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械行業有著廣泛的應用。使用中由于每個氣缸承受的負載力及各個部件功率損失不同導致活塞運動不同步。文章以兩個同種氣缸推動橋殼在焊接線上同步平衡運動為例，詳細討論產生的問題，給出一種同步平衡控制回路在使用中的實用方法。

關鍵詞：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，非標設備，新產品工藝工作。

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，標準作業，品質升級等工作。

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

引言

氣動在機械行業有著廣泛使用，例如在焊接線、機器人、翻轉機等方面。氣壓同步平衡回路一般是為了防止失衡，通過在相應回路中進行氣源的補充和轉移，使不同氣缸活塞桿同步運動、準確定位。氣壓同步平衡回路在使用中的主要問題是：氣缸的負載力導致氣缸運動穩定性較差，每次氣缸桿運動很難保持相同速度和停在預定位置。

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

1、問題描述及系統主要部件

1.1問題描述

圖1　工裝結構圖

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，手工點焊后工裝翻轉180度點焊背面，再次轉回原位，松開夾緊，扳動工裝側面按鈕，工裝下方的兩個氣缸通氣，活塞上升頂起點焊好的橋殼，將橋殼推送至滑軌送往下道工序。工裝結構如圖1所示。

工裝的翻轉為電機控制，半殼的夾緊為液壓控制，點焊好的橋殼推出由氣壓控制。本文只對氣壓部分進行闡述。

從圖2中可知，氣動回路主要構成為：兩個雙動氣缸，一個三位四通閥，四個單向節流閥，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，為了實現兩個氣缸活塞的同步，在進氣口和回氣口加裝了單向節流閥，采用了并聯方式。但是實際調試中兩個氣缸活塞總是存在不同步運動的現象，而且很難調至同步。

調試中的問題為：空載的時候兩氣缸活塞運動基本同步，放入橋殼的時候兩活塞動作不同步導致橋殼傾斜，卸工件時不順利，反復調節四個節流閥很難達到同步平衡動作的狀態，最終宣告該方案不可行，進行整改。

1.2系統主要部件

表1　本工裝氣動回路部件基本參數

從該主要部件可見，氣缸不是導致不同步的主要因素，因為氣缸是同廠家同型號在相同環境中使用，進一步證實不同步另有原因。

2、運動失衡原因分析

對橋殼合焊工裝來說，橋殼在合焊完后需要氣缸推動橋殼升至與滑軌同高，此過程需要氣缸桿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。運動過程中主要問題是兩氣缸帶載升高時不同步，定位不準確，導致橋殼傾斜不能送到滑軌上。

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

根據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，以便改善回路設計。

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載作用下平穩上升，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載重力來說很小，因此忽略不計，這樣式（2）就變為：

根據（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，當活塞平穩上升時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載重力W恒定，因此根據式（4）可知，額外功率P3損失只與P1有關。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，因此兩氣缸應該交叉連接。

3、問題改進及驗證結果

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

圖5　更改后連接原理圖

根據連接原理圖改造后結果如圖6所示。驗證可知兩個氣缸活塞桿升高速度基本一致，點焊好的橋殼能同步平穩運送到預定位置，反復試驗發現兩氣缸桿保證了同步平衡運動。當然，這種效果實現要氣路各元器件密封性好，不同缸體額外功率損失相等。

4、結論

本文以一種交叉互聯同步平衡回路在橋殼焊接線合焊工裝上的應用為例，詳細討論了理論連接和現實調試時產生的問題，通過對產生問題的分析和調試證明，該同步平衡回路的設計是合理正確的。

參考文獻

[1]路甬祥.液壓氣動手冊[M].北京:機械工業出版社,2002.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2002.

[3]SMC產品樣本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

文獻標識碼：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，非標設備，新產品過程控制工作。