魏志奇，杨衡，李恒（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710200）



双动气缸的同步平衡控制浅析

魏志奇，杨衡，李恒
（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710200）

摘要：两个双动气缸的同步平衡控制在机械行业有着广泛的应用。使用中由于每个气缸承受的负载力及各个部件功率损失不同导致活塞运动不同步。文章以两个同种气缸推动桥壳在焊接线上同步平衡运动为例，详细讨论产生的问题，给出一种同步平衡控制回路在使用中的实用方法。

关键词：气动回路；同步平衡控制；功率损失

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

杨衡，本科，助理工程师，就职于陕西汉德车桥有限公司。主要从事工装夹具，非标设备，新产品工艺工作。

李恒，本科，助理工程师，就职于陕西汉德车桥有限公司。主要从事精益生产，标准作业，品质升级等工作。

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

引言

气动在机械行业有着广泛使用，例如在焊接线、机器人、翻转机等方面。气压同步平衡回路一般是为了防止失衡，通过在相应回路中进行气源的补充和转移，使不同气缸活塞杆同步运动、准确定位。气压同步平衡回路在使用中的主要问题是：气缸的负载力导致气缸运动稳定性较差，每次气缸杆运动很难保持相同速度和停在预定位置。

本文以桥壳合焊时遇到的问题为例，对产生的问题展开分析和探讨，为双动气缸在负载稳定、同步平衡运动控制方面提供一些参考建议。

1、问题描述及系统主要部件

1.1问题描述

图1　工装结构图

图2　工装主要部件图

在合焊桥壳半壳时，首先将冲压成型的两半壳放置在工装台面凹坑处夹紧，手工点焊后工装翻转180度点焊背面，再次转回原位，松开夹紧，扳动工装侧面按钮，工装下方的两个气缸通气，活塞上升顶起点焊好的桥壳，将桥壳推送至滑轨送往下道工序。工装结构如图1所示。

工装的翻转为电机控制，半壳的夹紧为液压控制，点焊好的桥壳推出由气压控制。本文只对气压部分进行阐述。

从图2中可知，气动回路主要构成为：两个双动气缸，一个三位四通阀，四个单向节流阀，一些气动快插接头及一些φ8气管。

回路原理图3所示如下所示：

图3　气动回路原理图

从原理图可知，为了实现两个气缸活塞的同步，在进气口和回气口加装了单向节流阀，采用了并联方式。但是实际调试中两个气缸活塞总是存在不同步运动的现象，而且很难调至同步。

调试中的问题为：空载的时候两气缸活塞运动基本同步，放入桥壳的时候两活塞动作不同步导致桥壳倾斜，卸工件时不顺利，反复调节四个节流阀很难达到同步平衡动作的状态，最终宣告该方案不可行，进行整改。

1.2系统主要部件

表1　本工装气动回路部件基本参数

从该主要部件可见，气缸不是导致不同步的主要因素，因为气缸是同厂家同型号在相同环境中使用，进一步证实不同步另有原因。

2、运动失衡原因分析

对桥壳合焊工装来说，桥壳在合焊完后需要气缸推动桥壳升至与滑轨同高，此过程需要气缸杆伸出同步并最终停在特定位置，之后将桥壳通过滑轨滑动至下工位，气缸杆回原位。运动过程中主要问题是两气缸带载升高时不同步，定位不准确，导致桥壳倾斜不能送到滑轨上。

由于卸载后气缸的复位不影响工作质量，因此不作分析，下面对气缸带载上升过程加以分析。

根据上面分析排除了气缸自身的影响，因此有必要分析一下同步平衡回路失控与哪些因素有关，以便改善回路设计。

图4所示，气缸活塞带载上升过程中，要保持活塞在桥壳重力负载作用下平稳上升，在忽略气缸各种泄露、气体压缩量和管路膨胀量情况下，其流量连续性方程为式（1）：

图4　平衡回路功率损失

在忽略一些微小力因素的情况下，其力平衡方程为：

在式（1）和式（2）中：Q1为无杆腔流量；A1为无杆腔面积；P1为无杆腔压力；Q2为有杆腔流量；A2为有杆腔面积；P2为有杆腔压力；W为桥壳重力；F为工装台面与滑道之间摩擦力。

由于摩擦力相对于负载重力来说很小，因此忽略不计，这样式（2）就变为：

根据（1）式和（2）式得平衡回路功率损失，即额外功率P3为：

由于气缸恒定，A1、A2确定，当活塞平稳上升时Q1恒定，由式（1）可知Q2恒定。桥壳在工装中是对称装夹，因此单个气缸受桥壳负载重力W恒定，因此根据式（4）可知，额外功率P3损失只与P1有关。也就是P1值减小一些P2值就会减小一些，活塞升高速度就会失衡，造成不同步。

因此，结合两个气缸综合考虑，可以将活塞升高快的气缸P2值接入另外气缸P1处补充P1处压力，使两气缸P1处压力相等。但是两气缸活塞杆升高快慢难以判断，因此两气缸应该交叉连接。

3、问题改进及验证结果

通过以上原因分析，更改连接原理如图5所示。原来四个节流阀更换为四个平衡阀，并且采用了交叉互联的方式。

图5　更改后连接原理图

根据连接原理图改造后结果如图6所示。验证可知两个气缸活塞杆升高速度基本一致，点焊好的桥壳能同步平稳运送到预定位置，反复试验发现两气缸杆保证了同步平衡运动。当然，这种效果实现要气路各元器件密封性好，不同缸体额外功率损失相等。

4、结论

本文以一种交叉互联同步平衡回路在桥壳焊接线合焊工装上的应用为例，详细讨论了理论连接和现实调试时产生的问题，通过对产生问题的分析和调试证明，该同步平衡回路的设计是合理正确的。

参考文献

[1]路甬祥.液压气动手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.

[3]SMC产品样本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

中图分类号：U463.31+2

文献标识码：B文章编码：1671-7988 （2016）05-184-03

作者简介：魏志奇，本科，助理工程师，就职于陕西汉德车桥有限公司。主要从事工装夹具，非标设备，新产品过程控制工作。