雙作用多級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)分析

劉金勝

摘要：雙作用多級(jí)液壓缸的制作難度、維修難度相比于傳統(tǒng)液壓缸來說更高。本文重點(diǎn)分析了一種雙作用多級(jí)液壓缸的結(jié)構(gòu)，說明了其在工作時(shí)的大致過程，并給出了相應(yīng)的工作原理，提出了優(yōu)化改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：雙作用多級(jí)液壓缸；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

雙作用多級(jí)液壓缸是一種區(qū)別于傳統(tǒng)液壓缸的新型液壓機(jī)器，與后者相比，前者的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)非常緊湊，且外形很小，可以滿足空間不大的環(huán)境，還能夠滿足外伸內(nèi)縮時(shí)帶動(dòng)負(fù)載的功能。但相比普通液壓缸，其結(jié)構(gòu)又比較復(fù)雜，成本與加工難度很高，都必須由專業(yè)的工廠設(shè)計(jì)。

1.液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度沒有具體要求，而只是對(duì)其推力和行程有要求的情況下，對(duì)液壓缸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。此液壓缸是雙作用兩級(jí)活塞式的。由第一級(jí)活塞，第二級(jí)活塞還有缸筒構(gòu)成，其中1為缸筒，2為第一級(jí)活塞，3為第二級(jí)活塞。首先將第一級(jí)的活塞筒部做成雙層的結(jié)構(gòu)，并在外層的左端開有一個(gè)小孔（D），內(nèi)層的右側(cè)開有小孔E，液壓缸的油口A在第二級(jí)的活塞桿上面，并在第二級(jí)活塞桿上開一小孔C，且C與B相通，B口通過其通道與液壓缸的右半部分相連[1]。

2.雙作用多級(jí)液壓缸工作過程

我們將第一級(jí)的活塞左半部分的有效面積稱為S1，右半部分面積為S2，第二級(jí)活塞左端部分的面積為S2，有端部分的有效面積為S2a.一般情況下，我們將液壓缸活塞向外伸展時(shí)分為兩種情況，第一種為第二級(jí)活塞不動(dòng)，第一級(jí)活塞運(yùn)動(dòng)，兩級(jí)活塞一起向外翻。第二種是每當(dāng)?shù)谝患?jí)到達(dá)右面的點(diǎn)時(shí)，其所受的壓力等于第二級(jí)活塞左半部分所受的壓力，將第二級(jí)活塞推到第一級(jí)活塞的右半部分。在上述分析活塞外伸過程中，考慮到活塞的右端有效面積相對(duì)于左端面積比較小，而且外伸時(shí)有桿腔的壓力比較低，忽略了作用在活塞右端上的液壓力，這與實(shí)際是符合的[2]。我們從多級(jí)液壓缸的工作過程可以看出這種液壓缸較單級(jí)液壓缸的效率更高，需注意方面更多。

3.二級(jí)雙作用液壓缸的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

在二級(jí)雙作用液壓缸中，其一級(jí)活塞桿制作過程比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)時(shí)要詳細(xì)地考慮合理的設(shè)置。首先應(yīng)注意在焊縫的設(shè)計(jì)時(shí)要留有足夠的空間，其次要注意應(yīng)該在磨平打光之前對(duì)左右油口進(jìn)行加工；第三在設(shè)計(jì)內(nèi)外鋼管間的間隙時(shí)通常有兩種設(shè)計(jì)方法，一種是內(nèi)外管的外表面設(shè)置軸向槽；另一種是在內(nèi)鋼管外表設(shè)置螺旋槽，在螺旋槽和軸向槽的設(shè)置中必須在保證油量的前提下進(jìn)行。第四在選擇密封的材料時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。其一般分為U和Y型（字母型），孔用組合，軸用組合三種情況。最后由于多級(jí)伸縮液壓缸的活塞在整個(gè)系統(tǒng)里起著支撐作用。因此對(duì)于活塞和導(dǎo)向套的選擇則要求其摩擦的阻力小，耐磨性強(qiáng)，承受壓力大。

4.設(shè)計(jì)后的工作原理

當(dāng)雙作用多級(jí)液壓缸活塞加裝復(fù)合閥時(shí)，可以達(dá)到三種狀態(tài)。第一種為在液壓介質(zhì)壓力比較低時(shí)閥片不會(huì)移動(dòng)。固定的閥片是密封的，液壓的很小的流量會(huì)通過節(jié)流孔。這樣可以使該種多級(jí)液壓缸形成一種順序。第二種狀態(tài)就是上一級(jí)的油缸回路動(dòng)作完成以后，液壓的壓力會(huì)變大。介質(zhì)壓力升高后會(huì)使移動(dòng)閥片靠近箭頭的方向。這時(shí)便會(huì)形成一個(gè)空間。隨后液壓介質(zhì)便會(huì)向右靠近，復(fù)合閥轉(zhuǎn)換成大流量供油的狀態(tài)。第三種狀態(tài)就是通過復(fù)合閥來實(shí)現(xiàn)節(jié)流，在油路被阻礙的情況下，通過復(fù)合閥的小孔實(shí)現(xiàn)回油，實(shí)現(xiàn)緩沖。雙作用多級(jí)液壓缸伸出時(shí)的緩沖原理就是在一定限度的固定流量下，因?yàn)榛钊娣e的大小差異，速度會(huì)加快，

為了實(shí)現(xiàn)伸出時(shí)的節(jié)流緩沖效果，將有桿腔的供排油流道設(shè)計(jì)成大小孔前后并行的結(jié)構(gòu)，大孔在靠近前蓋側(cè)，在每級(jí)油缸運(yùn)動(dòng)到接近前時(shí)，大的孔進(jìn)入前蓋導(dǎo)向環(huán)形區(qū)域遮蓋，有桿腔的回油通過靠近活塞的小孔固定節(jié)流排出，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸每一級(jí)活塞的緩沖。我們同過對(duì)于工作原理的分析可以得出經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析，將雙作用多級(jí)液壓缸的優(yōu)點(diǎn)闡明出來，并對(duì)工作原理進(jìn)行延伸，從而找到更有效的手段進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，使其達(dá)到最好的效果。

5.優(yōu)化方案

在進(jìn)行雙作用多級(jí)液壓缸的設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化，當(dāng)每一級(jí)活塞伸縮時(shí)，由于液壓缸本身并不具備緩沖減壓的功能，所以應(yīng)該在做液壓缸的運(yùn)動(dòng)位置檢測時(shí)給予更多的考慮，但這種考慮會(huì)增加費(fèi)用，浪費(fèi)成本，當(dāng)在信號(hào)失去控制時(shí)，會(huì)對(duì)液壓缸造成損害。我們研究了雙作用多級(jí)液壓缸的結(jié)構(gòu)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，研究出一種擁有緩沖系統(tǒng)的方案。就是在每一級(jí)的活塞上安裝復(fù)合閥，并將油管伸長。當(dāng)活塞完成收回時(shí)，要將每一級(jí)的活塞和無桿腔油管通過密封，并設(shè)計(jì)一種大小孔的裝置，大孔要放在比較前面，小孔比較靠近活塞。液壓復(fù)合閥是由孔用彈性擋圈、固定閥片、移動(dòng)閥片彈簧等幾部分構(gòu)成的。我們在對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，一定要考慮到符合標(biāo)準(zhǔn)的因素，暨質(zhì)量要達(dá)到最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，成本達(dá)到最合理標(biāo)準(zhǔn)。并不可一味的為了完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而忽視了其他條件。

6.結(jié)束語

雙作用多級(jí)液壓缸是一種新型高效的液壓缸。具有普通液壓缸所具備的一切優(yōu)勢，還有特殊性。這種新型液壓缸很復(fù)雜，無論從設(shè)計(jì)還是工藝需要的成本更高。我們在日常加工中，需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行靈活的處理。應(yīng)該普及雙作用多級(jí)液壓缸的使用范圍。加強(qiáng)其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的工作效率。注重設(shè)計(jì)工藝，加大投入，從細(xì)節(jié)出發(fā)，深化新技術(shù)革命。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫曉林，王婷.一種新穎實(shí)用的雙作用多級(jí)液壓缸[J].液壓與氣動(dòng)，2007，04：60.

[2]于貴文，臧克江，林晶.雙作用多級(jí)液壓缸的設(shè)計(jì)[J].中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，04：430-433.