您现在的位置:首页 > >

第四章液压缸常用类型及工作原理

发布时间:

第四章 液压缸
本章主要内容为: ? ? ? ? ? 液压缸的类型及特点 液压缸的设计计算 液压缸的典型结构 液压缸的结构设计 液压缸常见故障及其排除方法

1

通过本章的学*,要求掌握液压缸设计中
应考虑的主要问题,包括结构类型的选择和参

数计算等,为液压缸设计打下基础。

2

A
V

液压缸(油缸) 主要用于实现机构的 直线往复运动,也可 以实现摆动,其结构 简单,工作可靠,应 用广泛。

F p1 Q d p2

?p ? p1 ? p2
压力p 流量Q 作用力F 速度V

液压缸
液压功率 机械功率

?液压缸的输入量是液体的流量和压力,输出量是速度和
力。 ?液压缸和液压马达都是液压执行元件, 其职能是将液 压能转换为机械能。
3

4.1

液压缸的类型及特点

液压缸的分类
液压缸用途广泛,种类繁多,分类方法也多种多样, 一般可以根据液压缸的结构特点、特殊用途、压力作用 方式来进行分类。 按结构形式的不同,液压缸可以分为柱塞缸、活塞 缸、伸缩式套筒缸和摆动缸。按活塞杆数的不同,活塞

缸可以分为单杆活塞缸和双杆活塞缸。

4

A
F

A

F

v
Q
P

v
Q
?P

单杆液压缸

双杆液压缸

A
F

v
Q
P

柱塞式液压缸
5

按液体压力的作用方式不同,液压缸可分为单作用

液压缸和双作用液压缸。单作用液压缸只有一个方向的
运动是靠液体压力作用来实现的,另一个方向的运动靠 弹簧、重力或其他外力作用来实现。双作用液压缸的两

个方向运动都是需要靠液体压力作用来实现的。
按液压缸的特殊用途可以分为串联缸、增压缸、增 速缸、步进缸等。这些缸的缸筒是几个缸筒的组合,故 又称作组合缸。

6

理想液压缸
A
F
Q
P

理想油缸
1 A
A

v
F

v
Q
P

理想单杆液压缸 PQ=Fv
A
F

数学模型

v
Q
?P

理想双杆液压缸 ΔPQ=Fv

P×Q ? F×v F ? P×A v ?Q/ A A __ 油缸有效工作面积

(单位位移排量)

7

4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式, 其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。

4.1.1.1 双杆活塞液压缸
双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆,分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式,如下图所示。
A
F

q

P1

P2

v

(a)缸筒固定式
8

A

F

v

P2

P1 q

(b)活塞杆固定式

缸筒固定式双活塞杆液压缸,活塞杆带动工作台运动, 工作台移动范围等于活塞有效行程的 3倍,占地面积大; 活塞固定式双杆活塞缸,缸筒带动工作台运动,工作台 移动范围等于活塞有效行程2倍,占地面积小。

9

因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等,所以当 输入流量和油液压力不变时,其往返运动速度和推力相 等。则缸的运动速度V和推力F分别为:

q 4q v ? ?v ? ?v (4.1) 2 2 A ? (D ? d )

F?
式中:
p1、 p 2
v m

?
4

( D 2 ? d 2 )( p1 ? p 2 )? m (4.2)

—分别为缸的进、回油压力; ? 、? —分别为缸的容积效率和机械效率; D 、d —分别为活塞直径和活塞杆直径; q —输入流量; A—活塞有效工作面积。
10

这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。

4.1.1.2单活塞杆液压缸
单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆,活塞双

向运动可以获得不同的速度和输出力,其简图及油路连
接方式如图所示。
A1
A2

d
F1

A1

A2

D

F2

q

P1

P2

v1

P1

P2

q

v2

(a)无杆腔进油

(b)有杆腔进油
11

A1

A2

d
F1

无杆腔进油

D

q

P1

P2

v1

(a)无杆腔进油

活塞的运动速度 v1 和推力 F1 分别为:

q 4q v1 ? ?v ? ?v 2 A1 ?D

(4.3) (4.4)
12

? 2 F1 ? ( p1 A1 ? p 2 A2 )? m ? [ D p1 ? ( D 2 ? d 2 ) p 2 ]? m 4

A1

A2

有杆腔进油
P1

F2

P2

q

v2

(b)有杆腔进油

活塞的运动速度 v2 和推力 F2 分别为:

q 4q v2 ? ?v ? ?v 2 2 A2 ? (D ? d )

(4.5) (4.6)
13

? F2 ? ( p 2 A2 ? p1 A1 )? m ? [( D 2 ? d 2 ) p1 ? D 2 p 2 ]? m 4

v2 > v1 , F1 >F2 ;液压缸 比较上述各式,可以看出:
往复运动时的速度比为:

v2 D2 ?? ? 2 2 v1 D ? d

(4.7)

上式表明:当活塞杆直径愈小时,速度比接*1, 在两个方向上的速度差值就愈小。 A1 A1 A A d
2

D

F1

2

F2

q

P1

P2

v1

P1

P2

q

v2
14

(a)无杆腔进油

(b)有杆腔进油

A1

A2

F3

两腔进油 , 差动联接

P1

v3

q
(c)差动联接

当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时,由于无杆腔
有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积,使得活塞向 右的作用力大于向左的作用力,因此,活塞向右运动, 活塞杆向外伸出;与此同时,又将有杆腔的油液挤出, 使其流进无杆腔,从而加快了活塞杆的伸出速度,单活 塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。
15

两腔进油,差动联接
A1
A2
F3

A1 ? A2
F3

P1

v3
等效

P1

v3

q
(c)差动联接

q

活塞的运动速度为: q 4q v3 ? ?v ? ?v 2 (4.8) A1 ? A2 ?d 在忽略两腔连通油路压力损失的情况下,差动连接液 压缸的推力为:

F3 ? p1 ( A1 ? A2 )?m ?

?

4

d 2 p1?m

(4.9)
16

两腔进油,差动联接
A1
A2
F3

A1 ? A2
F3

P1

v3
等效

P1

v3

q
(c)差动联接

q

差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截 面积,工作台运动速度比无杆腔进油时的大,而输出力则 较小。 差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下,实 现快速运动的有效办法。
17

差动液压缸计算举例
例4.1:已知单活塞杆液压缸的缸筒内径D=100mm,活 塞杆直径 d=70mm ,进入液压缸的流量 q=25L/min ,压力 P1=2Mpa , P2=0 。液压缸的容积效率和机械效率分别为 0.98、0.97,试求在图 4.1.2(a)、 (b)、(c)所示的三种工况下, 液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少?并给出运 动方向。

解:在图 4.1.2 (a )中,液压缸无杆腔进压力油,回 油腔压力为零,因此,可推动的最大负载为: ? 2 ? F1 ? D p1? m ? ? 0.12 ? 2 ? 10 6 ? 0.97 ? 15237 ( N ) 4 4
活塞向右运动,其运动速度为:
4q 4 ? 25 ? 10?3 0.98 v1 ? ?v ? ? 0.052(m / s) 2 2 ?D ? ? 0.1 ? 60
18

在图4.1.2(b)中,液压缸为有杆腔进压力油,无杆腔
回油压力为零,可推动的负载为:
F2 ?

?
4

( D 2 ? d 2 ) p1? m ?

?
4

(0.12 ? 0.07 2 ) ? 2 ? 10 6 ? 0.97 ? 7771( N )

活塞向左运动,其运动速度为:
4q 4 ? 25? 10?3 ? 0.98 v2 ? ?m ? ? 0.102(m / s) 2 2 2 2 ? (D ? d ) ? (0.1 ? 0.07 ) ? 60

在图4.1.2(c)中,液压缸差动连接,可推动的负载力为:
F3 ?

?
4

d p1? m ?
2

?
4

? 0.07 2 ? 2 ? 10 6 ? 0.097 ? 6466 ( N )

活塞向右运动,其运动速度为:
4q 4 ? 25 ? 10?3 ? 0.98 v3 ? ?v ? ? 0.106(m / s) 2 2 ?d ? ? 0.07 ? 60
19

4.1.2 柱塞式液压缸
当活塞式液压缸行程较长时,加工难度大,使得制造成本 增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸 正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。
A

缸 筒
图4.3柱塞式液压缸

柱 塞 p q

( a )
20

如图 4.3 ( a )所示,柱塞缸由缸筒、柱塞、 导套、密封圈和压盖等零件组成,柱塞和缸筒内 壁不接触,因此缸筒内孔不需精加工,工艺性好, 成本低。
A

缸 筒

柱 塞 p q ( a ) 图4.3柱塞式液压缸
21

柱塞式液压缸是 单作用的,它的回程 Q V

需要借助自重或弹簧
等其它外力来完成。 如果要获得双向运动,

4Q V? 2 ?d

p1

d

可将两柱塞液压缸成
对使用为减轻柱塞的 重量,有时制成空心 d p2 Q
d 2? m

柱塞。成对连接推力
为:
F ? ( p1 ? p2 )

?
4

图4.3柱塞式液压缸

式中:d—柱塞直径,p1—进油压力,p2—另一缸的回油压力。
22

4.1.3 摆动式液压缸
摆动液压缸能实现小于360°角度的往复摆动运动,由 于它可直接输出扭矩,故又称为摆动液压马达,主要有单 叶片式和双叶片式两种结构形式。
1 2 3 4 1 D d 1 4 4 2 3

图4.4摆动液压缸
23

单叶片摆动液压缸主要由定子块1、缸体2、摆动轴3、
叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固 定在缸体上,叶片和摆动轴固连在一起,当两油口相继通 以压力油时,叶片即带动摆动轴作往复摆动。
1 2 3 4 1 D d 1 4 4 2 3

图4.4摆动液压缸

24

当考虑到机械效率时,单叶片缸的摆动轴输出转矩为

b 2 T ? ( D ? d 2 )( p1 ? p 2 )? m 8
1 2 3

(4.10)

D — 缸体内孔直径;d — 摆动轴直径;b — 叶片宽度;
2 3 4 1 D d

p2

p1

1 4

4

图4.4摆动液压缸

25

根据能量守恒原理,结合式(4.10)得输出角速度为
8q?v ?? b( D 2 ? d 2 )

(4.11)

D — 缸体内孔直径;d — 摆动轴直径;b — 叶片宽度;
1 2 3 2 3

ω
D d

4 1

q

1 4

4

图4.4摆动液压缸

26

单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过280 ? ,双叶 片摆动液压缸的摆角一般不超过150 ? 。 当输入压力和流量不变时,双叶片摆动液压缸摆动轴 输出转矩是相同参数单叶片摆动缸的两倍,而摆动角速度 则是单叶片的一半。
1 2 3 2 3

ω
D d

4 1

q

1 4

4

27

摆动缸结构紧凑,输出转矩大,但密封困难, 一般只用于中、低压系统中往复摆动,转位或间 歇运动的地方。
1 2 3 2 3

ω
D d

4 1

q

1 4

4

28

4.1.4 伸缩式液压缸
套筒活塞 活塞

缸体

伸出 伸缩式单作用缸 缩回
29

伸缩式液压缸的特点是:活塞杆伸出的行程
长,收缩后的结构尺寸小,适用于翻斗汽车,起 重机的伸缩臂等。

伸出 缩回
30

伸缩式双作用缸
二级活塞

B

A

伸出
缸体两端有进、出油口A和B。当A口进油,B 口回油时,先推动一级活塞向右运动。一级活 塞右行至终点时,二级活塞在压力油的作用下 继续向右运动。
31

B
二级活塞

A

伸出
32

4.1.5 齿条活塞缸
齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构 组成,活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。 ω
10 8 12 11 9 7 6 5 4 3 2

q
1 行程

图4.6齿条活塞液压缸的结构图 1 —紧固螺帽;2 —调节螺钉;3 —端盖;4 —垫圈;5 — O形密封圈; 6 —挡圈;7 —缸套;8 — 齿条活塞;9 —齿轮;l0 —传动轴;11 —缸体; 12 —螺钉
33



友情链接: 团党工作范文 工作范文 表格模版 社科文档网 营销文档资料 工程文档大全