基于单缸双活塞固定气缸的两点浮动夹紧装置

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Two-·point Floating Clamp Device Based on Two-piston Fixed CylinderXU Yaxin.CHEN Zailiang.YANG Xiaomin(School of Mechanical&Electronic Engineering，Soochow University，Suzhou Jiangsu 215021，China)Abstract：For the past two-point clamping devices，it often happens that one of the workpieces cant be clamped or calt beclamped tightly. A kind of floating clamp device was introduced.Based on the self-compensation characteristic of fluid，a degree ofeedom was added by using a clam ping device with a fixed double-piston cylinder，and then the needed floating clam p was achieved。

Pneumatic clamping was chosen because it needed no tank，SO no additional volume was needed，and at the sanlc time，no pollutionwas brought and energy was saved. With the help of connecting rod and lever，the desired clamping force an d force direction were got-ten。

Keywords：Floating clamp；Connecting rod；Lever；Pneumatic clamping在需要同时夹紧两个工件或-个工件的两个位置时，人们通常采用浮动夹紧机构，其中单点铰接摆动油缸的应用较多。但是在该结构中，整个油缸都在运动，惯量大，而且油缸与活塞之间存在径向压力，增大了摩擦，使得整个结构冲击振动加大。

气动夹具在夹紧时相比油压耗能大大减少 ，节约了能源，同时不会因压力油泄漏而产生污染。由于气动可以提供的压力不是太大，在需较大夹紧力的情况下可以采用串联机械增力装置的方式来获得较大的夹紧力。作者设计了几种气动夹紧机构，使得气缸固定 ，减小了运动惯量，从而减小了振动和噪声，同时获得所需的夹紧力。

1 结构及工作原理1.1 气动单缸双活塞杠杆力放大侧向双工位夹紧通过活塞带动杠杆进行-次力放大，实现侧向双工位夹紧。当两工位距离较远时可以采用这种夹紧装置。

工作过程如图1所示 ，当换向阀处于左边时，气泵输送过来的压缩空气进入气缸的两活塞中间部分，推动左边的活塞向左运动、右边的活塞向右运动，活塞杆带动滚轮通过杠杆、连杆向工件施加夹紧力。活塞与杠杆的连接采用了高副机构，避免了气缸与活塞的摩擦，减少了力损失，同时也减小了振动。

活塞杠杆连杆夹紧元件工件换向阀图 1 气动单缸双活塞侧向双工位夹紧夹紧力的计算：F 孕·吾 ： (1)杠杆部分对力的放大倍数为：k (2)2其中：D为活塞直径，P为提供的气压压力，z 和z：为图中所示杠杆的长度， 和，7：分别为活塞部分效率和杠杆部分效率。

由于结构原因，l/z 不可能无限大，-般杠杆的单级放 大倍 数 不会 超过 10，从 而 限制 了力 的放 大倍数。

收稿日期：2012-o4-11作者简介：徐亚鑫 (1987-)，男 ，硕士，主要研究液压、气压传动，夹具等。E-mail：xuyaxin04###126.tom。

· 98· 机床与液压 第 41卷图2 放大倍数 k与 ll/l：的关系示意图1.2 气动单缸双活塞肘杆力放大双点浮动向下夹紧机构对于图1所示结构，力的放大倍数撒于 z /2 ，由于是气动，提供的夹紧力不是特别大。为了增大力的放大倍数，设计了图3所示肘杆力放大机构。当两工位距离较大且向下夹紧时可以采用该结构。工作时，活塞通过滚轮再经过肘杆将力施加于工件上。

图 3 气动单缸双活塞肘杆力放大向下夹紧其夹紧力的计算式为：F 型 .叼。卵 (3)8 tan。叼l 2 j肘杆部分对力的放大倍数为：1k (4)其中： 为图3中所示连杆与夹紧力方向的夹角，叼：为连杆机构的效率 ，其他与式 (1)中相同。

从图4可知：从理论 ：上讲，只要 足够小，就 12可以将力无限放大。但实 ；际上 较小 时难 以控 制，当 需要小于 5。时-般不 2考虑使用这种结 构，而擦摩擦因数小 ，摩擦角小 ，从而 可以取得很大。

图 1中当机构确定后，要改变夹紧力只能通过改变气压，而图3中机构可以通过控制夹紧时仪的大小来改变夹紧力，可以根据实际需要选用。

1.3 单缸双活塞连杆杠杆二次力放大向中间夹紧机构为了得到更大的夹紧力，可以增加杠杆进行二次力放大，而且可以改变施力的方向。如图5所示结构 ，增加弯杠杆，可以实现向中间夹紧。当改变杠杆形状时还可以改变施力的方向，例如将弯杠杆改成直杠杆就可以实现向上夹紧。

图5 单缸双活塞连杆杠杆二次力放大向中间夹紧其夹紧力计算式为：竹D p Z1 ，8tanct。-12- 。叼1叼2叼3 ( )其中：Ot为图5中所示连杆与夹紧力方向的夹角，为连杆机构的效率， 为杠杆效率，其他与式 (1)中相同。

2 结论在气动或液压两点夹紧装置中经常出现其中-个工件夹不到或夹不紧的现象，对其进行改进，采用浮动夹紧机构。

通常的解决方案是将整个缸体单点铰接 ，但缸体惯量较大，带来较大振动。作者设计了3种气缸固定的单缸双活塞气动夹紧装置，利用流体自动补偿的性质解决自由度不足的问题，实现了两点的浮动夹紧。

(1)文中采用的是气动夹紧，由于气动夹紧力不大，通过机械增力机构实现力放大，经过气缸中气体的自补偿浮动实现可靠夹紧。

图1和图3中所示装置进行了-次力放大，在夹紧力要求不是很高的条件下可以选用。图3中机构还可以通过改变夹紧时Ol的大小来控制夹紧力，在气压不变的前提下仍能改变夹紧力，从而方便了实际应用。图5中的装置通过连杆与杠杆实现了两次力放大，可以得到较大的夹紧力，而且通过改变杠杆的形状可以改变夹紧力的方向，具有较大的应用价值。

(下转第 l15页)第 10期 孙红梅 等：兆瓦级风力发电机组液压系统国产化研制 ·115·100 mm/s，油缸行程为 450 mm。

， 经过20万次动作试验后，测试油缸的滞缓率曲线 (如图2)和内泄漏量与测试前对比，滞缓率曲线没有变化 ，内泄漏量从 0增加到 2滴/min∩以证明两套油缸经过长期工作以后 ，各方面性能指标都没有下降。

图2 控制油缸的滞缓率曲线3.4 实际使 用考核完成各项试验之后，样机安装在内蒙古霍林河风场，进行实际发电考核。经过两年的运行 ，国产化的变桨液压系统各项性能指标完全能满足风机的使用要求，已经超过进口产品的水平。

4 结论结合我国风场主要分布在内蒙、东北 、西北地区的实际情况 ，在消化吸收国外先进技术的基础上 ，研制的低温型风机变桨液压系统能满足风机的使用需要，并通过了实际使用考核。这套液压系统的研制，填补了我国兆瓦级风力发电机组变桨液压系统的空白，打破了国外供应商垄断的局面，大大降低了风力发电机组液压 系统 的采 购价格 ，初步预计 将降低30%，为国内风机设备供应商生产成本的降低起到了积极的作用。