对于液压油缸的基本认识

对于液压油缸的基本认识液压油缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(摆动缸做摆动运动)的液压执行元件。

它结构简单、工作可靠。

用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

1、液压缸的工作原理液压缸一般有两个油腔，每个油腔中都通有液压油，液压缸工作依靠帕斯卡原理（静压传递原理：在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体各点）。

当液压缸两腔通有不同压力的液压油时，其活塞两个受压面承受的液体压力总和（矢量和）输出一个力，这个力克服负载力使液压缸活塞杆伸出或缩回。

图一液压缸工作原理以图一为例，当液压缸左腔通高压油时，活塞左侧受压力，油腔油液通油箱，活塞右侧不受压力，则此时活塞左侧所受压力与负载相等（油压由液体压缩提供，即负载力提供压力）。

用公式表达如下式中p————液压缸左腔油压；1A————液压缸活塞左侧受压面积；1p————液压缸油腔油压；2A————液压缸活塞右侧受压面积；1F————负载力2、液压缸的常见结构液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。

图二液压缸结构图上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。

活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。

3、液压缸的分类液压缸分为单作用液压缸、双作用液压缸、组合液压缸和摆动液压缸。

单作用缸又分为柱塞式液压缸、单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸和伸缩液压缸。

双作用液压缸分为单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、伸缩液压缸。

组合液压缸分为弹簧复位液压缸、串联液压缸、增压缸、齿条传动液压缸。

摆动液压缸：输出轴直接输出扭矩，其往复回转的角度小于360°，也称摆动马达。

表1 液压缸的分类4、液压缸的应用液压传动在各类机械行业中的应用非常广泛，甚至达到“非液压不可实现”的地步，常见的应用范围有：A、工程机械：挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机；B、超重运输机械：汽车吊、港口龙门吊、装载机械、皮带运输机；C、矿山机械：凿石机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架；D、建筑机械：打桩机、液压千斤顶、平地机；E、农业机械：联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统；F、冶金机械：电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机；G、轻工机械：打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机；H、汽车工业：自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减震器；I、智能机械：折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等。

5、液压缸的密封类型及其结构原理A、O型圈O型圈可以说是最原始的密封元件，其余密封元件大多都是基于O型圈的基础上进行一定的改进，从而使其适应不同的场合，及拥有不同的特性。

O型圈是一种截面形状为圆形的橡胶圈。

其具有良好的密封性能，即可用于静密封，也可用于动密封；不仅可以单独使用，而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。

它的使用范围很广泛，如果材料选择得当，可以满足各种介质和各种运动条件的要求。

O型圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。

密封原理图三为O型圈结构和工作原理，很好的表示了O型圈的特性：O型圈截面为O形，安装在活塞上的密封槽内，当液压缸内通入压力油时，O型圈高压侧受挤压，将其向低压侧推动，此时O型圈紧紧的压在低压侧，产生弹性变形，在密封面（活塞密封槽与O型圈接触面及液压缸内壁与O型圈接触面）产生接触压力，此压力大于油压时，不发生泄漏（液压油无法把O型圈挤回原形）。

基于以上原因，O型圈安装时一般会配合O型圈挡圈（起到抗间隙挤出的作用）。

同时O型圈具有以下特点：尺寸小，安装方便；动静密封均可使用；静密封几乎没有泄漏；单件使用双向密封；动摩擦力小；价格低廉。

图三O型圈结构及工作原理B、U型圈当某些工况需要密封件具有单向密封，且成本较低，密封效果良好时，O型圈就无法满足人们的要求（想拥有更良好的密封效果会导致材料及加工成本增加），因此基于O型圈的基础上进行改进，得到了密封元件截面形状为U型的密封圈。

其结构如图四。

密封原理：U型圈密封是一种挤压型密封，当U型圈的开口侧通有高压油时，油压会导致U型开口变大，向密封接触面进行挤压，形成接触压力，当接触压力大于油压时，则不产生泄漏。

同时由于U型圈是开口形式，当产生磨损时，可以自行补偿磨损量。

当U型圈闭口侧通高压油时不产生密封作用（几乎没有密封效果）。

图四U型圈密封结构C、Y型圈当某些工况需要密封件具有单向密封，且成本较低，密封效果良好，同时又具有良好的往复运动性能时，U型圈就无法满足人们的要求（想拥有更良好的往复运动性能会导致材料及加工成本增加），因此基于U型圈的基础上进行改进，得到了密封元件截面形状为Y型的密封圈。

其结构如图五。

密封原理：Y型圈密封是一种挤压型密封，其依靠张开的唇边贴于密封副耦合面，并呈线性接触，在介质压力作用下产生“峰值”接触压力，压力越高，应力越大。

当耦合件以工作速度相对运动时，在密封唇与耦合面之间形成一层密封液膜，从而产生密封作用。

密封唇边磨损后，由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能力。

U型圈与Y型圈有以下不同之处：Y型圈广泛应用于往复动密封装置中，其使用寿命高于O型圈。

Y型圈的适用工作压力不大于40MPa，工作温度为-30℃~+80℃。

特点是：1、密封性能可靠；2、摩擦阻力小，运动平稳；3、耐压性好，适用压力范围广；4、结构简单，价格低廉；5、安装方便。

U型密封圈具有对称配置的密封唇，用于活塞杆或者活塞的单作用或双作用的标准液压缸。

适用温度-30℃~+110℃，适用材料：PU，夹布NBR等。

特点是：1、耐高温；2、耐腐蚀；3、耐磨损。

U型圈与Y型圈的结构区别如图五。

图五U型圈与Y型圈D、防尘圈在液压缸密封系统中，为防止润滑剂外漏和有害杂质（灰尘、水汽、腐蚀性气体等）侵入，或为了保护其他密封件而设立的密封装置，叫做防尘密封。

防尘密封圈一般仅用于常压或压力较低的场合，若压力较高，应采用其他形式的密封件作为主要密封装置，再辅以防尘密封。

防尘圈有很多种形式，但大体上结构为：一个密封刃口和一个防尘刃口，其防尘刃口为耐磨圈。

有些防尘圈还会配备预紧元件使其具有更好的性能。

下面我们以GSZ防尘圈（带预紧元件）和GSDR防尘圈（不带预紧元件）为例分别介绍防尘圈。

a、GSZ防尘圈：GSZ防尘圈结构为一个带密封刃口和防尘刃口的耐磨圈以及一个作为预紧元件的O型圈组成的双唇防尘圈。

其结构形式如图六。

工作原理：由其密封刃口及防尘刃口分别起到密封和防尘的作用，为了使其防尘效果更加优秀，在防尘刃口的外圈配置了一个O型圈作为预紧元件。

性能：1、在工作过程中有极好的调节和定位能力；2、高功能保证，在短期内能适应所有的操作；3、高耐磨；4、低摩擦，无粘滑现象。

b、GSDR防尘圈：GSDR防尘圈结构为带有密封刃口和防尘刃口的耐磨圈。

其结构形式如图七。

工作原理：其密封刃口起主要的密封作用，防尘刃口起防尘作用，刃口紧贴运动副，刮下粘附在活塞杆上的灰尘、水汽等物质。

性能：1、非常好的刮擦除尘作用，同时可防止残留的油膜在活塞杆上延伸；2、外圆定位可靠；3、防尘圈可以在很宽的温度范围内使用。

图六防尘圈GSZ结构形式图七防尘圈GSDR结构形式E、斯特封斯特封结构：斯特封由一个低摩擦的填充聚四氟乙烯环（PTFE）和O形密封圈组合而成，一般情况下作为轴用密封，其结构如图八所示。

工作原理：斯特封属于组合式密封元件，其O型圈负责提供足够的密封力，并对填充聚四氟乙烯环（PTFE）的磨耗起补偿作用（一般情况下安装时O型圈处于受压状态，当耐磨环磨损后O型圈反弹使耐磨环继续紧贴活塞杆），密封形式为单向密封，适用于高压液压系统的油缸活塞的密封。

斯特封耐压性能可达到60MPa。

图八斯特封结构图F、格莱圈格莱圈：格莱圈由一个低摩擦的填充聚四氟乙烯环（PTFE）和O形密封圈组合而成，一般情况下作为孔用密封，其结构如图九所示。

图九格莱圈结构图工作原理：格莱圈工作原理与斯特封基本相同，不过其密封能力为双向密封，耐压性能最高为40MPa。

G、雷姆封雷姆封与斯特封几乎完全一样（结构和工作原理），但是其耐磨环材料与斯特封不同，所以适用场合不同，雷姆封适用于高温环境。

H、洪格尔型组合密封洪格尔型组合密封：其结构为一个作为预紧与密封元件的O型圈，O型圈由耐磨环紧压在密封槽中，并且O型圈两侧配置了挡圈组件。

其具体结构如图十。

图十洪格尔型组合密封工作原理：O型圈作为密封元件，同时为耐磨环提供压紧力，作为密封元件的O型圈与活塞之间无相对运动，故密封性能保持为静密封的优异性能，外侧耐磨环产生磨损后，O型圈向外侧反弹，继续提供足够的压紧力，使密封性能可靠。

挡圈组件则起到抗间隙挤出的作用。

洪格尔型组合密封特点：1、利用PTFE材料特性，耐磨性能好，无爬行，适应于工作压力较高的系统，双向密封；2、摩擦阻力小，适用于动作频率高、运动速度快，定位、行程要求准确，如液压油缸AGC等伺服油缸；3、具有坚实的支承和导向系统，密封效果好，使用寿命长，可靠性十分强；4、油缸加工精度和表面粗糙度及油品清洁度要求较为苛刻，反之影响密封效果；5、密封件占有空间大。

I、V型组合密封结构：V型组合密封由两个弹性密封圈和多个V型圈叠加在一起组合而成，其结构形式如图十一。

图十一V型组合密封圈结构工作原理：弹性密封圈和V型圈与缸体内壁和活塞相接处的工作面有一定的过盈量，同时起密封作用。

弹性密封圈比V型圈的过盈量略大一些，故密封作用要比V型圈的大；在无压或低压时，是靠其过盈量或通过压盖对弹性密封圈和V型圈的预压，实现密封，故内外唇口有自封作用；在高压使用时，弹性密封圈和V型圈是借助于液体工作压力充分作用到受压面上，使工作密封唇口很好的展开，压紧缸筒和活塞的密封表面，达到密封目的。

V型组合密封圈的特点：1、密封效果好，使用寿命长；2、有辅助导向的作用，对振动、偏心负载适应性好；3、能承受高压及变化的压力；4、过盈量可以适当调整，良好的抗挤出性能；5、对不良工作环境，适应能力较强，如油品清洁度差，滑动面表面粗糙度差等；J、其余密封件密封件的种类很多，但大都是基于以上各种密封元件的基础上进行改进或材料的更换。