各种样式液压缸介绍

一、液压缸的类型、特点及应用

    液压缸有多种类型，按其结构形式不同，液压缸可以分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和组合缸四类。活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度，摆动缸则能实现小于360°的往复摆动，输出转矩和角速度；组合缸具有较特殊的结构和功用。

    液压缸按液体压力的作用方式，又可分为单作用液压缸和双作用液压缸。单作用液压缸是利用液体压力产生的推力推动活塞向一个方向运动，反向复位靠外力来实现。双作用液压缸则是利用液体压力产生的推力推动活塞作正反两个方向的运动。

    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。其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。

    (1)双杆活塞式液压缸  图A所示为双杆活塞式液压缸的工作原理。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞杆直径相同（即有效工作面积相等）、供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向的运动速度和推力也都相等，即

                        v=q_v/A=4qv/π(D²-d²)                    (4-9)

                    F=(p₁-p₂)A=π/4(D²-d²)(p₁-p₂)              (4-10)

式中v——活塞（或缸体）的运动速度；

q_v——输入液压缸的流量；威斯特

     F——活塞（或缸体）上的液压推力；

    p_l——液压缸的进油压力；

    p₂——液压缸的回油压力；

     A——活塞的有效作用面积；

     D——活塞直径（即缸体内径）；

     d——活塞杆直径。

这种两个方向等速、等力的特性使双杆液压缸可以用于双向负载基本相等的场合，如磨床液压系统。

    图A(a)所示为缸体固定式结构，缸的左腔进油，推动活塞向右移动，右腔则回油；反之，活塞向左移动。这种液压缸上某一点的运动行程约等于活塞有效行程的三倍，一般用于中小型设备。

    图A(b)所示为活塞杆固定式结构，缸的左腔进油，推动缸体向左移动，右腔回油，反之缸体向右移动。这种液压缸上某一点的运动行程约等于缸体有效行程的两倍，常用于大中型设备。

(2)单杆活塞式液压缸  图B所示为双作用单杆活塞式液压缸。它只在活塞的一侧装有活塞杆，因而两腔有效作用面积不同，当向缸的两腔分别供油，且供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力也不相等。方向的运动速度和输出推力也不相等。

    ①无杆腔进油[图B(a)]活塞的运动速度v₂为

                            v₁=q_v/A₁=4q_v/πD²                  (4-11)

    推力F₁：F₁=p₁A₁-p₂A₂=(π/4)D²p₁-(π/4)(D²-d²)p₂ =(π/4)D² (p_l-p₂)+( π/4)d²p₂(4-12)

    ②有杆腔进油时[图B(b)]。活塞的运动速度v₂为

                           v₂=q_v/A₂=4q_v/π(D²-d²)              (4-13)

    推力F₂

F₂=p₁A₂-p₂A₁=(π/4)(D²-d²)p₁-(π/4)D²p₂=(π/4)D² (p₁-p₂)-(π/4)d²p₁  (4-14)

式中q_v——输入液压缸的流量；

p₁——液压缸的进油压力；

p₂——液压缸的回油压力；

D——活塞直径（即缸体内径）；

d——活塞杆直径；

A₁，A₂——分别为液压缸无杆腔和有杆腔的活塞有效作用面积。

    比较上述各式，由于A₁＞A₂故v₁＜V₂，F₁＞F₂。活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。因而它常用于实现机床的工作进给（用v₁、F₁）和快速退回(v₂、F₂)。

    由式(4-11)和式(4-13)得液压缸往复运动时速比为

                            λ_v=v₂/v₁=D²/(D²-d²)               (4-15)

    式(4-15)表明，当活塞杆直径愈小时，速比愈接近于1，两个方向的速度差值愈小。

③有杆腔和无杆腔同时进油（图C）。在忽略两腔通油路压力损失的情况下，两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔受力面积，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快活塞杆的伸出速度。通常把单杆液压缸有杆腔和无杆腔同时进油的这种油路连接方式称为差动连接。

    差动连接时，有杆腔排出流量g′_v=v₃A₂进入无杆腔，则根据连续性方程有

v₃A₁=q_v+q′_v=q_v+v₃A₂

    则活塞速度v₃        v₃=q_v/(A₁-A₂)=4Q_v/πd²                   (4-16)

    若要使活塞往返速度相等，即v₃=v₂，则D=d。

    差动连接时，p₂≈p₁

活塞推力F₃     F₃=p₁A₁-p₂A₂≈(π/4)D²p₁-(π/4)(D²-d²)p₁

=(π/4)d²p₁                               (4-17)

    由式(4-16)和式(4-17)可知，差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截面积。

    单杆缸往复运动范围约为有效行程的两倍，其结构紧凑，应用广泛。实际生产中，单活塞杆液压缸常用在实现“快速接近(v₃) →慢速进给（v₁）→快速退回（v₂）”工作循环的组合机床液压传动系统中。

柱塞式液压缸是一种单作用液压缸，其工作原理如图D(a)所示，柱塞与工作部件连接，缸筒固定在机体上，当压力油进入缸筒时，推动柱塞带动运动部件向右运动，但反向退回时必须靠其他外力或自重驱动。所以通常成对反向布置使用，如图D(b)所示，当柱塞的直径为d，输入液压油的流量为q_v压力为p时，则

柱塞的速度v                 v=q_v/A=4q_v/πd²               (4-18)

    柱塞的推力F                F=pA=p（π/4）d²               (4-19)

因为柱塞式液压缸的柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不需精加工，甚至可以不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，所以它特别适用在行程较长的场合。

A

    3．摆动式液压缸

    摆动式液压缸是输出转矩并实现往复摆动的一种液压缸。叶片式摆动液压缸如图E所示，按叶片数量可为单叶片、双叶片和多叶片摆动缸。图E(a)为单叶片摆动缸，它的摆动角度较大，可达300°。当摆动缸进出油口压力分别为p_l和p₂，输入流量为q_v时，则

    输出转矩T    T= (4-20)

    角速度ω                   ω=2πn=                 (4-21)

  式中，6为叶片的宽度，R1、R2为叶片底部、顶部的回转半径。

  图E(b)所示为双叶片式摆动缸，它的摆动角度较小，可达150°，它的输出转矩是单叶片式的两倍，而角速度则是单叶片式的一半。

    4．其他液压缸

    (l)增压缸增压缸又称增压器。增压缸将输入的低压油转变为高压油，供液压系统中的高压支路使用。其工作原理如图F所示。它由直径不同（D和d）的两个液压缸串联而成，大缸为原动缸，小缸为输出缸。设输入原动缸的压力为p_l，输出缸的出油压力为p₂，根据力平衡关系，有如下等式

(π/4)d²p₂=(π/4)D²p₁

    整理得

                              p₂=(D²/d²)p₁                     (4-22)

式中，比值D²/d²称为增压比。

    增压比代表其增压能力。显然增压能力是在降低有效流量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。

    单作用增压缸在小活塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才又输出高压液体，即只能在一次行程中输出高压液体。为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，如图F(b)所示，由两个高压端连续向系统供油。

(2)伸缩缸伸缩缸又称多级缸，它由两级或多级活塞缸套装而成，图G所示为其示意图，前一级活塞缸的活塞就是后一级活塞缸的缸筒。伸缩缸逐个伸出时，有效工作面积逐次减小，因此，当输入流量相同肘，外伸速度逐次增大；当负载恒定时，液压缸的工作压力逐次增高。空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总长度较短，结构紧凑，适用于安装空间受限制而行程要求很长的场合。例如，起重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等。

    (3)齿轮缸齿轮式液压缸又称无杆式活塞缸，它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成，如图H所示，当压力油推动活塞左右往复运动，齿条就推动齿轮件往复旋转从而齿轮驱动工作部件（如组合机床中的旋转工作台）作周期性的往复旋转运动。它多用于自动线、组合机床等的转位或分度机构中。