一種降低機構極限位置內應力方法
【專利摘要】本發明涉及萬向鏟技術領域，尤其涉及一種降低機構極限位置內應力方法。一種降低機構極限位置內應力方法，通過將處于極限位置的調角油缸的有桿腔和無桿腔相連通，使得補油回路中的壓縮油液進入處于極限位置的有桿腔或無桿腔，增加極限位置時油液的受壓容積，減少油液體積改變量，在相同補償位移下降低油缸內的油液壓力。結構簡單，生產成本低，延長了調角油缸的使用壽命。
【專利說明】
_種降低機構極限位置內應力方法
技術領域
[0001] 本發明涉及萬向鏟技術領域，尤其涉及一種降低機構極限位置內應力方法。
【背景技術】
[0002] 萬向鏟常用于全液壓推土機機型上，可以完成提升、下降、左調角、右調角、左傾 斜、右傾斜的動作，適合修建高爾夫球場等精細作業。
[0003] 如圖1所示，萬向鏟前工作裝置由鏟刀1、C型架5、左提升油缸7、右提升油缸8、左調 角油缸4 '、右調角油缸6 '、傾斜油缸3、可調螺桿等組成。該機構在做傾斜動作時存在多余約 束，需要調角油缸壓縮油液產生補償才能完成傾斜動作，調角油缸被活塞10'和活塞桿11'， 分為有桿腔12'和無桿腔13'，若有桿腔12'和無桿腔13'中的油液壓縮量過大就會產生較大 的壓力。
[0004] 如圖2所示，通過液壓系統操作3(傾斜油缸)完成傾斜動作時，左調角油4'和右調 角油缸6'內油液若是封死的，該機構就產生了過約束，左調角油缸4'和右調角油缸6'通過 壓縮油液產生補償位移后才能完成傾斜動作。由運動學知在做調角動作時調角油缸會同時 伸或同時縮，當其中一個調角油缸處于極限位置，且調角油缸仍需要依然向著極限位置的 方向壓縮，則無法補償位移，從而使機構產生較大內應力，容易造成薄弱位置，例如可調螺 桿安裝座焊縫位置處破壞性損壞。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提出一種降低機構極限位置內應力方法，通過將處于極限位置 的調角油缸的有桿腔和無桿腔相連通，來降低極限位置時調角油缸內部的內應力。
[0006] 為達此目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] -種降低機構極限位置內應力方法，通過將處于極限位置的調角油缸的有桿腔和 無桿腔相連通，使得補油回路中的壓縮油液進入處于極限位置的有桿腔或無桿腔，增加極 限位置時油液的受壓容積，減少油液體積改變量，在相同補償位移下降低油缸內的油液壓 力。
[0008] 作為本技術方案的優選方案之一，當兩個所述調角油缸作用于同一個傾斜件時， 設置于調角油缸之間的所述補油回路用于調節處于極限位置時調角油缸內所產生的油液 差，所述補油回路包括兩條補油分路，所述補油分路分別自其中一個調角油缸的無桿腔連 接至另一個調角油缸的有桿腔，且補油分路的補油方向不可逆。
[0009] 作為本技術方案的優選方案之一，所述調角油缸為兩個，分別為左調角油缸和右 調角油缸，當右調角油缸的無桿腔處于極限位置，且所述左調角油缸和右調角油缸均需要 繼續向無桿腔方向壓縮時，左側調角油缸中無桿腔的壓縮油液經補油回路流向右調角油缸 的有桿腔，因右調角油缸的有桿腔和無桿腔在此時處于連通狀態，則所述壓縮油液自右調 角油缸的有桿腔進入無桿腔，然后再進入左調角油缸的有桿腔，以在相同補償位移下降低 調角油缸內的油液壓力。
[0010] 作為本技術方案的優選方案之一，所述調角油缸為兩個，分別為左調角油缸和右 調角油缸，當右調角油缸的有桿腔處于極限位置，且所述左調角油缸和右調角油缸均需要 繼續向有桿腔方向壓縮時，左側調角油缸中有桿腔的壓縮油液經補油回路流向右調角油缸 的無桿腔，因右調角油缸的有桿腔和無桿腔在此時處于連通狀態，則所述壓縮油液自右調 角油缸的無桿腔進入有桿腔，然后再進入左調角油缸的無桿腔，因無桿腔容積大于有桿腔 容積，不足的油液通過補油溢流閥補充，以降低調角油缸內油液壓力。
[0011] 作為本技術方案的優選方案之一，所述調角油缸的有桿腔和無桿腔之間通過位于 調角油缸外部的泄壓回路相連通，所述泄壓回路的兩個連通端口僅在活塞處于極限位置處 方可使有桿腔和無桿腔相連通，所述泄壓回路位于所述調角油缸外部，所述泄壓回路的兩 個連通端口分別位于活塞極限位置處的兩側。
[0012] 作為本技術方案的優選方案之一，所述泄壓管路和補油分路共用一個下端口，且 所述溢流分路連接油箱。
[0013] 作為本技術方案的優選方案之一，所述泄壓回路通過單向閥精確控制泄壓回路的 開啟和關閉，所述單向閥位于泄壓回路和補油分路的連接點與上端口之間。
[0014] 作為本技術方案的優選方案之一，所述調角油缸的有桿腔和無桿腔之間通過位于 油缸內部的單向閥相連通，所述單向閥位于活塞上。
[0015] 作為本技術方案的優選方案之一，所述單向閥為單向緩沖閥。
[0016] 有益效果:通過將處于極限位置的調角油缸的有桿腔和無桿腔相連通，使得補油 回路中的壓縮油液進入可運動油缸的另一腔，增加極限位置時油液的受壓容積，減少油液 體積改變量，在相同補償位移下降低油缸內的油液壓力。結構簡單，生產成本低，延長了調 角油缸的使用壽命。
【附圖說明】
[0017] 圖1是現有技術的萬向鏟的結構圖；
[0018] 圖2是現有技術的萬向|產的液壓驅動圖；
[0019] 圖3是現有技術的兩調角油缸都不處于極限位置且活塞桿往外伸的示意圖；
[0020] 圖4是現有技術的兩調角油缸都不處于極限位置且往里縮的示意圖；
[0021] 圖5是現有技術的一調角油缸處于極限位置且往外伸的示意圖；
[0022] 圖6是現有技術的一調角油缸處于極限位置且往里縮的示意圖；
[0023] 圖7是本發明實施例1提供的降低機構極限位置內應力方法的運行示意圖；
[0024] 圖8是本發明實施例2提供的降低機構極限位置內應力方法的運行示意圖。
[0025] 圖中：
[0026] 1、鏟刀；2、可調螺桿;3、傾斜油缸;4、左調角油缸;5、C型架;6、右調角油缸;7、左提 升油缸;8、右提升油缸;9、機架；10、活塞；11、活塞桿;12、有桿腔；13、無桿腔；14、泄壓回路； 15、單向閥；16、補油分路；17、溢流分路；18、補油溢流閥；4'、左調角油缸;6'、右調角油缸； 10'、活塞;11'、活塞桿;12'、有桿腔;13'、無桿腔。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0028] 實施例1
[0029] 本發明提供了一種降低機構極限位置內應力方法，如圖7所示，通過將處于極限位 置的調角油缸的有桿腔12和無桿腔13相連通，使得補油回路中的壓縮油液進入處于極限位 置的有桿腔12或無桿腔13,增加極限位置時油液的受壓容積，減少油液體積改變量，在相同 補償位移下降低油缸內的油液壓力。
[0030] 兩個所述調角油缸作用于同一個傾斜件時，設置于調角油缸之間的所述補油回路 用于調節處于極限位置時調角油缸內所產生的油液差，所述補油回路包括兩條補油分路 16,所述補油分路16分別自其中一個調角油缸的無桿腔13連接至另一個調角油缸的有桿腔 12,且補油分路的補油方向不可逆。所述補油分路16上還連通有溢流分路17,所述溢流分路 17上還設置有補油溢流閥18。當調角油缸處于極限位置且不需要繼續壓縮而是反方向拉伸 時，所述補油分路16中的油液進入處于極限位置的有桿腔12或無桿腔13,即可降低調角油 缸中的油液壓力；當調角油缸處于極限位置且需要繼續沿極限位置方向壓縮時，所述補油 分路16中的油液不能進入處于極限位置的有桿腔12或無桿腔13,因此，通過將處于極限位 置的調角油缸的有桿腔12和無桿腔13相連通，以使得處于極限位置的有桿腔12或無桿腔13 流入油液，在相同補償位移下降低調角油缸內的油液壓力。
[0031] 現有的油缸在技術上可以技術調整做到兩個調角油缸只有一個調角油缸觸底，因 此不存在作用于同一傾斜件的兩個調角油缸均處于極限位置的情況，本發明中提到的極限 位置包括其中一個調角油缸的活塞10壓縮至缸底且需要繼續向下壓縮的狀況，也包括其中 一個調角油缸的活塞10頂到缸頂且仍然需要向上拉伸的狀況。
[0032] 以兩個調角油缸同作用于一個傾斜件為例，兩個調角油缸分別為左調角油缸4和 右調角油缸6,當右調角油缸6的無桿腔13處于極限位置，且所述左調角油缸4和右調角油缸 6均需要繼續向無桿腔13方向壓縮時，左側調角油缸4中無桿腔13的壓縮油液經補油回路流 向右調角油缸6的有桿腔12,因右調角油缸6的有桿腔12和無桿腔13在此時處于連通狀態， 則所述壓縮油液自右調角油缸6的有桿腔12進入無桿腔13，然后再進入左調角油缸4的有桿 腔12,以在相同補償位移下降低油缸內的油液壓力。
[0033]同樣的，當右調角油缸6的有桿腔12處于極限位置，且所述左調角油缸4和右調角 油缸6均需要繼續向有桿腔12方向壓縮時，左側調角油缸4中有桿腔12的壓縮油液經補油回 路流向右調角油缸6的無桿腔室13,因右調角油缸6的有桿腔12和無桿腔13在此時處于連通 狀態，則所述壓縮油液自右調角油缸6的無桿腔13進入有桿腔12,然后再進入左調角油缸4 的無桿腔13,因無桿腔13容積大于有桿腔12容積，不足的油液通過開啟補油溢流閥18自補 油分路16補入，以減少調角油缸內油液產生壓力。所述調角油缸的有桿腔12和無桿腔13之 間通過位于調角油缸外部的泄壓回路14相連通，所述泄壓回路14的兩個連通端口僅在活塞 處于極限位置處方可使有桿腔和無桿腔相連通，所述泄壓回路14位于所述調角油缸外部， 所述泄壓回路14的兩個連通端口分別位于活塞極限位置處的兩側。位于調角油缸外部的泄 壓回路的連通方式，避免了調角油缸在非極限位置時有桿腔12和無桿腔13油液相通，影響 油缸的運行，僅允許處于極限位置且仍需要向極限位置方向壓縮的油缸的有桿腔12和無桿 腔13相連通，降低了油缸內的油液壓力。
[0034] 所述泄壓回路14通過單向閥15精確控制泄壓回路14的開啟和關閉，所述單向閥15 位于泄壓回路14和補油分路16的連接點與上端口之間。所述泄壓管路14和補油分路16共用 一個下端口，且所述溢流分路17連接油箱。以便于通過補油溢流閥18進行補油。所述單向閥 15的設置可以更好的控制泄壓管路14,以免因為泄壓管路14開啟不當，影響調角油缸的運 行;所述單向閥15為單向緩沖閥，使得調角油缸的運行更為穩定。
[0035] 下面通過具體的數據分析，現有技術和本發明在調角油缸會同時伸或同時縮的時 候調角油缸的具體壓力并進行對比，為了簡化分析，設定兩個調角油缸的有桿腔12、12'和 無桿腔13、13'的截面積分別為A1和A2,所述左側調角油缸4'的有桿腔12、12'和無桿腔13、 13 '的初始高度為XI和X2，所述右側調角油缸的有桿腔12、12 '和無桿腔13、13 '的初始高度 為X3和X4,活塞桿下壓的距離為AX:
[0036] 1、現有技術中兩調角油缸都不處于極限位置且活塞桿往外伸受力分析
[0037] 如圖3所示，在活塞桿11'外伸過程中調角油缸的有桿腔12'油液會進入無桿腔 13 '，有桿腔12 '排出的油液體積為A Vi = 2 A X Ai，無桿腔進入的油液體積為A V2 = 2 A X A2，因無桿腔有效工作面積知大于有桿腔有效工作面積M，無桿腔需進入的油液體積A %要 大于有桿腔排出的油液體積A Vi，其油液體積差由補油溢流閥進行補充，因此調角油缸不 存在油液壓縮造成的應力增加。
[0038] 2、現有技術中兩調角油缸都不處于極限位置且往里縮受力分析
[0039] 如圖4所示，活塞桿11'收縮過程中調角油缸無桿腔13'油液會進入有桿腔12'，有 桿腔12 '進入的油液體積為A Vi = 2 A X Ai，無桿腔13 '流出的油液體積為A V2 = 2 A X A2，因 無桿腔13'有效工作面積A2大于有桿腔有效工作面積心，無桿腔需流出的油液體積A V2要大 于有桿腔進入的油液體積A Vi，因此在活塞桿收縮過程中會造成油液壓縮。設油液體積模 量為E，兩油缸內受壓縮初始油液體積為VozAKXi+Xd+AKX^Xd，由油液體積彈性模量定 義可知此過程因油液壓縮而產生的油液壓力改變量為
兩活塞桿產生的 推力和為F = 2 A pUs-Ai)。此種情況在做傾斜動作時，補償位移被分配到兩個調角油缸，且 兩油缸內受壓縮初始油液體積Vo較大，因此傾斜過程中工作裝置機構不會產生過大的內應 力，進而不會造成薄弱位置處破壞性損壞。
[0040] 3、現有技術中一調角油缸處于極限位置且往外伸受力分析
[0041] 如圖5所示，在活塞桿11'外伸過程中調角油缸的有桿腔12'油液會進入無桿腔 13 '，有桿腔12 '排出的油液體積為A Vi = 2 A X Ai，無桿腔進入的油液體積為A V2 = 2 A X A2，因無桿腔有效工作面積知大于有桿腔有效工作面積M，無桿腔需進入的油液體積A %要 大于有桿腔排出的油液體積A Vi，其油液體積差由補油溢流閥進行補充，只要左邊調角油 缸有桿腔處留有足夠的補償位移就不存在油液壓縮造成的應力增加，不會造成薄弱位置處 破壞性損壞。
[0042] 4、現有技術中有一調角油缸處于極限位置且往里縮受力分析
[0043] 如圖6所示，右側調角油缸6'的活塞桿11'帶動活塞10'緊抵在缸底上，不能再往缸 底的方向回縮，所以傾斜過程中調角油缸需要的補償量完全由左邊調角油缸4'完成，其補 償位移為2 A X。左側調角油缸活塞桿收縮產生的油液體積變化量為A V = 2 A X A2。設油液 體積模量為E，兩油缸內受壓縮初始油液體積為Vo = A2 X2+Ai X3,由油液體積彈性模量定義 可知此過程因油液壓縮而產生的油液壓力改變量為
兩活 塞桿1 1 '產生的推力和為
若A 2 = 2 A i，則
此種情況在做傾斜動作時，補償位移由單個調角油缸完成，補償位 移大，且兩油缸內受壓縮初始油液體積Vo較小，因此傾斜過程中工作裝置機構會產生過大 的內應力，容易造成薄弱位置處破壞性損壞。
[0044] 5、本發明一調角油缸處于極限位置且往里縮的受力分析
[0045] 如圖7所示，左側調角油缸4的活塞桿11受壓時可以繼續內縮，而右側調角油缸6的 活塞桿11已經頂住缸底，所述調角油缸的有桿腔12和無桿腔13之間通過泄壓回路14相連 通，右側調角油缸6的活塞10接觸到缸底時由于單向閥泄壓回路14中的單向閥15打開的作 用可以把左側調角油缸4的無桿腔13的壓縮油液通過補油分路16引至右側調角油缸6的有 桿腔12,并由有桿腔12通過泄壓回路14的單向閥15進入右側調角油缸6的無桿腔12,左側調 角油缸4的無桿腔13排出的油液體積為V 1 = 2 A X A2、左側調角油缸4的有桿腔12進入的油液 體積為V2 = 2 A X Ai，油液體積變化量為A V = VX-V2 = 2 A X(A2-Ai)。設油液體積模量為E，兩 油缸內受壓縮初始油液體積為VozAKXi+Xd+AKX^Xd，由油液體積彈性模量定義可知此 過程因油液壓縮而產生的油液壓力改變量為
兩活塞桿產生的推力和為
若A2 = 2 Ai，并忽略受壓縮初始容積中左調角油缸4油缸容積和右調角油缸6的無桿腔13容 積，則_
對比4中&可知
可以看出通過在調角油缸中設置單向 閥可以有效降低調角油缸處于極限位置做傾斜運動時調角油缸活塞桿所產生的推力，使傾 斜過程中工作裝置機構不會產生過大的內應力，避免薄弱位置處破壞性損壞。
[0046] 實施例2
[0047] 與實施例1不同的是，如圖8所示，所述調角油缸的有桿腔12和無桿腔13之間通過 位于活塞上的單向閥15相連通。所述位于有桿腔12和無桿腔13之間的單向閥15的結構，位 于調角油缸的內部，既可以將處于極限位置的調角油缸的有桿腔12和無桿腔13相連通，使 得補油回路中的壓縮油液進入位于處于極限位置的有桿腔12或無桿腔13,同時結構簡單， 控制方便，快速的增加極限位置時油液的受壓容積，減少油液體積改變量，在相同補償位移 下降低油缸內的油液壓力。且所述單向閥15為單向緩沖閥，使得調角油缸的運行更為穩定。
[0048] 綜上所述，通過將處于極限位置的調角油缸的有桿腔和無桿腔相連通，使得補油 回路中的壓縮油液進入位于處于極限位置的有桿腔或無桿腔，增加極限位置時油液的受壓 容積，減少油液體積改變量，在相同補償位移下降低油缸內的油液壓力。結構簡單，生產成 本低，延長了調角油缸的使用壽命。
[0049] 以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的 原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術 人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入 本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，通過將處于極限位置的調角油缸 的有桿腔（12)和無桿腔（13)相連通，使得補油回路中的壓縮油液進入處于極限位置的有桿 腔（12)或無桿腔（13)，增加極限位置時油液的受壓容積，減少油液體積改變量，在相同補償 位移下降低油缸內的油液壓力。2. 根據權利要求1所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，當兩個所述調角 油缸作用于同一個傾斜件時，設置于調角油缸之間的所述補油回路用于調節處于極限位置 時調角油缸內所產生的油液差，所述補油回路包括兩條補油分路（16)，所述補油分路（16) 分別自其中一個調角油缸的無桿腔（13)連接至另一個調角油缸的有桿腔（12)，且補油分路 (16)的補油方向不可逆。3. 根據權利要求2所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所述調角油缸為 兩個，分別為左調角油缸(4)和右調角油缸(6)，當右調角油缸(6)的無桿腔（13)處于極限位 置，且所述左調角油缸(4)和右調角油缸(6)均需要繼續向無桿腔（13)方向壓縮時，左側調 角油缸(4)中無桿腔（13)的壓縮油液經補油回路流向右調角油缸(6)的有桿腔（12)，因右調 角油缸(6)的有桿腔（12)和無桿腔（13)在此時處于連通狀態，則所述壓縮油液自右調角油 缸(6)的有桿腔（12)進入無桿腔（13)，然后再進入左調角油缸(4)的有桿腔（12)，以在相同 補償位移下降低調角油缸內的油液壓力。4. 根據權利要求2所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所述調角油缸為 兩個，分別為左調角油缸(4)和右調角油缸(6)，當右調角油缸(6)的有桿腔(12)處于極限位 置，且所述左調角油缸(4)和右調角油缸(6)均需要繼續向有桿腔（12)方向壓縮時，左側調 角油缸(4)中有桿腔（13)的壓縮油液經補油回路流向右調角油缸(6)的無桿腔（13)，因右調 角油缸(6)的有桿腔（12)和無桿腔（13)在此時處于連通狀態，則所述壓縮油液自右調角油 缸(6)的無桿腔（13)進入有桿腔（12)，然后再進入左調角油缸(4)的無桿腔（13)，因無桿腔 (13) 容積大于有桿腔（12)容積，不足的油液通過補油溢流閥（18)補充，以降低調角油缸內 油液壓力。5. 根據權利要求4所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所述調角油缸的 有桿腔（12)和無桿腔（13)之間通過位于調角油缸外部的泄壓回路（14)相連通，所述泄壓回 路（14)的兩個連通端口僅在活塞處于極限位置處方可使有桿腔（12)和無桿腔（13)相連通， 所述泄壓回路（14)位于所述調角油缸外部，所述泄壓回路（14)的兩個連通端口分別位于活 塞極限位置處的兩側。6. 根據權利要求5所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所述泄壓管路 (14) 和補油分路(16)共用一個下端口，且所述溢流分路(17)連接油箱。7. 根據權利要求1-3、5-6任一項所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所 述泄壓回路（14)通過單向閥（15)精確控制泄壓回路（14)的開啟和關閉，所述單向閥（15)位 于泄壓回路（14)和補油分路（16)的連接點與上端口之間。8. 根據權利要求4所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所述調角油缸的 有桿腔（12)和無桿腔（13)之間通過位于調角油缸內部的單向閥（15)相連通，所述單向閥 (15) 位于活塞（10)上。9. 根據權利要求7或8所述的降低機構極限位置內應力方法，其特征在于，所述單向閥 (15)為單向緩沖閥。
【文檔編號】F15B11/16GK105840568SQ201610404648
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】何樹營, 余麗艷, 金軻
【申請人】山推工程機械股份有限公司