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第四章液压缸液压缸是液压系统的执行元件,它的作用是将液体的压力能转换为直线往复运动的机械能。一、液压缸的分类1.按其结构分有活塞式、柱塞式、伸缩套筒式等。2.按液压缸的运动方式分有3.按液压缸的作用分直线往复式、摆动式。单作用式、双作用式。单作用式液压缸—活塞带动负载作外伸运动时,利用油液压力完成的,返程时依靠的是外力、弹簧力、重力等完成的。双作用式液压缸—活塞带动负载往返运动时,利用油液的液体压力实现的。详见P68表3-2所示。二、典型液压缸的结构分析(工作原理与特性)(一)活塞式液压缸①按活塞杆数量分有:单活塞杆式、双活塞杆式。②按作用分有:单作用式、双作用式。常用的有双作用单活塞杆式的液压缸。1.双作用单活塞杆液压缸1)双作用单活塞杆活塞缸结构结构组成:单活塞杆液压缸的活塞只有一端带活塞杆。双作用单活塞杆活塞缸结构主要由以下几部分组成:*缸筒部分由端盖和缸体组成;*活塞部分由活塞和活塞杆组成;*密封部分等组成。密封部分的作用——是为了防止油液内外泄漏,在缸筒与活塞之间,缸筒和两侧端盖之间,活塞杆与导向套之间、活塞杆与缸盖之间分别装有密封圈。在前端与活塞杆之间装有导向套和防尘圈。由于往复运动需要油液压力来实现,称其为双作用液压缸。双作用单杆活塞缸结构示意图-图2-26活塞式油缸基本结构10111234567891、3、8、9—密封圈2—支撑环4—活塞5—导向套6—防尘圈7—活塞杆10—端盖11—缸筒2)双作用单杆液压缸(动画液压动画汇总\单杆缸.swf)3)结构图(单杆活塞缸)4)双作用单杆液压缸职能符号、工作原理图2-27油缸图形符号5)工作过程和工作特点1221图2-28油缸推力和速度计算从左腔通压力油;从右腔通压力油12工作特点:(1)液压缸两腔的作用力-单活塞杆液压缸左右两腔的有效工作面积不相等,当给两腔通入相等的压力油时,两腔所产生的推力(作用力)是不相等的,上图所示得知,当输入的压力油为p,两腔产生的推力分别为:(当回油压力等于零时)左腔产生的推力(系统右行):右腔产生的推力(系统左行):2114DppAF)(42222dDppAF(2)液压缸往返运动速度当分别给两腔输入相同流量的压力油时,两方向得到的运动速度也是不相等的。当两腔输入的流量为Q时,往返的速度分别为-向右运动的速度-向左运动的速度-2114DQAQv)(42222dDQAQv2.单作用单活塞杆液压缸在液压缸缸体的一端有油口与油路相连接,在压力油的作用下,活塞带动负载外伸,返程时依靠外力、重力、弹簧力等实现。3.差动式液压缸把液压缸两腔油路通过相关元件互相接通,当通入压力油时,这样的连接,称为“差动连接”。(见下图)11图2-29差动连接1差动连接推力和速度计算;返回速度等于差动速度时,活塞杆截面计算'此时两腔的压力是相等的,由于活塞面积A1(左腔的面积)大于A2(右腔的面积),所以作用在A1上的作用力大于作用在A2上的作用力,活塞向右移动,此时液压缸向外输出推力为F3:)AA(pF2113124pd12224p)]dD(D[可知差动连接的推力比非差动连接时要小。差动连接时,有杆腔排出的油全部流入无杆腔,排出的流量Q′为:式中v3——差动连接的速度。流入无杆腔的流量由液压泵供油Q1与有杆腔排出量Q`之和:Q1+Q`=Q1+(π/4)(D²-d²)V33224v)dD('Q从而得到差动连接速度v3为:V3=Q1(πd²/4)可见差动连接的速度比非差动连接时大。总之,差动连接是一种减少推力而获得高速的方法之一。单活塞杆液压缸的安装方式有两种:一种是缸体固定,活塞杆带动负载动作;另一种是活塞杆固定,缸体带动负载动作。4.双活塞杆液压缸双活塞杆缸是活塞两端都有活塞杆的油缸。职能符号示意↓图2-30双杆活塞缸缸图形符号双活塞杆液压缸示意图-缸体固定式活塞杆固定式-其结构特点--双活塞杆液压缸的两个活塞杆通常做成相同的直径,如果两腔分别输入流量和压力相等时,则左右两个方向产生的推力和往运动速度都相等。(二)柱塞式液压缸—1.结构组成(柱塞式液压缸的结构图)2.工作过程12345678图2-31柱塞式液压缸结构1—缸体2—柱塞3—导向套4—密封装置5、6—密封压紧装置7—防尘圈8—泄油口其职能符号如下图所示柱塞式液压缸(动画液压动画汇总\柱塞缸.swf)图2-32柱塞式液压缸图形符号当从进油口向缸筒输入压力油时,柱塞2在油压作用下向外推出,而反方向的回程要靠外力实现,由于是单向液压驱动,又称为单作用缸。柱塞液压缸的特点:因为缸筒内壁与柱塞有间隙不接触,除安装导向套和密封装置的部分内壁外,其余内壁可不加工或粗加工,因此采用柱塞式油缸对大直径或行程较长的缸体,大大减少了加工的困难。(参见课本P69)(三)伸缩套筒液压缸下图为伸缩套筒式液压缸的结构原理图123图2-38伸缩缸结构示意图1、2—活塞3—缸体伸缩套筒式液压缸的结构特点:由两套活塞缸套装而成,件1对缸体3是活塞,对活塞2是缸体依次类推。当压力油从A口通入,活塞1先伸出,然后活塞2伸出。当压力油从B口通入,活塞2先缩入,然后活塞1缩入。按活塞的有效面积大活塞1缩入。按活塞的有效面积大的先动,小的后动。伸出时的推力和速度是分级变化的,活塞1有效面积大,伸出时推力大速度低,第二级活塞2伸出时推力小速度高。伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸,当到达行程终点后,稍小直径的缸筒开始外伸,直径最小的末级最后伸出。随着工作级数变大,外伸缸筒直径越来越小,工作油液压力随之升高,工作速度变快。这种缸的特点是--在各级活塞依次伸出时可以获得很长的行程,而收缩后轴向尺寸很小。双作用式伸缩式液压缸常用于翻斗、汽车起重机和挖掘机等工程机械上。伸缩式液压缸也可是单作用式。(四)增压液压缸增压液压缸是一种活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸,用在局部区域获得高压的液压系统中。结构中活塞缸中活塞的有效工作面积大于柱塞的有效工作面积,所以向活塞缸无杆腔输入低压油时可以在柱塞缸出口得到高压油。其组成由活塞缸和柱塞缸组合而成。工作过程如下图增压液压缸工作原理图2-39增压缸由于所以故起放大压力的作用。AAApSFBBBpSFBAFFBBAApSpSBAABSSpp1BASSABpp(五)齿轮缸它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动,用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。(六)摆动式液压缸摆动式液压缸的工作原理三、液压缸结构特点(一)液压缸端部的联接-缸体与缸盖的连接常用的几种联接方法-1.螺纹联接在缸体的端部加工有螺纹,根据螺纹的加工位置,分内、外螺纹联接。特点:液压缸外径小,重量较轻,但结构复杂,装卸时需要专门工具,缸体端部的内、外螺纹应有一定的同心度要求。螺纹联接-外螺纹联接螺纹联接-内螺纹联接2.卡簧联接特点:结构简单、紧凑,装卸和加工较方便。但是,当工作压力很高时,或受到较大的冲击载荷作用时,导向套上的环槽易被压溃而使卡簧脱出。3.内卡键(半环)联接特点:这种结构避免了卡簧联接方式中环槽易被压溃的缺点,能承受较大的冲击载荷,制造容易,装、卸方便。(如图)内卡键(半环)联接4.拉杆式联接结构通用性好,缸筒加工方便,装拆方便,但端盖的体积较大,重量也较大,拉杆受力后会拉伸变形,影响端部密封效果,只适用于长度不大的中低压缸。5.法兰连接—特点:结构简单、容易加工,装卸方便,连接强度高,安全可靠。但会使液压缸的外径尺寸增大,重量相比其它的要重。最适合工作压力高、经常受冲击载荷作用的液压系统中。6.焊接联接焊接式联接外形尺寸较小,结构简单,但焊接时易引起缸筒变形,主要用于柱塞式液压缸。(二)活塞与活塞杆的联接1.活塞与活塞杆的联接方式(1)卡键(半环)联接特点强度高,安全可靠、不易松动。但结构复杂,装拆不便。(2)整体式、焊接式联接特点-结构简单、轴向尺寸紧凑,但元件损坏后需整体更换。整体式→→↓焊接式→→↓(3)锥销式联接特点:加工容易、装配简单,但承载能力小,易脱落,使用时需要防脱落措施。(4)螺纹联接特点:结构简单、装拆方便。但需有防松措施。2.活塞与活塞杆使用特性(1)活塞受油压的作用在缸筒内作往复运动,因此,活塞必须具有一定的强度和良好的耐磨性。活塞一般用铸铁制造。(2)活塞杆是联接活塞和工作部件的传力零件,它必须有足够的强度和刚度。(3)活塞杆无论是实心的还是空心的,通常都用钢料制造。(4)活塞杆在导向套内往复运动,其外圆表面应当耐磨并有防锈能力,故活塞杆外圆表面有时需镀铬。(三)活塞杆端部的联接—与负载的连接有单耳环型、有单耳球铰型、球头型、螺纹连接。用螺纹连接,装卸方便,承受冲击载荷能力不高。在工作环境比较恶劣的机械上可用整体式、焊接式以提高其连接强度。(四)缸体的安装形式常用的有-单耳环型、单耳球铰型和铰轴型。四、缓冲装置当液压缸所驱动的工作部件质量较大,移动速度较快时,由于具有的动量大,致使在行程终了时,活塞与端盖发生撞击,造成液压冲击和噪声,甚至严重影响工作精度和发生破坏性事故,因此在大型、高速或要求较高的液压中往往须设置有缓冲装置。液压缸中的缓冲装置结构形式很多,但它的工作原理都是相同的。当活塞接近端盖时,增大液压缸回油阻力,使缓冲油腔内产生足够的缓冲压力,使活塞减速,从而防止活塞撞击端盖。缓冲原理:是利用节流原理来现。缓冲作用与径向间隙的大小有关。液压缸上常用的缓冲装置如图下图所示1.间隙缓冲装置(a)121图2-47液压缸的缓冲装置δ间隙缓冲装置—当活塞移近端盖时,活塞上的凸台进入端盖的凹腔,将封闭在回油腔中的油液从凸台和凹腔之间的环状间隙中挤压出去,而使活塞减慢了移动速度。这种缓冲装置结构简单,但缓冲压力不可调节,且实现减速所需行程较长,适用于移动部件惯性不大,移动速度不高的场合。2.可调节流缓冲装置(图b)它不但有凸台和凹腔等结构,而且在端盖中还装有针形节流阀1和单向阀2。在端盖中还装有针形节流阀1和单向阀2。当活塞移近端盖时,凸台进入凹腔。由于凸台和凹腔之间有O形密封圈挡油,所以回油腔中的油液只能经针形节流阀流出。由于回油阻力增大,因而使活塞受到制动作用。这种缓冲装置可以根据负载情况调整节流阀开口的大小,改变吸收能量的大小,因此适用范围较广。3.可变节流缓冲装置图c)可变节流缓冲装置-它在活塞上开有横断面为三角形的轴向斜槽1。当活塞移近液压缸端盖时,活塞与端盖间的油液须经轴向三角槽流出,而使活塞受到制动作用。从图中可看出,它在实现缓冲过程中能自动改变其节流口大小(随着活塞移动速度的降低而相应关小节流口),因而使缓冲作用均匀,冲击压力小,制动位置精度高。五、排气装置当液压系统长时间停止工作,系统中的油液由于本身重量的作用和其它原因而流出时,易使空气吸入系统,如果液压缸中有空气或油中混入空气,都会使液压缸运动不平稳,因此一般在工作前应使系统中的空气排出,为此可在液压缸最高部位(那里往往是空气聚积的地方)设置排气装置。排气装置形式有-通常有两种—一种是在液压缸的最高部位处开排气孔(图a),并用管道连接排气阀进行排气,当系统工作时该阀应关闭。另一种是在液压缸的最高部位处装排气塞。(图b、c)图2-48排气装置六、液压缸的密封(一)密封装置的作用是用来防止液压油的泄漏和灰尘的入侵。(二)液压缸为什么要密封液压缸中的压力油液可能通过固定部件的联接处和相对运动部件的配合处而泄漏。泄漏使液压缸的容积效率降低和油液发热,外泄漏还会污染环境。泄漏严重时会影响到液压缸的工作性能,甚至使液压缸不能正常工作。因此采用适当的密封装置来防止和减少泄漏。(三)密封的类型液压缸是依靠密闭油液容积的变化来传递力和速度的。故密封装置的好坏将直接影响液压缸工作性能。根据需要密封的偶合面间有无相对运动,可把密封分为动密封和静密封两大类。(四)设计或选用密封装置时的基本要求是:(1)具有良好的密封性能;(2)随着压力的增加,能自动提高起密封性能;(3)摩擦阻力要小、耐磨性要好;(4)密封件耐油
本文标题:4、液压缸
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