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活塞杆式液压缸及其适用场景

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：活塞杆和工作台连接，这种结构的活塞杆为实心杆，其驱动工作台运动的范围约等于液压缸有效行程的3倍，占地面积较大，一般只适用于小型机床。单活塞杆式液压缸仅在缸的一侧有活塞杆，因此两腔的有效作用面积不相等。因此，单活塞杆式液压缸常用于一个方向有较大负载但运动速度较低，另一个方向为空载快速退回运动的设备上。单活塞杆式液压缸，不论是缸体固定，还是活塞杆固定，其运动范围均为液压缸有效行程的两倍左右。

活塞式液压缸可分为双活塞杆式液压缸和单活塞杆式液压缸。固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。其图形符号如图4-15所示，图4-15a为双活塞杆式液压缸，图4-15b为单活塞杆式液压缸。

图4-15 活塞式液压缸的图形符号

a）双活塞杆式液压缸 b）单活塞杆式液压缸

1.双活塞杆式液压缸

双活塞杆式液压缸的结构如图4-16所示。其活塞的两端都有伸出杆，缸体6通过端盖8固定在床身上，活塞杆7用螺母10与工作台支架9联接。油液经孔a（或孔b）、导向套3的环形槽和端盖上部的小孔进入或流出液压缸。当液压缸的左腔进压力油，右腔回油时，活塞5带动工作台向右运动；反之，活塞带动工作台向左运动。由于活塞杆只受拉力，因此直径可以做得比较细。压盖1压紧V形密封圈2来保证活塞杆处的密封，这种密封接触面较长，密封性能较好，但摩擦力较大，装配时不能将压盖压得过紧。密封纸垫4可防止油液从缸体与端盖的结合面处泄漏。

图4-16 双活塞杆式液压缸的结构

1—压盖 2—密封圈 3—导向套 4—纸垫 5—活塞 6—缸体 7—活塞杆 8—端盖 9—支架 10—螺母

当活塞杆直径相同，缸内两腔的油压力和流量相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等。即

式中 A——液压缸有效工作面积；

F——液压缸的推力；

v——活塞（或缸体）的运动速度；

p——进油压力；

q_V——进入液压缸的流量；

D——液压缸内径；

d——活塞杆直径。

这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合，如各种磨床。

双活塞杆式液压缸有两种安装方式：一种是活塞杆固定，见图4-17a，缸体和工作台连接在一起。这种结构的液压缸其活塞杆通常设计成空心，油液通过活塞杆的轴向孔进入缸体内，其驱动工作台的运动范围约等于液压缸有效行程的两倍，占地面积较小，常用于大、中型机床和其他设备上。

图4-17 液压缸的运动范围

另一种是缸体固定，见图4-17b。活塞杆和工作台连接，这种结构的活塞杆为实心杆，其驱动工作台运动的范围约等于液压缸有效行程的3倍，占地面积较大，一般只适用于小型机床。

2.单活塞杆式液压缸

单活塞杆式液压缸的结构见图4-18所示。单活塞杆式液压缸仅在缸的一侧有活塞杆，因此两腔的有效作用面积不相等。活塞杆的直径越大，两腔有效面积之差也越大，即使左右两腔的供油压力和流量皆相等，活塞往复运动速度和推力也不相等。

图4-18 单活塞杆式液压缸的结构

当无杆腔进压力油，有杆腔回油（图4-19a）时，活塞的运动速度v₁和推力F₁分别为

当有杆腔进压力油，无杆腔回油（图4-19b）时，活塞的运动速度v₂和推力F₂分别为

图4-19 单杆液压缸

式中 A₁——缸无杆腔有效工作面积；

A₂——缸有杆腔有效工作面积。

由上述公式可知，无杆腔进油时，有效工作面积大，推力大，速度小；有杆腔进油时，有效工作面积小，推力小，速度大。因此，单活塞杆式液压缸常用于一个方向有较大负载但运动速度较低，另一个方向为空载快速退回运动的设备上。

单活塞杆式液压缸，不论是缸体固定，还是活塞杆固定，其运动范围均为液压缸有效行程的两倍左右。

当无杆腔和有杆腔同时通压力油（图4-19c）时，这种连接方式称为差动连接。由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大，活塞向右的推力大于向左的推力，故其向右移动。

设活塞的运动速度为v₃，则无杆腔的进油量为v₃A₁，有杆腔的出油量为v₃A₂，因而有下式

v₃A₁=q_V+v₃A₂

故

式中 A₃——差动连接时缸的有效工作面积，即活塞杆的截面差动连接时的推力

由此可知，同一液压缸差动连接时的速度v₃大于非差动连接时的速度v₁；同一液压缸差动连接时的推力F₃小于非差动连接时的推力F₁。

在实际生产中，单活塞杆式液压缸常用在需要实现“快进—工进—快退”工作循环的组合机床液压传动系统中，并且要求“快进”与“快退”的速度相等，即v₃=v₂，则D=2d（或d=0.7D）。