液压伺服控制大功率扩张器的设计

摘 要：汽车给人们的出行带来了便利，然而车祸发生时，受到强烈冲击的车体可能会发生严重变形，乘员身体被夹在变形的车体中，无法移动。本设计通过对液压伺服系统工作原理的分析，结合目前国内外扩张器的的特点，设计一种用伺服系统控制的大功率液压扩张器，来替代传统的扩张器。本设计具有对操作人员技术要求低、工作效率高、动作柔和且高精度控制等优点。

关键词：液压伺服系统 扩张器 设计

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0098-01

1 液压伺服系统的作用特点

液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。

液压伺服系统是从1950年开始出现的，几十年来获得了很大的发展，目前在各种技术领域里几乎都广泛的使用了液压控制。液压伺服系统的优点可归纳成下列几点。

（1）液压执行机构的动作快，换向迅速。就流量—— 速度的传递函数而言，基本上是一个固有频率很大的振荡环节，而且随着流量的加大和参数的最佳匹配可以使固有频率增大到和电液伺服阀的固有频率相比。电液伺服阀的固有频率一般在100 HZ以上，因而液压执行机构的频率响应是很快的，而且易于高速启动、制动和换向。与机电系统执行机构相比，固有频率通常较高。

（2）液压执行机构的体积和重量远小于相同功率的机电执行机构的体积和重量。因为随着功率的增加液压执行机构（如阀、液压缸或马达）的体积和重量的增加远比机电执行机构增加的慢，这是因为前者主要靠增大液体流量和压力来增加功率，虽然动力机构的体积和重量也会因此增加一些，但却可以采用高强度和轻金属材料来减少体积和重量。

（3）液压执行机构传动平稳、抗干扰能力强，特别是低速性能好，而机电系统的传递平稳性较差，而且易受到电磁波等各种外干扰的影响。

（4）液压执行机构的调速范围广，功率增益高。

2 液压伺服系统控制的扩张器结构及作用原理

图1为液压伺服系统控制的大功率扩张器结构原理图，该器械由油箱（1）、滤清器（2）、电动机（3）、液压齿轮泵（4）、溢流阀（5）、扩张嘴（6）、三角加强肋板（7）、连杆（8）、拉杆（9）、大活塞杆（10）、大活塞（11）、大活塞内部上通路（12）、小活塞（13）、销轴（14）、机架（15）、活动铰链机构（16）、出油口（17）、回油通路（18）、进油口（19）、大活塞内部下通路（20）、液压缸（21）、小活塞杆（22）、刻度尺及操作手柄（23）组成。（如图1）

图1中，电动机3得电工作后，带动液压齿轮泵4，将高压油泵入液压缸21的左腔内。此时，如果小活塞13处于中位，大活塞内部上通路12和大活塞内部下通路20不通，高压油就通过溢流阀5流回油箱1。溢流阀5还起到调压和过载保护的作用。当液压缸缸体21的左腔充满高压油时，用手向左推动小活塞杆22一定的刻度，大活塞内部下通路20使液压缸缸体21的左腔与右腔连通，即左腔与右腔的油压相等，由于大活塞11左端面的面积小于右端面的面积，由F=P×A可知大活塞11及大活塞杆10会向左运动相同的刻度，直到使大活塞内部下通路20重新封闭为止；用手向右拉动小活塞杆22一定的刻度，大活塞内部上通路12使液压缸缸体21的右腔通过回油通路18与出油口17连通，即液压缸缸体21的右腔油压为零，由于液压缸21的左腔油压大于右腔油压，大活塞11及大活塞杆10会向右运动相同的刻度，直到使大活塞内部上通路12重新封闭为止；当小活塞13处于中间位置时，大活塞内部上通路12和大活塞内部下通路20都封闭，即使电动机3工作也无法改变大活塞杆10的位置，液压油通过溢流阀5流回油箱1，即具有锁止功能；利用作用在小活塞杆22上较小的力控制作用在大活塞杆10上较大的力，使大活塞杆10顶部的拉杆9左右移动，通过活动铰链机构16，拉动连杆8，连杆8再拉动三角加强肋板7，使之绕固定在机架上的销轴14转动，从而使扩张嘴6打开，实现扩张功能。

3 创新点结语

（1）加入了杠杆原理，通过调节力臂长短，能实现用小的输入压力获得大的输出扩张力的效果，液压伺服系统精确控制的大功率扩张装置的初始扩张力大于170 kN，扩张距离大于450 mm。

（2）结构简单，易于制造，成本低。

（3）液压伺服系统控制方式可提高机械效率、操作精度，且对营救人员技术要求较低。

（4）液压伺服系统工作柔和平稳，效率高，功率大，具有无级调控，自我润滑，散热良好，过载保护，自锁等特点。

（5）可拆卸，便于维护，便于携带。

参考文献

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