气动肌腱驱动的气-液集成传动装置

　　前言

　　气-液集成传动,有时也称之为气-液复合传动,是近年来流体传动领域中发展速度较快的技术方向之一。它是指以压缩空气为动力源,既能单独进行气压驱动,又能单独进行液压驱动的集成式装置。单独进行液压驱动时,气-液集成传动比气压传动运动平稳,输出力大;而与液压传动相比,污染相对较小,不需要设置专用液压泵站,经济性好,制造维修方便。由于上述优点,气-液集成传动装置特别适合在野外工程作业使用,以及在具有集中压缩空气站的工厂中使用。

　　比较理想的气-液集成传动系统,是液压缸在空行程阶段能提供低压大流量液体,以使执行元件快速达到工作位置;在工作行程阶段则根据负载变化,自动转换为提供高压小流量液体,以使执行元件获得较大的输出力。目前常见的单作用单级气-液集成传动装置,根本不能满足上述要求;而单作用双级气-液集成传动装置^[2]可以勉强满足上述要求,但在结构上较为复杂,且由于是单向作用而导致工作效率极低。

　　参考文献^[3]给出了一种串联式的具有双级液体压力输出的双作用气-液集成传动装置,较好地满足了上述要求,但其中的气缸活塞与液压缸活塞因同轴关系而难以避免气液两相混合,且由于气缸体积较大,使得整个装置显得比较笨重。参考文献^[4]的气动肌腱驱动的双作用双级气-液集成传动装置,是由气动肌腱驱动的,不过它是由驱动杠杆绕固定支点做旋转,在杠杆作用下推动活塞运动;整个装置占用的空间较大。我们设计的以气动肌腱提供驱动力、利用柔索和滑轮改变力传递方向的双作用双级气-液集成传动装置,基本上克服了上述缺点,因而具有更高的技术经济指标。

　　1 工作原理

　　气动肌腱驱动的双作用双级气-液集成传动装置工作原理,如图1所示,该装置上部为液压缸,气动肌腱的一端用柔索与固定点铰接,另一端用柔索通过两个滑轮与液压缸活塞的伸出端连接。在液压缸中,中间大直径部分为大腔活塞,中间小直径部分为小腔活塞。当气动换向阀处于图示左端工作状态时,压缩空气进入左边气动肌腱内,它产生收缩力,在柔索与滑轮作用下使得液压缸活塞向左运动。此时,单向阀2、4吸入液体,而单向阀5、7同时向外排出低压液体,汇合后进入执行装置,使执行元件快速趋近工作部位。当换向阀处于右端工作状态时,右边气动肌腱产生收缩力,在柔索与滑轮作用下使得液压缸活塞向右运动,单向阀1、3吸入液体,单向阀6、8排出低压液体。一旦执行元件遇到负载,系统压力升高,单向阀5、6便会自动关闭,而顺序阀9、10会自动打开,液压缸大腔液体经相应顺序阀9、10流回油箱,实现所谓的卸荷。液压缸小腔经单向阀7或8排出高压小流量液体进入执行装置,使执行元件获得所需的输出力。左右两个气动肌腱的交替驱动,可以通过行程控制等方式使气动换向阀自动换向,从而实现自动循环。