一种双作用多级液压缸的设计与应用_臧克江.

文章编号 :1008-1402(2006 04-0524-05

一种双作用多级液压缸的设计与应用

臧克江 , 蒲红 , 李彩花 , 胡晓平

(佳木斯大学机械工程学院 , 黑龙江佳木斯 154007

摘要 :通过对一种双作用多级液压缸伸缩过程的分析 , 弄清了影响此种双作用多级液压缸动作顺序的几何要素和系统的力学要素 , 确定了此种双作用多级液压缸设计原则及液压缸正常工作的条件 , 为此种双作用多级液压缸的设计及应用提供了理论依据 .

关键词 :液压 ; 双作用 ; 多级缸

中图分类号 : TH137文献标识码 : A 根据工作要求设计了如图 1所示的液压系统 . 系统由变量泵供油 , 三位四通换向阀控制液压缸的伸缩 , 液控单向阀保证液压缸伸缩停在任意位置 , 通过单向节流阀调节液压缸缩回速度 , 电磁溢流阀实现系统的调压和卸荷

.

图 1液压系统原理图

在系统调试过程中发现 , 液压缸活塞外伸时 , 按照先大后小的顺序 , 而在液压缸活塞回缩时本应

该按先小后大的顺序时 , 可是出现按先大后小的顺序 . 如果在回缩过程中三位四通换向阀电磁铁失电 , 使三位四通换向阀处中立位置 , 出现大活塞快速外伸 , 小活塞杆快速回缩 , 负载急剧下落 , 不能保证负载回落时停在任意位置的要求 , 实质上此系统不能正常工作 . 本文对此系统出现的现象进行了研究 , 提出了多级双作用液压缸设计及使用时应注意的事项 .

1液压缸结构设计

由于系统对负载的运动速度没有过多要求 , 只是对推力和行程有要求 , 因此本系统参考文献 [1]对液压缸进行了机构设计 , 其机构简图如图 2(a 所示 . 此液压缸为

两级双作用活塞式液压缸 , 主要由缸筒 1, 第一级活塞 2和第二级活塞 3构成 . 第一级活塞的筒部做成双层结构 , 并在外层的左端开有径向孔 D , 内层的右端开有径向孔 E . 液压缸的进出油口 A , B 设在第二级活塞杆上 . A 口通过油道与液压缸的左腔 (即无杆腔相通 , B 口通过油道、 C 孔、 E 孔、 D 孔与液压缸的右端各腔 (即有杆腔相通 , 此液压缸的职能符号如图 (b 所示

.

1缸筒 2第一级活塞 3第二级活塞

图 2两级双作用活塞式液压缸结构简图及职能符号

①收稿日期 :2006-08-28

- , , , , .

第 24卷第 4期佳木斯大学学报 (自然科学版 Vol . 24No . 4

2006年 10月 Journal of Jiamusi University (Natural Science Edition

Oct . 2006

2液压缸工作过程分析

为了分析方便 , 令 :第一级活塞左端有效面积 (环形面积为 S 1, 右端有效面积为 S 1a ; 第二级活塞左端有效面积为 S 2, 右端有效面积为 S 2a . 2. 1液压缸活塞外伸过程分析

液压缸活塞外伸时分两个阶段 :

(1 第一阶段 :由于第一级活塞和第二级活塞

通过挡环连接在一起 , 液压力通过两个活塞左端的面积同时推动负载 , 第二级活塞相对第一级活塞静止不动 , 即第一级活塞和第二级活塞一起外伸 .

(2 第二阶段 :当第一级活塞外伸到右端点时 , 作用在第一级活塞左端有效面积的液压力与缸筒右端作用在第一级活塞右端的力相平衡 , 此平衡使第一级活塞停止运动 ; 作用在第二级活塞左端面积上的液压力克服负载 , 推动第二级活塞外伸运动 , 直到第一级活塞缸筒的右端点 .

在上述分析活塞外伸过程中 , 考虑到活塞的右端有效面积相对于左端面积比较小 , 而且外伸时有杆腔的压力比较低 , 忽略了作用在活塞右端上的液压力 , 这与实际是符合的

.

图 3第二级活塞回缩阶段活塞受力分析图

2. 2液压缸活塞回缩过程分析

从系统的调试过程发现 , 活塞回缩过程必须按照先小后大的顺序才能保证系统稳定正常工作 , 因此 , 有必要对影响活塞回缩顺序因素进行研究 , 从

而确定此种液压缸设计及应用的原则 . 在这里 , 仍然将活塞回缩过程分成两个阶段 :第二级活塞回缩阶段和第一级活塞回缩阶段 .

(1 第二级活塞回缩阶段 :

在这一阶段里 , 第一级活塞相对于缸筒不动 ,

析分别如图 3所示[2]

.

图 4Χ1和Χ2随 P 2变化曲线

图 5

Χ12≥ Χ2

2

条件下Χ1和Χ2随 P 2

变化曲线第一级活塞受力平衡方程式 :

p 1S 1+p 2S 2a =p 2S 1a +f 1

(1 第二级活塞受力平衡方程式 :

p 1S 2=p 2S 2a +F

(2

式 (1 ,(2 中 :

p 1:无杆腔压力 ; p 2:有杆腔压力 ; F :负载 ; f 1:缸筒 1右端对第一级活塞的作用力 . 要保证第二级活塞先回缩 , 第一级活塞不动 , 则f 1≥ 0, 于是式 (1 可改写为 :

p 1S 1≥ p 2(S 1a -S 2a

(3

由式 (2 可得 :

p 1=

p 2S 2a +F

S 2

(4

令 :

Χ1=p 1S 1=S 2a S 1S 2p 2+S 1S 2F

(5 Χ2=p 2(

S 1a -S 2a (6

将 (4 式代入 (5 式得 :

Χ1=S 2a S 1S 2p 2+S 1

S 2F

(7

, S 和 525

第 4期臧克江 , 等 :一种双作用多级液压缸的设计与应用

需要的推力来决定 , 因此 , 这两个参数在设计过程

中可以是不变的 . S 1a 和 S 2a 在满足液压缸刚度的条件下可以调整 . 图 4为Χ1和Χ2随 p 2变化关系曲线 . 图 4(a 和图 4(b 表示了负载 F 和第二级活塞右端有效面积为 S 2a 变化对Χ1的影响 ; 图 4(c 表示了 (S 1a -S 2a 的变化对Χ2的影响 . 要保证第二级活塞先回缩 , 必须使Χ1≥ Χ2, 从图 4(d 可以看出 , 要扩大液压缸的正常工作区间 , 可以通过采取增大负载 F 和增大第二级活塞右端有效面积 S 2a 的方法 , 也可以通过减小 (S 1a -S 2a 的方法 . 若保证Χ1 p 2≥ Χ2

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