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液压缸类型应用及组成

来源: 时间:2011/5/18 16:45:16

  液压缸

1、液压缸的类型

【答】液压缸的类型繁多。①按作用方式分,液压缸分为单作用式和双作用式两大类。单作

用式液压缸,其一个方向的运动靠液压力来实现,而反向运动则依靠重力或弹簧力等实现。双作用式液压缸,其正、反两个方向的运动都依靠液压力来实现。②按不同的使用压力,液压缸又可分为中压、低压、中高压和高压液压缸。对于机床类机械,一般采用中低压液压缸,其额定压力为2.5MPa~6.3MPa;对于要求体积小、质量轻、出力大的建筑车辆和飞机用液压缸多采用中高压液压缸,其额定压力为10lMPa~16MPa;对于油压机响一类机械,大多数采用高压液压缸,其额定压力为25MPa~315MPa。③按结构型式的不同,液压缸又有活塞式、柱塞式、摆动式、伸缩式等型式。其中以活塞式液庄缸应用最多。而活塞式液压缸又有单活塞杆和双活塞杆、缸定式和杆定式的不同结构和运动方式。

 

2.液压缸的差动连接及其特点、应用

【答】对单活塞杆液压缸来说,其左右两腔相互连通,并同时都和进油管路相通的连接方式叫做液压缸的差动连接。其特点是推力减小了,速度提高了。当元杆腔的有效工作面积是有杆腔的两倍时,亦即活塞直径D= d时(d为活塞杆直径),差动连接的速度较没有差动连接的速度提高了一倍,而推力则减小了一半。液压缸的差动连接主要用于有快速要求的空行程动作循环中,因其结构简单,故应用较广。但其速度提高不大(最大提高一倍)。

 

3.液压缸的五大组成部分,缸筒组件、活塞组件的结构及相应材料

【答】液压缸的五大组成部分是:缸筒组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置、排气装

置。

 

4.液压缸的泄漏途径

【答】液压缸在工作时,腔内压力较腔外压力(大气压)高得多;缸内进油腔压力较回泊腔压力高得多。这样,油液就可能通过固定件的联接处(途径之一),如端盖和缸筒的联接处,和有相对运动部件的配合间隙(途径之二)而泄漏。如图4·6所示。外泄不但使油液损失影响环境,而且有失火的危险。内泄则将使泊液发热、液压缸容积效率降低,进而使液压缸工作性能变坏。因此应最大限度地减少泄漏。

图4·6液压缸的泄漏

 

 

5.橡胶密封圈的类型(0、Y、V)及应用场合、特点

【答】橡胶密封圈按其断面形状分为0形、Y型和V型三种形式。

①O型密封圈。这种密封圈断面呈圆形,如图4·7所示。其材料用耐油橡胶制成,具有较强的抗腐蚀性。它既可以用于活塞、缸筒这样有相对运动件之间的密封,又可以用于端盖、缸筒这样固定件之间的密封;既可用0型圈的内径d或外径D密封,又可用0型圈的端面密封。

O型密封圈的密封作用是依靠装配后产生的压缩变形实现的。当压力较高时,0型圈可能被压力油挤进配合间隙,引起密封圈破坏,因此在O型圈的一侧或两侧(决定于压力油作用于一侧或两侧)增加一个挡圈:对于固定密封,当压力大于32MPa时就要用挡圈。这样,密封压力最高可达70MPa;对于运动密封,当压力大于1OMPa时也要用挡圈,此时密封压力最高可达32MPa。为了保证密封性能,安装O型圈的沟槽尺寸及表面粗糙度应

符合要求(查阅有关手册)。

O型密封圈的形状简单、安装尺寸小,摩擦力不大,密封性良好,故应用广泛。但其使用寿命不很长,不宜在速度较高的滑动密封中使用。

②Y型密封圈。这种密封圈断面呈Y型,如图4-8所示。一般也用耐油橡胶制成。它依靠略为张开的唇边贴于密封面而实现密封。油压增加时,唇边作用在密封面上的压力也随着增加,并在磨损后有一定的自动补偿能力。故密封性能较好,且能保持较长的使用寿命。在装配Y型密封圈时,可将它直接装入沟槽内。但一定要使其唇边面向高压区才能起到密封作用,并且在工作压力波动大、滑动速度较高的情况下,要采用支承环来定位。

图4·7   0型密封圃图             4.8         Y型密封圈

Y型密封圈密封可靠,寿命较长、摩擦力小,常用于速度较高的液压缸。适用工作油温为一40℃~80℃,工作压力为2OMPa。

③V型密封圈。其断面呈V型。如图49所示。该圈用带夹织物的橡胶制成,由支承环、密封环、压环三部分叠合组成。当要求密封的压力小于1OMPa时,使小用由3个圈组成的一套已足够保证密封性;当压力大于10IWPa时,可增加中间环节的数量。在安装V型圈酬时,也应注意使密封圈的唇边面向高压区。V型密封圈耐高压,密封性能可靠,但密封处摩擦较大,在大直径柱塞或低速运动的活塞杆上采用较多。(a)支承环;(b)密封环S (c)压环。其工作温度为一40℃~80℃,工作压力可达到50MPao

 

6.液压缸的缓冲、排气

【答】为了避免活塞在行程两端冲撞缸盖,产生噪声,影响工件精度以至损坏机件,常在液压缸两端设置缓冲装置。其作用是利用油液的节流原理来实现对运动部件的制动。常用的缓冲装置、有环状间隙式、、节流口可调式、节流口可变式三种形式。

①              环状间隙式:当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上

内孔时,液压油(回油)必须通过间隙δ才能排出,使活塞速度降低。由于配合间隙不变,故缓冲作用不可调,且随活塞速度的降低,其缓冲作用逐渐减弱。

②              节流口可调式:当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时,液压油(回油)必须经过节流阀才能

排出。由于节流阀是可调的,故缓冲作用也可调,但这种调节是缓冲进行前的调节,在缓冲进行中,缓冲作用仍是固定不变的。

③节流口可变式:在活塞的轴向上开有三角沟槽,其过流断面越来越小,缓冲作用随着速度的降低而增强。缓冲作用均匀,缓冲压力较低,制动位置精度较高,解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题。

 

 

              缓冲装置:(a)间隙缓冲  (b)节流缓冲  (c)轴向三角槽缓冲

关于液压缸的排气。对于长期不用的液压缸或新买进的液压缸,常在缸内最高部位聚积空气。空气的存在会使液压缸运动不平稳,产生振动或爬行。为此,液压缸上要设排气装置。

排气装置

排气装置通常有两种形式:一种是在液压缸的最高部位处开排气孔,用长管道通向远处的排气阀排气(机床上多采用这种形式);另一种是在缸盖的最高部位直接安装排气阀,对于双作用式液压缸应设置2个排气阀。

二、重点、难点和解题要领

1.      重点

液压缸的类型很多,但活塞式液压缸应用最多,因此活塞式液压缸是重点。对液压缸的基本计算方法,特别是对三种不同联接形式的单杆液压缸的压力ρ(P1、h)、推力F、速度认流量Q及负载FL等量的计算必须掌握。液压缸的密封至关重要,离开密封甚至密封不良都将导致液压缸法工作。因此,液压缸密封的部位、特点,橡胶密封圈的种类及应用场合也必须掌握。

2.难点

差动液压缸的计算,回油腔及回油压力的概念,及液压缸的缓冲是本章的难点。事实上,若令单杆活塞缸活塞的直径为D,活塞杆的直径为d ,则有πD2/4=π(D2+ d2)/4。即液压缸无杆腔的有效工作面积可以看成由π(D2+ d2)/4和π d2/4两部分组成。

液压缸差动联接时,从有杆腔反馈到无杆腔的油液占据了面积为π(D2+ d2)/4的空间(不计泄漏),而进油管路来的油液Q则占据了面积为πd2/4的空间(不计泄漏)。因此液压缸的速度(差动联接的速度)为U =4Q/πd2可见速度较没有差动联接时的速度U =4Q/πD2提高了。至于推力F,由于活塞在要动还没动时,活塞左右两边压力相等,推力产生在活塞两边的有效工作面积差d2/4上,故推力为F=P1·πd2/4 (P1为进油压力)。可见推力较没有差动联接时的推力F=P1·πD2/4减小了。对于双作用式液压缸,无论是单杆缸还是双杆缸,只要是油液从其流出的腔便称为回油腔,亦称为背压腔。该腔的压力称为回泊压力或背压力。在理论计算时因不涉及实际管路,所以只要没有外界负载液压缸的回泊(从回油腔流出的油液)压力便为零。这是从压力决定于负载这一角度得出的。实际上,此时回油压力非但不能为零(否则便不能流出回油腔),而且由于管路较长(沿程损失较大)、弯头较多(局部损失较多),造成压力损失较大,使回油压力可高达十几个大气压。因此读者应注意到这点,正确理解理论与实际的这一差别。

关于液压缸的缓冲,其作用及具体缓冲装置的工作原理不难理解。其难点主要是缓冲压力,特别是最大缓冲压力的计算。事实上,液压缸在缓冲时有三种能量在缓冲、制动后被背压腔(缓冲腔)所吸收:①是液压能Ep,其值为Ep =p1 A1Lc(式中P1为高压腔的压力,A1为高压腔的有效承压面积,Lc为背压腔的缓冲长度)。②是动能Em ,其值为Em =mv2/2(式中m为所有运动部件的质量,v为运动部件的速度)。③是反向的摩擦能Ef,其值为Ef=FfLc(式中Ff为反向摩擦力)。此时,三种能量,尤其是动能在极短的时间内全部转化成背压腔液体的压力能E2,致使背压腔压力升高,形成缓冲压力。若令背压腔有效承压面积为人,缓冲压力为pc,则有E1=Ep+Em-Ef=E2=Pc·Ac·Lc(E1为高压腔总的机械能、即三种能量之和),所以缓冲压力为pc=E1/AcLc。在采用节流口可调式的缓冲装置中,缓冲过程中的缓冲阻尼是固定不变的,而在缓冲、制动开始时运动部件的速度是最高的(以后才逐渐降低),所以在制动开始时产生的冲击力也最大(以后才逐渐减弱)。即在缓冲,制动过程中缓冲压力是由大到小变化的,非定值。而上述pc值是从能量转换角度换算出的理论值,即平均值,称为平均缓冲压力。最大缓冲压力出现在制动开始时的速度最高时。若近似的认为由运动部件的动能所转化的那部分压力是呈线性规律下降的,则最大的冲击压力(缓冲压力)Pcmax。即最大的冲击压力可近似地等于平均缓冲压力与运动部件动能所转化的压力之和。在液压缸强度校核时,必须满足最大冲击力要小于缸筒材料的试验压力这一条件。

上述情况适用于节流口可调式(缓冲制动过程中阻尼固定)的缓冲装置。对于节流口可变式缓冲装置,在缓冲制动过程中缓冲压力的波动是比较均匀的。

2.      解题要领

本章所涉及的理论计算主要是液压缸产生的推力、流量、速度或负载决定压力、缓冲压力

等问题的计算。问题的关键要掌握好有效承压面(即有效工作面)这一概念。

计算推力需要它,计算流量和速度也需要它。所谓有效承压面(有效工作面)是这样的一个面:

液压力在该面上的作用力的方向与负载阻力方向相反。另外,液压缸的五大组成部分并非都是必须的,对前三部分即缸筒组件,活塞组件,密封装置是必须的,但对后两部分即缓冲装置、排气装置并不是所有工况下的液压缸都需要。这应由具体要求而定。

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