按ψ、λ等条件的偏置式摆动液压缸机构的图解分析与综合

　　0　引言

　　在工程机械、起重装置和其他移动式机械中,摆动液压缸机构获得了非常广泛的应用。通过大量的工程实践,人们总结和归纳出:采用偏置式的摆动液压缸机构,可以达到增加传动角、改善机构传动性能的目标。随着液动元件设计、制造和应用的迅猛发展,工程设计中多直接选用专业厂家生产的标准或按客户要求定制的液压缸,而此类液压缸的规格一旦选定,其伸缩比λ(液压缸—活塞杆的最大最小长度比)即为某一定值。于是,满足既定的缸—杆伸缩比λ,即成为摆动液压缸机构工程设计的前提限定条件之一[1-6]。

　　我们通过引据几何学的Apollonius定理[7],提出了“辅助圆”的概念,发现揭示出已知摇杆长度l3、摆角Ψ、缸—杆伸缩比λ和偏距比μ条件下,液压缸固定铰链中心点O1的可落居区域———解集为“圆”,提出了Ⅰ型、O型和Ⅱ型机构的概念及结构特征;给出了偏置式摆动液压缸机构通常的图解设计方法;讨论了缸—杆初始铰链中心距lO1C1、缸—杆初始长度l12(0)、偏距e、机架长度l4、初始安装角σ和起始、终止位置传动角γC1、γC2随O1点位置变化而变化的规律。

　　本文的研究结论,对偏置式摆动液压缸机构的分析与综合具有普遍的参考价值和指导意义。

　　1　偏置式摆动液压缸机构及其基本尺寸参数

　　如图1所示,根据液压缸中心线是否通过固定铰链中心点O1而分为偏置式、正置式两种机构形式。对照、比较可知前者属于一般性情况,后者为当偏距e=0时的特殊情况。

　　如图1a所示为偏置式摆动液压缸机构的运动简图,其基本尺寸等参数通常包括:摇杆长度l3、机架长度l4、缸—杆初始铰链中心距lO1C1、缸—杆初始长度l12(0)、偏距e和缸—杆伸缩比λ(=lB2C2/lB1C1)等。

　　若选取l12(0)为基准,设偏距比μ=e/l12(0),遂有:

　　缸—杆的初始偏置角和铰链中心距

　　β_C1=∠O₁C₁B₁=arctan{e/l₁₂₍₀₎}=arctanμ 　　(1)

　　l_O1C1=(l₁₂₍₀₎2+e²)^1/2=l₁₂₍₀₎(1+μ²)^1/2 　　(2)

　　缸—杆的终止偏置角和铰链中心距

　　缸—杆终止、初始铰链中心距之比

　　因为λ、μ已知,据式(5)易推得λ′为定值。

　　2　液压缸1固定铰链中心点O1的可落居区域———解集

　　考虑到抓住机构设计问题的关键和本质,首先研究解决液压缸1固定铰链中心点O1(后简称“固铰中心O1”)的可落居区域——解集问题。