液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)分析

摘 要：液壓缸作為液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)中最為重要的元件，其工作效能對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有著非常重要的影響。文章基于此，首先對液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了分析與研究，重點(diǎn)分析了液壓缸的缸體、活塞桿、端蓋與套筒的設(shè)計(jì)，繼而借助仿真實(shí)驗(yàn)，從多個(gè)角度分析了液壓缸結(jié)構(gòu)的運(yùn)行特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：液壓缸；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)行特點(diǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.042

隨著機(jī)械工藝的不斷發(fā)展與提升，液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種不同類型的機(jī)械中，而液壓缸則是液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)中的核心部件，發(fā)揮著最為重要的作用。液壓缸的主要職責(zé)是借助液壓油完成能量的傳遞，而能量的傳遞則是液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，且借助于液壓缸的運(yùn)動(dòng)，能夠使液壓轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)能，從而使傳動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令。

1 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)中，液壓缸是非常重要的能源執(zhí)行元件，在特定功能的實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，不僅如此，液壓缸對液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的影響是全方位的，任何層面的問題，比如結(jié)構(gòu)尺寸、性能等，都會對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)帶來非常大的影響，甚至使得液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，因此，液壓缸設(shè)計(jì)，特別是液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得尤為必要。在液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重點(diǎn)需要處理好以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一、當(dāng)液壓缸沒有活塞桿，直接連通油箱時(shí)，需要將活塞向右斷開，同樣的情形也表現(xiàn)在當(dāng)有活塞桿但沒有與高壓油側(cè)通時(shí)；第二、當(dāng)活塞的兩側(cè)與高壓油同時(shí)連通，在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)兩側(cè)實(shí)際的承壓面積，將活塞向左關(guān)閉；第三、活塞桿作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)滑動(dòng)的現(xiàn)象，而導(dǎo)致此種現(xiàn)象的主要因素則是活塞桿的直徑存在問題，因此，在活塞桿設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況與需求，合理的設(shè)計(jì)活塞桿的直徑，避免故障的發(fā)生。不僅如此，在液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還要做好直徑計(jì)算與校核、厚度計(jì)算與校核、長度計(jì)算與校核的工作。

2 液壓缸輔件設(shè)計(jì)

除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以外，液壓缸的輔件設(shè)計(jì)同樣非常重要，輔件設(shè)計(jì)主要包括端蓋和套筒兩項(xiàng)內(nèi)容。首先，就端蓋而言，端蓋在液壓缸結(jié)構(gòu)中有著突出的地位與作用，不僅活塞桿、導(dǎo)向套以及防塵圈等都必須安裝于端蓋之中，且端蓋對壓力容腔的完整性以及密閉性同樣有著非常突出的作用。這些都要求液壓缸的端蓋必須具有較強(qiáng)的連接強(qiáng)度，如此才能保證液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在端蓋的設(shè)計(jì)中，通常采用拉桿連接的方式來連接缸體端部，這種操作方式不僅很好地簡化了操作中的具體流程，而且有效地提升了液壓缸的通用性以及操作中的便捷性，具有非常突出的價(jià)值；其次，就套筒而言，套筒在液壓缸中的主要作用是支撐活塞桿，此外，它同樣是保證缸筒等部件發(fā)揮自身作用的重要配件，有著特殊的作用。套筒伸出液壓缸的時(shí)候，會與缸筒的表面發(fā)生接觸作用，因此，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)套筒的時(shí)候，需要盡可能采用O型的密封圈將套筒外圓以及缸體內(nèi)壁有效地的密封起來，確保其性能與作用得到充分的發(fā)揮。

3 液壓缸運(yùn)行特點(diǎn)分析

在液壓缸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度是表示液壓缸運(yùn)行特點(diǎn)最為有效的指標(biāo)。本文主要借助仿真實(shí)驗(yàn)來探討液壓缸的運(yùn)行特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在液壓缸處于開斷狀態(tài)時(shí)，液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)離不開桿側(cè)系統(tǒng)工作的油壓作用，此時(shí)油壓箱提供的無桿側(cè)油壓基本等同于大氣壓，但比系統(tǒng)工作壓力要小。而當(dāng)液壓缸處于閉合狀態(tài)時(shí)，兩側(cè)活塞將同時(shí)與高壓油連通，而活塞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則和承壓面積密切相關(guān)，且根據(jù)活塞極限速度的最高值可以看出，閉合狀態(tài)下的液壓缸速度值明顯低于開斷狀態(tài)，由此我們可以得出液壓缸如下運(yùn)行特點(diǎn)：速度越大、加速越大而動(dòng)作時(shí)間則越短。

借助仿真實(shí)驗(yàn)，我們探討了影響液壓缸活塞速度以及時(shí)間特性的因素，實(shí)驗(yàn)中將變化對象設(shè)定為與活塞聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)歸化質(zhì)量，結(jié)果卻顯示，極限速度的最高值與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)歸化質(zhì)量之間沒有任何關(guān)系，其始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)，沒有發(fā)生波動(dòng)。但加速度卻會隨著歸化質(zhì)量的變化而發(fā)生變動(dòng)，具體來說，便是隨著歸化質(zhì)量的增加，加速度則不斷減小，使得液壓缸的工作時(shí)間變相的增加。

仿真實(shí)驗(yàn)同樣探討了活塞直徑與液壓缸運(yùn)行速度以及時(shí)間的關(guān)系，結(jié)果表明，在閥口同流面積固定的前提條件下，隨著活塞承壓面積的增加，液壓缸的驅(qū)動(dòng)力以及速度也會顯著提升，且液壓缸活塞的背壓阻力會隨著閥口通流量的增加而增加，在此種條件下，極限速度的最高值會被控制在特定的范圍內(nèi)，從中我們可以歸納出液壓缸如下運(yùn)行特點(diǎn)：加速度與液壓缸的直徑成正比，但與極限速度的最小值成反比。

4 結(jié)語

液壓缸主要是由缸體、活塞桿、端蓋以及套筒等組合而成，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，或者質(zhì)量問題，都有可能對液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)帶來負(fù)面影響，因此，完善液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就極為必要。

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作者簡介：李成平（1990-），男，陜西安康人，碩士研究生，助教，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。