統來實現機構的自動平行，其優點是動作平穩，且微動效果好，但存在對液壓伺服元件的制造精度要求高、維修不便、設備費用大等問題，使其推廣應用受到了一定的限制。液壓自動平行機構是借助兩個液壓油缸來實現機構的自動平行，由于其機構緊湊、尺寸小、重量輕、操作靈活等，在工程機械中得到了廣泛的應用，隧道開挖施工中應用的液壓鑿巖臺車設備的鉆機臂上就用到了液壓平行機構。如圖一、圖二所示。

1.兩種不同形式的液壓自動平行機構分析

圖三、圖四所示均為在隧道液壓鑿巖臺車設備鉆機臂上常見的兩種液壓自動平行機構，其中AN為動臂，繞絞點A轉動；MN為平行托架裝置，繞絞點N轉動；BC、MQ均為油缸，且BC、MQ兩根油缸的油路串聯。

1.1.第一種形式：絞點M在動臂AN上側，且AB/NM=K，AC/NQ=K；

這種形式平行機構的液壓系統原理如圖五所示。油缸一（BC）的有桿腔和油缸二（MQ）的無桿腔連通。當換向閥一右位接通，液壓油經換向閥一、液壓鎖二、液壓鎖一進入油缸一的無桿腔，油缸一液壓桿伸出，油缸一有桿腔的油液經液壓鎖一、液壓鎖三進入油缸二的無桿腔，油缸二亦伸出，油缸二有桿腔的油液經液壓鎖三、液壓鎖二、換向閥一回油箱，兩油缸同時伸出。當換向閥一左位接通時，兩油缸同時縮回。當換向閥二單獨動作時，油缸二可單獨動作，進行微調。

1.2.第二種形式：絞點M在動臂AN的下側，且AB/MN=K，AC/NQ=K；

此種形式平行機構的液壓系統原理如圖六所示。油缸一（BC）的有桿腔與油缸二（MQ）的有桿腔連通。當換向閥一右位接通，液壓油經換向閥一、液壓鎖二、液壓鎖一進入油缸一的無桿腔，油缸一液壓桿伸出，油缸一有桿腔的液壓油經液壓鎖一、液壓鎖三進入油缸二的有桿腔，油缸二的液壓桿縮回，油缸二無桿腔油液經液壓鎖三、液壓鎖二、換向閥一回油箱，兩油缸運動方向相反。當換向閥二單獨動作時，油缸二可單獨動作，進行微調。

要使在動臂轉動過程中，托架始終保持平行，則須使油缸BC與油缸MQ的運動方向相反，且油缸BC的伸出量（縮回量）Δ1與油缸MQ的縮回量（伸出量）Δ2對應成比例，即Δ1=KΔ2時，動臂AN繞A點轉動變化的角度Δγ與MN繞絞點N轉動變化的角度Δβ相等。

因此對于此種液壓平行機構，是由油缸的伸縮量來保證角度的變化量，在整個行程范圍內，由于不能時刻保證兩油缸的伸縮量對應成比例（恒值常數），因此實際上角度變化量并不能完全保證時刻相等，即角度變化量存在誤差，因此平行托架上的橫梁機構并不能達到完全平行，只有在通過油缸微調進行誤差補償之后才能達到平行。

2.結論

由以上分析后可知，針對隧道液壓鑿巖臺車設備鉆機臂上所應用的這兩種液壓自動平行機構，第一種形式理論上可以保證完全平行，第二種機構形式由于誤差的存在，只能保證近似平行，誤差產生的根源是由于采用線位移來補償角位移的方法來保證平行托架上的橫梁機構的平行。當然，在實際應用中，由于加工、制造、安裝等誤差的存在，使得第一種機構形式也存在一定的偏差。

參考文獻：

[1]虞秀敏，吳百海.多缸驅動液壓臂架控制的探討.廣州大學學報（文理綜合版）.1988（1），77～82

[2]王宗禹，榮文生，王留義.鉆車液壓平動機構的應用級平動精度分析.施工裝備，1995（5-6），60～62

[3]何清華，方向，隧道鑿巖機器人雙三角鉆臂運動分析與控制策略[J]，礦山機械，2000，（2）

[4]邵冶群，侯波.液壓鉆車工作機構的結構分析.煤礦機械，2001（8），35～36

[5]穆希輝，劉秀云，王金諾，汪春生.伸縮臂式叉車貨叉平動機構的優化.起重運輸機械，2002（3），15～18

[6]劉萍 等，液壓鑿巖設備應用中的若干問題[J]，甘肅冶金，2003，（2）

[7]李力爭，何清華，雙三角鉆臂非齊次模型自適應預測控制[J]，中國機械工程，2005年，（1）

作者簡介：

譚順輝 （1969.9-），男，籍貫廣西桂林，1991年畢業于華東交通大學，高級工程師，現從事工程機械的研制工作。

吳璽 （1983.2-），男，籍貫河南南陽，2012年畢業于石家莊鐵道大學，助理工程師，現從事機械設計研究工作。