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          各種液壓缸工作原理及結構分析
          2020.03.21
          什么是液壓缸

          液壓缸是將液壓能轉變為機械能的、做直線往復運動(或擺動運動)的液壓執行元件。它結構簡單、工作可靠。用它來實現往復運動時,可免去減速裝置,并且沒有傳動間隙,運動平穩,因此在各種機械的液壓系統中得到廣泛應用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比;

          液壓缸的結構

          液壓缸通常由后端蓋、缸筒、活塞桿、活塞組件、前端蓋等主要部分組成;為防止油液向液壓缸外泄漏或由高壓腔向低壓腔泄漏,在缸筒與端蓋、活塞與活塞桿、活塞與缸筒、活塞桿與前端蓋之間均設置有密封裝置,在前端蓋外側,還裝有防塵裝置;為防止活塞快速退回到行程終端時撞擊缸蓋,液壓缸端部還設置緩沖裝置;有時還需設置排氣裝置。


          缸體組件

          缸體組件與活塞組件形成的密封容腔承受油壓作用,因此,缸體組件要有足夠的強度,較高的表面精度可靠的密封性。


          (1)法蘭式連接,結構簡單,加工方便,連接可靠,但是要求缸筒端部有足夠的壁厚,用以安裝螺栓或旋入螺釘,它是常用的一種連接形式。


          (2)半環式連接,分為外半環連接和內半環連接兩種連接形式,半環連接工藝性好,連接可靠,結構緊湊,但削弱了缸筒強度。半環連接應用十分普遍,常用于無縫鋼管缸筒與端蓋的連接中。


          (3)螺紋式連接,有外螺紋連接和內螺紋連接兩種,其特點是體積小,重量輕,結構緊湊,但缸筒端部結構復雜,這種連接形式一般用于要求外形尺寸小、重量輕的場合。


          (4)拉桿式連接,結構簡單,工藝性好,通用性強,但端蓋的體積和重量較大,拉桿受力后會拉伸變長,影響效果。只適用于長度不大的中、低壓液壓缸。


          (5)焊接式連接,強度高,制造簡單,但焊接時易引起缸筒變形。

          液壓缸的基本作用形式:


          標準雙作用:動力行程在兩個方向并且用于大多數應用場合:


          單作用缸:當僅在一個方向需要推力時,可以采用一個單作用缸;


          雙桿缸:當在活塞兩側需要相等的排量時,或者當把一個負載連接于每端在機械有利時采用,附加端可以用來安裝操作行程開關等的凸輪.


          彈簧回程單作用缸:通常限于用來保持和夾緊的很小的短行程缸。容納回程彈簧所需要的長度使得它們在需要長行程時很討厭;


          柱塞式單作用缸:僅有一個流體腔,這種類型的缸通常豎直安裝,負載重置使缸內縮,他們又是被成為“排量缸”,并且對長行程是實用的;


          多級伸縮缸:最多可帶4個套簡,收攏長度比標準缸短.有單作用或雙作用,它們與標準缸相比是比較貴的,通常用于安裝空間較小但需要較大行程的場合,


          串聯缸:一個串聯缸足由兩個同軸安裝的缸組成的,兩個缸的活塞由一個公共活塞桿鏈接,在兩缸之前設置桿密封件以便使每個缸都能雙作用,當安裝寬度或高度受限制時.串聯缸可以增加出力;


          雙聯缸:一個雙聯缸是由兩個同軸安裝的缸組成的.兩個活塞不相連接.在兩缸之間設置桿密封件以便使每個缸都能雙作用,兩個缸可以活塞桿對活塞安裝(如圖)或者背靠背安裝.通常用來提供三位置工作。

          液壓缸工作原理

          液壓傳動原理-以油液作為工作介質,通過密封容積的變化來傳遞運動,通過油液內部的壓力來傳遞動力。


          1、動力部分-將原動機的機械能轉換為油液的壓力能(液壓能)。例如:液壓泵。


          2、執行部分-將液壓泵輸入的油液壓力能轉換為帶動工作機構的機械能。例如:液壓缸、液壓馬達。


          3、控制部分-用來控制和調節油液的壓力、流量和流動方向。例如:壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。


          4、輔助部分-將前面三部分連接在一起,組成一個系統,起貯油、過濾、測量和密封等作用。例如:管路和接頭、油箱、過濾器、蓄能器、密封件和控制儀表等。


          在一定體積的液體上的任意一點施加的壓力,能夠大小相等地向各個方向傳遞.這意味著當使用多個液壓缸時,每個液壓缸將按各自的速度拉或推,而這些速度取決于移動負載所需的壓力.


          在液壓缸承載能力范圍相同的情況下,承載最小載荷的液壓缸會首先移動,承載最大載荷的液壓缸最后移動.


          為使液壓缸同步運動,以達到載荷在任一點以同一速度被頂升,一定要在系統中使用控制閥或同步頂升系統元件.

          液壓缸的分類

          為了滿足各種主機的不同用途,液壓缸有多種類型。


          按供油方向分,可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只是往缸的一側輸入高壓油,靠其它外力使活塞反向回程。雙作用缸則分別向缸的兩側輸入壓力油。活塞的正反向運動均靠液壓力完成。


          按結構形式分,可分為活塞缸、柱塞缸、擺動缸和伸縮套筒缸。按活塞桿的形式分,可分為單活塞桿缸和雙活塞桿缸。


          按缸的特殊用途分,可分為串聯缸、增壓缸、增速缸、步進缸等。此類缸都不是一個單純的缸筒,而是和其它缸筒和構件組合而成,所以從結構的觀點看,這類缸又叫組合缸。


          1、差動液壓缸

          液壓缸的差動原理,就是兩端同時接供油管路,一端由于活塞桿作用面積要小于另一端,利用差動原理實現運動。


          當單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時,由于無桿腔有效作用面積大于有桿腔的有效作用面積,使得活塞向右的作用力大于向左的作用力,因此,活塞向右運動,活塞桿向外伸出;與此同時,又將有桿腔的油液擠出,使其流進無桿腔,從而加快了活塞桿的伸出速度,單活塞桿液壓缸的這種連接方式被稱為差動連接。差動連接時,液壓缸的有效作用面積是活塞桿的橫截面積,工作臺運動速度比無桿腔進油時的速度大,而輸出力則減小。


          差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下,實現快速運動的有效辦法。

          2、單桿液壓缸

          單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。是一種單活塞液壓缸。其兩端進出口油口A和B都可通壓力油或回油,以實現雙向運動,故又稱為雙作用缸。用它來實現往復運動時,可免去減速裝置,并且沒有傳動間隙,運動平穩,因此在各種機械的液壓系統中得到廣泛應用。


          特點:

          (1)無桿腔進油,有桿腔回油。

          (2)有桿腔進油,無桿腔回油。

          (3)差動連接—左右兩腔接通,且都通壓力油。


          單桿缸三種比較,如下圖所示:

          3、單桿式活塞缸

          單桿活塞缸的活塞只有一端帶活塞桿,由于單桿活塞缸左、右兩腔的有效面積不等,因此其特點是:當交替進入缸兩腔的流體壓力戶和流量Q不變時,活塞缸在左、右兩個方向上輸出的推力F不相等,往復運動速度口也不相同,并且活塞桿直徑越大,這種差別也越大。但分別采用缸體固定和采用活塞桿固定時,它們相應的工作臺的運動范圍是相同的。





          4、雙桿式活塞缸

          雙桿活塞缸兩端的桿徑通常是相等的,因此活塞兩端的有效作用面積也相等。當油缸兩腔分別交替輸入相同流量和壓力的流體時,活塞上產生的最大推力和運動速度也分別相等。但分別采用缸體固定和活塞桿固定時,它們相應的工作臺的運動范圍是不同的


          雙桿活塞氣缸的結構與雙活塞桿液壓缸的結構相似,其圖形符號也相同。


          雙桿液壓缸是活塞的兩側都有活塞桿的液壓缸,一般為雙向液壓驅動,可實現等速往復運動。


          特點:


          (1)無桿腔進油,有桿腔回油。


          (2)有桿腔進油,無桿腔回油。


          (3)差動連接—左右兩腔接通,且都通壓力油。

          5、氣液增力缸

          氣液增力缸也稱氣液增壓缸一般簡稱增壓缸。 氣液增壓缸是結合是氣缸和油缸優點而改進設計的,液壓油與壓縮空氣嚴格隔離,缸內的活塞桿接觸工作件后自動啟程,動作速度快,且較氣壓傳動穩定,缸體裝置簡單,出力調整容易,相同條件下可達到油壓機之高出力,能耗低,軟著陸不損模具,安裝容易并且特殊增壓缸可360度任意角度安裝,所占用的空間小,故障少無溫升之困擾,壽命長,噪聲小,等核心特性。 增壓缸使用一般氣壓即能達成油壓缸之高出力,不需要液壓單元。 增壓缸一般可分為:預壓式增壓缸、直壓式增壓缸、行程可調增壓缸、加大回程拉力增壓缸、緊湊并列型增壓缸、迷你型增壓缸、快速型增壓缸、油氣隔離型增壓缸。


          增壓缸的工作頻率,按照不同的行程及缸徑一般在10~70次/分鐘  作動方式:雙動  操作速度:50~1000mm/s  出力范圍:1~100噸  應用范圍:壓印標記、彎折型材、模具沖孔、沖切鋼材、型材碰焊、擠模成型、壓平校直、鉚接鍛壓、整型鈑金、緊密裝配、鉚合連接、金屬沖壓。

          6、伸縮液壓缸

          伸縮式液壓缸是可以得到較長工作行程的具有多級套筒形活塞桿的液壓缸,伸縮式液壓缸又稱多級液壓缸。伸縮式液壓缸是由兩個或多個活塞式液壓缸套裝而成的,前一級活塞缸的活塞桿是后一級活塞缸的缸筒。


          當壓力油從無桿腔進入時,活塞有效面積最大的缸筒開始伸出,當行至終點時,活塞有效面積次之的缸筒開始伸出。伸縮式液壓伸出的順序是由大到小依次伸出,可獲得很長的工作行程,外伸缸筒有效面積越小,伸出速度越快。因此,伸出速度有慢變快,相應的液壓推力由大變小;這種推力、速度的變化規律,正適合各種自動裝卸機械對推力和速度的要求。而縮回的順序一般是由小到大依次縮回,縮回時的軸向長度較短,占用空間較小,結構緊湊。常用于工程機械和其他行走機械,如起重機、翻斗汽車等的液壓系統中。

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