一种双作用多级液压缸的设计与应用.docxVIP

文章编号 :1008 - 1402 (2006) 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① 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 . 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 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 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 作者简介 :臧克江 (1965 - ) ,男 ,黑龙江呼兰人 ,佳木斯大学机械工程学院教授 ,硕士研究生导师. 第 4 期臧克江 ,等 :一种双作用多级液压缸的设计与应用525析分别如图 3 所示2 .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) 第 4 期 臧克江 ,等 :一种双作用多级液压缸的设计与应用 525 析分别如图 3 所示2 . 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 S1 ,右端有效面积为 S1a ;第二级活塞 左端有效面积为 S2 ,右端有效面积为 S2a . 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 4 Ψ1 和 Ψ2 随 P2 变化曲线 5Ψ1 5Ψ2 图 5 5 P2 ≥ 5 P2 条件下 Ψ1 和 Ψ2 随 P 变2 第一级活塞受力平衡方程式 : p1 S 1 + p2 S 2 a = p2 S 1 a + f 1 第二级活塞受力平衡方程式 : p1 S 2 = p2 S 2 a + F 式 ( 1) , ( 2) 中 : 化曲线 (1) (2) p1 :无杆腔压力 ; p2 :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 : p1 S 1