第四章液压油缸第一节液压缸的工作原理、液压缸的工作原理、类型和特点液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。液压缸的活塞能完成往复直线运动，输出有限的直线位移。一、液压缸的工作原理液压缸的工作原理见图4-1。图4-1液压缸的工作原理液压缸由缸筒1、活塞2、活塞杆3、端盖4、活塞杆密封件5等主要部件组成。6为进出油口。其它结构的活塞式液压缸的主要零件如图4-1所示结构类似。若缸筒固定，左腔连续地输入压力油，当油的压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速度v1连续向右运动，活塞杆对外界做功。反之，往右腔输入压力油时，活塞以速度v2向左运动，活塞杆也对外界做功。这样，完成了一个往复运动。这种液压缸叫做缸筒固定缸。若活塞杆固定，左腔连续地输入压力油时，则缸筒向左运动。当往右腔连续地通入压力油时，则缸筒右移。这种液压缸叫活塞杆固定缸。本章所论及的液压缸，除特别指明外，均以缸筒固定，活塞杆运动的液压缸为例。由此可知，输入液压缸的油必须具有压力p和流量q。压力用来克服负载，流量用来形成一定的运动速度。输入液压缸的压力和流量就是给缸输入液压能；活塞作用于负载的力和运动速度就是液压缸输出的机械能。因此，缸输入的压力p，流量q，以及输出作用力F和速度v是液压缸的主要性能参数。二、液压缸的分类液压缸的分类为了满足各种主机的不同用途，液压缸有多种类型。按供油方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油。活塞的正反向运动均靠液压力完成。按结构形式分，可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和伸缩套筒缸。按活塞杆的形式分，可分为1单活塞杆缸和双活塞杆缸。按缸的特殊用途分，可分为串联缸、增压缸、增速缸、步进缸等。此类缸都不是一个单纯的缸筒，而是和其它缸筒和构件组合而成，所以从结构的观点看，这类缸又叫组合缸。缸的分类见表4-1。表4-1缸的分类第二节液压缸基本参数的计算一、双活塞杆缸的计算双作用活塞杆缸的计算简单见图4-2。图4-2双活塞杆缸计算简图根据流量连续性定理，进入缸的液体流量等于液流截面和流速的乘积，而缸液流的截面即是活塞的有效面积，液流的平均流速即是活塞的运动速度。因此：v=式中：q4q=Aπ(D2−d2)(4-1)q——进入缸的液体流量；v————活塞的运动速度；A————活塞的有效面积；D————活塞直径，即缸筒内径；，d————活塞杆直径。活塞杆上理论的输出力F等于活塞两侧有效面积和活塞两腔压力差的乘积。F=π4(D2−d2)(p1−p2)2(4-2)式中：p1——进油压力；p2——回油压力，即缸出油口的背压。以上计算未考虑油从活塞的一腔到另一腔的内泄漏和端盖与活塞杆之间的外泄漏以及活塞和缸筒、活塞杆和端盖之间的摩擦力。由以上公式可知，这类缸在两个方向上的运动速度和输出力均相等。二、单活塞杆缸的计算单活塞杆缸，又叫差动液压缸。其计算简图见图4-3。图4-3单活塞杆缸计算简图无杆腔活塞的有效面积为A1：A1=π4D2有杆腔活塞的有效面积为A2：A2=π4(D2−d2)当压力油进入无杆腔的流量为q1时：活塞右移速度为v1、输出力为F1：v1=q14q1=A1πD2(4-3)F1=p1A1−p2A2=(p1−p2)π4D2+p2π4d2(4-4)式中：p1—进油压力；p2—为回油压力。当压力油进入有杆腔的流量为q2时，活塞左移速度为v2，输出力为F2：v2=q24q2=A2π(D2−d2)(4-5)F2=p1A2−p2A1=(p1−p2)若q1=q2=q,p1=p,p2=0,则(4-3)、(4-4)、(4-5)、(4-6)四式将分别为：π4D2−p1π4d2(4-6)3v1=q14q=A1πD2(4-7)F1=pA1=pπ4D2(4-8)v2=qA2=4qπ(D2−d2)(4-9)F2=pA2=p(D2−d2)(4-10)由于A1>A2，所以V1F2。其意为：若分别进入缸两腔的流量均为q，进口压力均为p，则q进入无杆腔时，活塞的运动速度较小，而输出力较大；q进入有杆腔时，活塞的运动速度较大，而输出力较小；故常把压力油进入无杆腔的情况作为工作行程，而把压力油进入有杆腔的情况作为空回行程。活塞两个方向上的速度比叫液压缸的速比，用ϕ表示。ϕ=v2AD2=1=2=v1A2D−d21d1−()2D(4-11)ϕ=v2AF=1=1v1A2F2...
