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液壓缸類型應(yīng)用及組成

1、液壓缸的類型

【答】液壓缸的類型繁多。①按作用方式分,液壓缸分為單作用式和雙作用式兩大類。單作

用式液壓缸,其一個方向的運動靠液壓力來實現(xiàn),而反向運動則依靠重力或彈簧力等實現(xiàn)。雙作用式液壓缸,其正、反兩個方向的運動都依靠液壓力來實現(xiàn)。②按不同的使用壓力,液壓缸又可分為中壓、低壓、中高壓和高壓液壓缸。對于機床類機械,一般采用中低壓液壓缸,其額定壓力為2.5MPa~6.3MPa;對于要求體積小、質(zhì)量輕、出力大的建筑車輛和飛機用液壓缸多采用中高壓液壓缸,其額定壓力為10lMPa~16MPa;對于油壓機響一類機械,大多數(shù)采用高壓液壓缸,其額定壓力為25MPa~315MPa。③按結(jié)構(gòu)型式的不同,液壓缸又有活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等型式。其中以活塞式液莊缸應(yīng)用最多。而活塞式液壓缸又有單活塞桿和雙活塞桿、缸定式和桿定式的不同結(jié)構(gòu)和運動方式。

 

2.液壓缸的差動連接及其特點、應(yīng)用

【答】對單活塞桿液壓缸來說,其左右兩腔相互連通,并同時都和進油管路相通的連接方式叫做液壓缸的差動連接。其特點是推力減小了,速度提高了。當元桿腔的有效工作面積是有桿腔的兩倍時,亦即活塞直徑D= d時(d為活塞桿直徑),差動連接的速度較沒有差動連接的速度提高了一倍,而推力則減小了一半。液壓缸的差動連接主要用于有快速要求的空行程動作循環(huán)中,因其結(jié)構(gòu)簡單,故應(yīng)用較廣。但其速度提高不大(最大提高一倍)。

 

3.液壓缸的五大組成部分,缸筒組件、活塞組件的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)材料

【答】液壓缸的五大組成部分是:缸筒組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝

置。

 

4.液壓缸的泄漏途徑

【答】液壓缸在工作時,腔內(nèi)壓力較腔外壓力(大氣壓)高得多;缸內(nèi)進油腔壓力較回泊腔壓力高得多。這樣,油液就可能通過固定件的聯(lián)接處(途徑之一),如端蓋和缸筒的聯(lián)接處,和有相對運動部件的配合間隙(途徑之二)而泄漏。如圖4·6所示。外泄不但使油液損失影響環(huán)境,而且有失火的危險。內(nèi)泄則將使泊液發(fā)熱、液壓缸容積效率降低,進而使液壓缸工作性能變壞。因此應(yīng)最大限度地減少泄漏。

圖4·6液壓缸的泄漏

 

 

5.橡膠密封圈的類型(0、Y、V)及應(yīng)用場合、特點

【答】橡膠密封圈按其斷面形狀分為0形、Y型和V型三種形式。

①O型密封圈。這種密封圈斷面呈圓形,如圖4·7所示。其材料用耐油橡膠制成,具有較強的抗腐蝕性。它既可以用于活塞、缸筒這樣有相對運動件之間的密封,又可以用于端蓋、缸筒這樣固定件之間的密封;既可用0型圈的內(nèi)徑d或外徑D密封,又可用0型圈的端面密封。

O型密封圈的密封作用是依靠裝配后產(chǎn)生的壓縮變形實現(xiàn)的。當壓力較高時,0型圈可能被壓力油擠進配合間隙,引起密封圈破壞,因此在O型圈的一側(cè)或兩側(cè)(決定于壓力油作用于一側(cè)或兩側(cè))增加一個擋圈:對于固定密封,當壓力大于32MPa時就要用擋圈。這樣,密封壓力最高可達70MPa;對于運動密封,當壓力大于1OMPa時也要用擋圈,此時密封壓力最高可達32MPa。為了保證密封性能,安裝O型圈的溝槽尺寸及表面粗糙度應(yīng)

符合要求(查閱有關(guān)手冊)。

O型密封圈的形狀簡單、安裝尺寸小,摩擦力不大,密封性良好,故應(yīng)用廣泛。但其使用壽命不很長,不宜在速度較高的滑動密封中使用。

②Y型密封圈。這種密封圈斷面呈Y型,如圖4-8所示。一般也用耐油橡膠制成。它依靠略為張開的唇邊貼于密封面而實現(xiàn)密封。油壓增加時,唇邊作用在密封面上的壓力也隨著增加,并在磨損后有一定的自動補償能力。故密封性能較好,且能保持較長的使用壽命。在裝配Y型密封圈時,可將它直接裝入溝槽內(nèi)。但一定要使其唇邊面向高壓區(qū)才能起到密封作用,并且在工作壓力波動大、滑動速度較高的情況下,要采用支承環(huán)來定位。

圖4·7   0型密封圃圖             4.8         Y型密封圈

Y型密封圈密封可靠,壽命較長、摩擦力小,常用于速度較高的液壓缸。適用工作油溫為一40℃~80℃,工作壓力為2OMPa。

③V型密封圈。其斷面呈V型。如圖49所示。該圈用帶夾織物的橡膠制成,由支承環(huán)、密封環(huán)、壓環(huán)三部分疊合組成。當要求密封的壓力小于1OMPa時,使小用由3個圈組成的一套已足夠保證密封性;當壓力大于10IWPa時,可增加中間環(huán)節(jié)的數(shù)量。在安裝V型圈酬時,也應(yīng)注意使密封圈的唇邊面向高壓區(qū)。V型密封圈耐高壓,密封性能可靠,但密封處摩擦較大,在大直徑柱塞或低速運動的活塞桿上采用較多。(a)支承環(huán);(b)密封環(huán)S (c)壓環(huán)。其工作溫度為一40℃~80℃,工作壓力可達到50MPao

 

6.液壓缸的緩沖、排氣

【答】為了避免活塞在行程兩端沖撞缸蓋,產(chǎn)生噪聲,影響工件精度以至損壞機件,常在液壓缸兩端設(shè)置緩沖裝置。其作用是利用油液的節(jié)流原理來實現(xiàn)對運動部件的制動。常用的緩沖裝置、有環(huán)狀間隙式、、節(jié)流口可調(diào)式、節(jié)流口可變式三種形式。

①環(huán)狀間隙式:當緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上

內(nèi)孔時,液壓油(回油)必須通過間隙δ才能排出,使活塞速度降低。由于配合間隙不變,故緩沖作用不可調(diào),且隨活塞速度的降低,其緩沖作用逐漸減弱。

②節(jié)流口可調(diào)式:當緩沖柱塞進入缸蓋上的內(nèi)孔時,液壓油(回油)必須經(jīng)過節(jié)流閥才能

排出。由于節(jié)流閥是可調(diào)的,故緩沖作用也可調(diào),但這種調(diào)節(jié)是緩沖進行前的調(diào)節(jié),在緩沖進行中,緩沖作用仍是固定不變的。

③節(jié)流口可變式:在活塞的軸向上開有三角溝槽,其過流斷面越來越小,緩沖作用隨著速度的降低而增強。緩沖作用均勻,緩沖壓力較低,制動位置精度較高,解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。

 

 

              緩沖裝置:(a)間隙緩沖  (b)節(jié)流緩沖  (c)軸向三角槽緩沖

關(guān)于液壓缸的排氣。對于長期不用的液壓缸或新買進的液壓缸,常在缸內(nèi)最高部位聚積空氣?諝獾拇嬖跁挂簤焊走\動不平穩(wěn),產(chǎn)生振動或爬行。為此,液壓缸上要設(shè)排氣裝置。

排氣裝置

排氣裝置通常有兩種形式:一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔,用長管道通向遠處的排氣閥排氣(機床上多采用這種形式);另一種是在缸蓋的最高部位直接安裝排氣閥,對于雙作用式液壓缸應(yīng)設(shè)置2個排氣閥。

二、重點、難點和解題要領(lǐng)

1.重點

液壓缸的類型很多,但活塞式液壓缸應(yīng)用最多,因此活塞式液壓缸是重點。對液壓缸的基本計算方法,特別是對三種不同聯(lián)接形式的單桿液壓缸的壓力ρ(P1、h)、推力F、速度認流量Q及負載FL等量的計算必須掌握。液壓缸的密封至關(guān)重要,離開密封甚至密封不良都將導致液壓缸法工作。因此,液壓缸密封的部位、特點,橡膠密封圈的種類及應(yīng)用場合也必須掌握。

2.難點

差動液壓缸的計算,回油腔及回油壓力的概念,及液壓缸的緩沖是本章的難點。事實上,若令單桿活塞缸活塞的直徑為D,活塞桿的直徑為d ,則有πD2/4=π(D2+ d2)/4。即液壓缸無桿腔的有效工作面積可以看成由π(D2+ d2)/4和π d2/4兩部分組成。

液壓缸差動聯(lián)接時,從有桿腔反饋到無桿腔的油液占據(jù)了面積為π(D2+ d2)/4的空間(不計泄漏),而進油管路來的油液Q則占據(jù)了面積為πd2/4的空間(不計泄漏)。因此液壓缸的速度(差動聯(lián)接的速度)為U =4Q/πd2,可見速度較沒有差動聯(lián)接時的速度U =4Q/πD2提高了。至于推力F,由于活塞在要動還沒動時,活塞左右兩邊壓力相等,推力產(chǎn)生在活塞兩邊的有效工作面積差d2/4上,故推力為F=P1·πd2/4 (P1為進油壓力)?梢娡屏^沒有差動聯(lián)接時的推力F=P1·πD2/4減小了。對于雙作用式液壓缸,無論是單桿缸還是雙桿缸,只要是油液從其流出的腔便稱為回油腔,亦稱為背壓腔。該腔的壓力稱為回泊壓力或背壓力。在理論計算時因不涉及實際管路,所以只要沒有外界負載液壓缸的回泊(從回油腔流出的油液)壓力便為零。這是從壓力決定于負載這一角度得出的。實際上,此時回油壓力非但不能為零(否則便不能流出回油腔),而且由于管路較長(沿程損失較大)、彎頭較多(局部損失較多),造成壓力損失較大,使回油壓力可高達十幾個大氣壓。因此讀者應(yīng)注意到這點,正確理解理論與實際的這一差別。

關(guān)于液壓缸的緩沖,其作用及具體緩沖裝置的工作原理不難理解。其難點主要是緩沖壓力,特別是最大緩沖壓力的計算。事實上,液壓缸在緩沖時有三種能量在緩沖、制動后被背壓腔(緩沖腔)所吸收:①是液壓能Ep,其值為Ep =p1 A1Lc(式中P1為高壓腔的壓力,A1為高壓腔的有效承壓面積,Lc為背壓腔的緩沖長度)。②是動能Em ,其值為Em =mv2/2(式中m為所有運動部件的質(zhì)量,v為運動部件的速度)。③是反向的摩擦能Ef,其值為Ef=FfLc(式中Ff為反向摩擦力)。此時,三種能量,尤其是動能在極短的時間內(nèi)全部轉(zhuǎn)化成背壓腔液體的壓力能E2,致使背壓腔壓力升高,形成緩沖壓力。若令背壓腔有效承壓面積為人,緩沖壓力為pc,則有E1=Ep+Em-Ef=E2=Pc·Ac·Lc(E1為高壓腔總的機械能、即三種能量之和),所以緩沖壓力為pc=E1/AcLc。在采用節(jié)流口可調(diào)式的緩沖裝置中,緩沖過程中的緩沖阻尼是固定不變的,而在緩沖、制動開始時運動部件的速度是最高的(以后才逐漸降低),所以在制動開始時產(chǎn)生的沖擊力也最大(以后才逐漸減弱)。即在緩沖,制動過程中緩沖壓力是由大到小變化的,非定值。而上述pc值是從能量轉(zhuǎn)換角度換算出的理論值,即平均值,稱為平均緩沖壓力。最大緩沖壓力出現(xiàn)在制動開始時的速度最高時。若近似的認為由運動部件的動能所轉(zhuǎn)化的那部分壓力是呈線性規(guī)律下降的,則最大的沖擊壓力(緩沖壓力)Pcmax。即最大的沖擊壓力可近似地等于平均緩沖壓力與運動部件動能所轉(zhuǎn)化的壓力之和。在液壓缸強度校核時,必須滿足最大沖擊力要小于缸筒材料的試驗壓力這一條件。

上述情況適用于節(jié)流口可調(diào)式(緩沖制動過程中阻尼固定)的緩沖裝置。對于節(jié)流口可變式緩沖裝置,在緩沖制動過程中緩沖壓力的波動是比較均勻的。

2.解題要領(lǐng)

本章所涉及的理論計算主要是液壓缸產(chǎn)生的推力、流量、速度或負載決定壓力、緩沖壓力

等問題的計算。問題的關(guān)鍵要掌握好有效承壓面(即有效工作面)這一概念。

計算推力需要它,計算流量和速度也需要它。所謂有效承壓面(有效工作面)是這樣的一個面:

液壓力在該面上的作用力的方向與負載阻力方向相反。另外,液壓缸的五大組成部分并非都是必須的,對前三部分即缸筒組件,活塞組件,密封裝置是必須的,但對后兩部分即緩沖裝置、排氣裝置并不是所有工況下的液壓缸都需要。這應(yīng)由具體要求而定。



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