液壓執行元件的分析、

選用與故障排除任務一液壓馬達分析任務二液壓缸分析任務三液壓缸的設計任務四液壓缸的安裝、調整及常見故障排除

知識目標:

1.掌握液壓馬達的特點、分類及主要性能參數。

2.掌握液壓馬達與液壓泵的區別。

3.掌握液壓馬達的結構及工作原理。

4.掌握液壓缸的特點、分類及主要性能參數。

5.掌握單桿活塞缸的差動連接。

6.掌握液壓缸的典型結構及組件。

7.掌握液壓缸的設計方法。

8.掌握液壓缸的選用、拆卸、裝配、調整及故障排除。

技能目標:

1.能分析常用液壓馬達和液壓缸。

2.能根據工作條件來設計液壓缸。

3.能進行常用的液壓缸和液壓馬達的選用、拆卸、裝配、調整及故障排除。

3.在完成上述任務的過程中,能夠自覺遵守安全操作規范。

任務一液壓馬達分析

液壓馬達是液壓系統中的執行元件,是將液壓泵提供的液壓能(壓力p和流量q)轉變為機械能(轉矩T、轉速n)的能量轉換裝置。

一、液壓馬達的特點及分類

1.液壓馬達的特點

從能量轉換的觀點來看,液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件,向任何一種液壓泵輸入工作液體,都可使其變成液壓馬達工況;反之,當液壓馬達的主軸由外力矩驅動旋轉時,也可變為液壓泵工況。因為它們具有同樣的基本結構要素——密閉而又可以周期變化的容積和相應的配油機構。但是,由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同,因此對它們的性能要求也不一樣,從而同類型的液壓馬達和液壓泵之間,仍存在許多差別,具體如下。

(1)液壓泵是動力元件,液壓馬達是執行元件,液壓泵將機械能(轉矩T和轉速n)轉換為液壓能(壓力p和流量q);液壓馬達將液壓能(pM、qM)轉換為機械能(TM、n)。

(2)液壓泵的結構需保證自吸能力,而液壓馬達無此要求。液壓泵的吸油腔一般為真空,為改善吸油性和抗氣蝕能力,通常進口尺寸大于出口;液壓馬達排油腔的壓力稍高于大氣壓

力,沒有特殊要求,所以液壓馬達的進出油口尺寸相同。

(3)液壓馬達需要正反轉(內部結構需對稱),液壓泵一般是單向旋轉。

(4)液壓馬達的軸承結構、潤滑形式需保證在很寬的速度范圍內使用,而液壓泵的轉速雖相對比較高,但變化小,故無此苛刻要求。

(5)液壓泵的啟動靠外機械動力;液壓馬達啟動需克服較大的靜摩擦力,因此要求啟動轉矩大,轉矩脈動小,內部摩擦小(如齒輪馬達的齒數比齒輪泵多)。

(6)液壓泵需容積效率高;液壓馬達需機械效率高。一般地,液壓馬達的容積效率比液壓泵低,液壓泵的機械效率比液壓馬達低。

(7)液壓泵與原動機裝在一起,主軸不受額外的徑向負載。而液壓馬達主軸常受徑向負載(輪子或皮帶、鏈輪、齒輪直接裝在液壓馬達上時)。

2.液壓馬達的分類

液壓馬達按其結構類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他形式。也可按照其輸出轉速的不同分為高速液壓馬達和低速液壓馬達,一般來說,額定輸出轉速高于500r/min的液壓馬達屬于高速馬達,額定轉速低于500r/min的液壓馬達屬于低速馬達。

高速液壓馬達的基本形式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等,它們的主要特點是轉速高、轉動慣量小、便于啟動和制動、調速和換向時靈敏度高。通常高速液壓馬達的輸出轉矩不大,所以又稱為高速小轉矩液壓馬達。

低速液壓馬達的輸出轉矩通常都較大(可達數千至數萬牛·米),所以又稱為低速大轉矩液壓馬達。低速大轉矩液壓馬達的主要特點是轉矩大,低速穩定性好(一般可在10r/min以

下平穩運轉,有的可低到0.5r/min以下),因此可以直接與工作機構連接(如直接驅動車輪或絞車軸),不需要減速裝置,使傳動結構大為簡化。低速大轉矩液壓馬達廣泛用于工程、運

輸、建筑和船舶等機械(如行走機械、卷揚機、攪拌機)上,其基本結構為徑向柱塞式,通常分為單作用曲軸型和多作用內曲線型兩種類型。

液壓馬達的圖形符號如圖5－1所示。

圖5－1液壓馬達的圖形符號

二、液壓馬達的主要性能參數

液壓馬達的基本性能參數主要包括液壓泵的壓力、排量、流量、功率、效率、轉矩等。

1.壓力

(1)工作壓力。液壓馬達入口油液的實際壓力稱為液壓馬達的工作壓力。液壓馬達入口壓力與出口壓力的差值稱為液壓馬達的工作壓差,該值是由外負載決定的。在液壓馬達出口直接通油箱的情況下,為便于定性分析問題,通常近似認為液壓馬達的工作壓力就等于工作壓差。

(2)額定壓力。液壓馬達在正常工作條件下,按試驗標準規定連續運轉的最高壓力稱為液壓馬達的額定壓力。與液壓泵相同,液壓馬達的額定壓力也受泄漏和強度的制約,工作壓

力超過額定壓力時就會過載。

2.排量和流量

(1)排量。液壓馬達排量VM是指其轉軸每轉一周,液壓馬達理論上輸入液體的體積,其大小由密封容腔幾何尺寸變化計算而得,故又稱液壓馬達的幾何排量,其單位為m3/

r,工程上常用mL/r。排量可調節的液壓馬達稱為變量馬達,排量不可調節的稱為定量馬達。

(2)流量。液壓馬達的流量是指單位時間輸入馬達的液體體積,其單位為m3/s,工程上常用L/min。流量有理論流量qM0與實際流量qM之分,并且理論流量為

式中,n為馬達軸轉速(r/s)。

3.效率和轉速

(1)容積效率。由于液壓馬達實際存在泄漏,因此輸入液壓馬達的油液有一部分沒有做功,直接從高壓口流向低壓口或泄漏口。由實際流量qM計算轉速n時,應考慮這部分泄漏。當液壓馬達的泄漏流量為ΔqM時,則液壓馬達的實際流量為qM=qM0+ΔqM0。液壓馬達的容積效率ηMV等于理論輸入流量qM0與實際輸入流量qM的比值,即

(2)轉速。轉速n等于理論輸入流量與排量的比值,即

變量馬達的調速范圍用最高使用轉速和最低穩定轉速之比表示。

4.轉矩和機械效率

液壓馬達的理論轉矩與液壓泵的理論轉矩計算公式的形式相同,即

由于液壓馬達實際存在機械損失,故實際轉矩TM等于理論轉矩與機械損失轉矩之差,即

5.功率和總效率

液壓馬達輸入功率為pMqM,輸出功率為2πnTM,液壓馬達的總效率ηM即輸出功率與輸入功率的比值,即

由式(5－7)可見,液壓馬達的總效率等于機械效率與容積效率的乘積。

圖5－2所示為液壓馬達的特性曲線。從式(5－3)和式(5－4)可以看出,對于定量液壓馬達,VM為定值,在qM和pM不變的情況下,輸出轉速n和轉矩TM皆不可變;對于變量液壓馬達,VM的大小可以調節,因而它的輸出轉速n和轉矩TM是可以改變的。在qM和pM不變的情況下,若使VM增大,則n減小,TM增大。圖5－2液壓馬達的特性曲線

三、液壓馬達的典型結構及工作原理

1.齒輪馬達

齒輪馬達結構簡單、尺寸小、重量輕、造價便宜,可以在比較惡劣的條件下工作。但與齒輪泵一樣,齒輪馬達的密封性較差,容積效率低,只適宜于在高速小轉矩工況下使用。

1)工作原理

齒輪馬達的工作原理如圖5－3所示。圖中P為兩齒輪的嚙合點。設輪齒的高度為h,嚙合點到兩齒輪齒根的距離分別為a和b,由于a和b都小于h,所以壓力油作用在齒面上時(如圖中箭頭所示,凡齒面兩邊受壓力平衡的部分都未用箭頭表示),在兩個齒輪上就各有一個使它們產生轉矩的作用力pB(h-a)和pB(h-b),其中p為輸入油液的壓力,B為齒寬。圖5－3齒輪馬達工作原理圖

2)結構特點

齒輪馬達可以分兩種類型,一種是以齒輪泵為基礎的齒輪馬達,另一種是專門設計的齒輪馬達。以泵為基礎的齒輪馬達和齒輪泵差別不大,而專門設計的齒輪馬達由于考慮了馬達的一些特殊要求(如馬達往往需要帶負載啟動,外載荷的沖擊、振動比較嚴重而且還要能夠正反兩個方向旋轉),因此在實際結構方面和齒輪泵相比還有些差別。概括起來,專門設計的齒輪馬達大致具有如下結構特點:

(1)齒輪馬達要求正、反兩個方向回轉,因此齒輪馬達要求有左右對稱的結構。

(2)通常都有外泄油口,因為齒輪馬達的回油腔的油壓往往高于大氣壓力,如果采用內泄油結構可能會把軸端油封沖壞。特別是當齒輪馬達反轉時,原來的回油腔變成了高壓腔,

情況會更為嚴重。

(3)齒輪馬達多數采用滾動軸承,這不僅對減少磨損有利,對于改善啟動性能也有很大的好處。

(4)有的不采用端面補償裝置,以免增大摩擦力矩,使齒輪馬達的機械效率降低、啟動性能變壞;如果仍舊采用端面補償裝置,則還需要設置壓力油道自動轉換機構,以適應正反方向旋轉,始終保證將壓力油引向浮動軸套或撓性側板的背面。

(5)齒輪馬達的低壓腔的油液是通過齒輪帶出的,所以不會像齒輪泵那樣因吸入流速過高產生氣蝕現象,也就是說,齒輪馬達的進、出油口都可以做得較小從而使軸承的徑向負荷減小,提高了軸承壽命。

(6)齒輪馬達要求輸出力矩脈動小,因此齒數z不能太小,一般取z=10~14。

在選用齒輪馬達時,要注意以下兩個問題:

(1)齒輪馬達的啟動性能不好,通常啟動時的機械效率為70%~80%,也就是說啟動轉矩是理論轉矩的70%~80%。

(2)齒輪馬達低速性能差。由于齒輪馬達流量脈動大、密封性差、容積效率低,因此它的低速性能不好,當轉速在50~100r/min以下時就不穩定,因此一般選用轉速不低于150~400r/min的齒輪馬達。

2.葉片馬達

1)工作原理

雙作用葉片馬達的工作原理如圖5－4所示。當壓力為p1的油液從配油窗口進入相鄰兩葉片間的密封工作腔時,位于進油腔的葉片2、6因兩面所受的壓力相同,故不產生轉矩。位于回油腔的葉片8、4也同樣不產生轉矩。而位于封油區的葉片1、5和3、7因一面受壓力油作用,另一面受回油的低壓作用,故可產生轉矩,且葉片1、5的轉矩方向與葉片3、7的相反,但因葉片3、7的承壓面積大、轉矩大,因此轉子沿著葉片3、7的轉矩方向作順時針方向旋轉。圖5－4雙作用葉片馬達的工作原理

2)結構特點

葉片馬達是高速小轉矩馬達,其結構類似于雙作用式葉片泵,屬雙作用定量式。葉片馬達具有結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、運轉平穩、噪聲低、轉矩脈動小、轉子徑向液壓力

平衡、軸承負荷小、可靠性好、壽命長、轉動部分慣性小、回轉跟隨性好、啟動和制動迅速及能承受頻繁的正反轉切換;葉片頂部磨損后能自動伸出補償,保持與定子內表面的接觸,一般不影響正常工作等一系列優點。由于以上特點,葉片馬達在各種工業設備和車輛液壓系統中都獲得了廣泛應用,其輸出轉矩范圍一般在齒輪馬達和柱塞馬達之間,屬中型液壓馬達。

葉片馬達的缺點是:葉片頂端對定子內表面的摩擦磨損大;泄漏量較大,原因是泄漏環節較多,其泄漏量比柱塞馬達大,比葉片泵大;加工精度要求高,對油液清潔度要求較高。

葉片馬達雖然與葉片泵非常相似,但由于所完成的功能不同,仍然存在一些差異,主要區別在于:

(1)葉片馬達必須有葉片壓緊機構,使啟動時葉片能緊貼定子內表面,形成密閉的工作容腔。

(2)葉片泵只需單方向旋轉,葉片馬達常需正、反向旋轉,為此對馬達有以下要求:

①在殼體上設有單獨的泄漏口。由于泵只沿規定方向單向旋轉,吸油口恒為低壓,所以定量泵常將內泄漏油在泵內引回吸油腔。馬達反轉時進、出油口要對換,原來低壓的回油腔將變為高壓的進油腔,故不能將泄漏油引到回油腔,而必須從泄漏口引出,經外部配管流回油箱。

②葉片一律沿轉子半徑方向放置,葉片頂端形狀左右對稱。

③進、出油口大小相同。

3.柱塞馬達

1)軸向柱塞馬達

圖5－5所示為軸向柱塞馬達的工作原理。斜盤1和配油盤4固定不動,柱塞2可在缸體3的孔內移動,斜盤中心線與缸體中心線相交一個傾角β。高壓油經配油盤的窗口進入缸體的柱塞孔時,處在高壓腔中的柱塞被頂出,壓在斜盤上,斜盤對柱塞的反作用力F可分解為兩個分力,軸向分力Fx與作用在柱塞上的液壓力平衡,垂直分力Fy使缸體產生轉矩,帶動馬達軸5轉動。圖5－5軸向柱塞馬達工作原理

2)多作用內曲線液壓馬達

用具有特殊曲線的凸輪環,使每個柱塞在缸體每轉一轉時作多次往復運動的徑向柱塞液壓馬達,稱為多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達(簡稱內曲線液壓馬達)。多作用內曲線液壓馬達的結構形式很多,就使用方式而言,有軸轉、殼轉與直接裝在車輪的輪轂中的車輪式液壓馬達等形式。而從內部的結構來看,根據不同的傳力方式和柱塞部件的結構可有多種形式,但液壓馬達的主要工作過程是相同的。

圖5－6所示為多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達的結構。圖5－6多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達結構圖

任務二液壓缸分析

一、液壓缸的類型和特點1.活塞式液壓缸活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結構,其固定方式有缸體固定和活塞桿固定兩種。

1)雙桿活塞缸

圖5－7所示為雙桿活塞式液壓缸的原理圖。活塞兩側均裝有活塞桿。當兩活塞桿直徑相同,供油壓力和流量不變時,活塞(或缸體)在兩個方向的運動速度和推力也都相等,即

式中:v為活塞(或缸體)的運動速度;q為輸入液壓缸的流量;A為液壓缸的有效工作面積;D為活塞直徑;d為活塞桿直徑;F為活塞(或缸體)上的液壓推力;p1為液壓缸的進油壓力;

p2為液壓缸的回油壓力。

這種兩個方向等速、等力的特性使雙桿活塞式液壓缸特別適合應用于雙向負載基本相等而又要求往復運動速度相同的場合,如平面磨床液壓系統。

圖5－7(a)所示為缸體固定方式。缸體固定時,液壓缸上某一點的運動行程約等于活塞有效行程的三倍,一般用于中、小型設備。圖5－7(b)所示為活塞桿固定方式。活塞桿固定時,液壓缸上某一點的運動行程約等于缸體有效行程的兩倍,常用于大、中型設備。圖5－7雙桿活塞式液壓缸

2)單桿活塞缸

圖5－8所示為雙作用單桿活塞式液壓缸,缸體固定。它只在活塞的一側裝有活塞桿,因而兩腔有效作用面積不同,當向缸的兩腔分別供油,供油壓力和流量不變時,活塞在兩個方

向的運動速度和輸出推力皆不相等。圖5－8單桿活塞式液壓缸

無桿腔進油時(見圖5－8(a)),有桿腔回油。設活塞的運動速度為v1,推力為F1,則有

有桿腔進油時(見圖5－8(b)),無桿腔回油。設活塞的運動速度為v2,推力為F2,則有

式中:q為輸入液壓缸的流量;D為活塞直徑(即缸體內徑);d為活塞桿直徑;A1、A2分別為液壓缸無桿腔和有桿腔的活塞有效作用面積;F1、F2為活塞(或缸體)上的液壓推力;p1為液壓缸的進油壓力;p2為液壓缸的回油壓力。

液壓缸往復運動時的速度比為

3)單桿活塞缸差動連接

單桿活塞缸還有另外一種非常重要的工作方式,即兩腔同時通入壓力油,如圖5－9所示,這種油路連接方式稱為差動連接。在忽略兩腔連通油路壓力損失的情況下,差動連接時

液壓缸兩腔的油液壓力相等。但由于無桿腔受力面積大于有桿腔,活塞向右的作用力大于向左的作用力,活塞桿作伸出運動,并將有桿腔的油液擠出,流進無桿腔,加快了活塞桿的伸出速度。圖5－9單桿活塞缸差動連接

由式(5－15)和式(5－16)可知,差動連接時實際起作用的有效面積是活塞桿的橫截面積。若要使活塞往、返速度相等,即v3=v2,則D=2d2。

與非差動連接無桿腔進油工況相比,在輸入油液壓力和流量相同的條件下,活塞桿伸出速度較大而推力較小。利用差動連接,可以在不加大油源流量的情況下得到較快的運動速度。這種連接方式被廣泛應用于組合機床的液壓動力滑臺和其他機械設備的快速運動中。

單桿缸與雙桿活塞缸一樣,也有兩種固定方式。兩種固定方式下,往復運動范圍均約為有效行程的兩倍,其結構緊湊,應用廣泛。

2.柱塞式液壓缸

柱塞缸是單作用液壓缸,其工作原理如圖5－10(a)所示。柱塞與工作部件連接,缸筒固定在機體上(也可以改變固定方式,使柱塞固定,缸筒帶動工作部件運動)。油液進入缸筒,推動柱塞向右運動,但反方向時必須依靠其他外力或自重驅動。為了得到雙向運動,柱塞缸常成對、反向地布置使用,如圖5－10(b)所示。當柱塞直徑為d,輸入液壓油的流量為q,壓

力為p時,其產生的速度v和推力F為圖5－10柱塞式液壓缸

3.擺動缸

擺動缸也稱擺動液壓馬達,它有單葉片和雙葉片兩種結構形式,如圖5－11所示。結構中定子塊1固定在缸體4上,葉片2與擺動軸3連為一體。當兩油口交替通入壓力油時,在葉片的帶動下,它的主軸能輸出小于360°的擺動運動。

圖5－11(a)所示為單葉片式擺動缸,它的擺動角度較大,可達300°。當擺動缸進、出油口油液壓力為p1和p2,輸入流量為q時,它的輸出轉矩T和角速度ω各為

式中:b為葉片的寬度,R1、R2分別為葉片底部、頂部的回轉半徑。

圖5－11(b)所示為雙葉片式擺動缸,它的擺動角度較小,可達150°,它的輸出轉矩是單葉片式的兩倍,而角速度則是單葉片式的一半。

擺動缸常用于工夾具的夾緊裝置、送料裝置、轉位裝置及需要周期性進給的系統。圖5－11擺動缸

4.組合式液壓缸

1)伸縮缸

伸縮缸又稱多級缸,它由兩級或多級活塞缸套裝而成,前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒。圖5－12所示為其結構示意圖。工作時外伸動作逐級進行,首先是最大直徑的缸筒外伸,當其達到行程終點的時候,稍小直徑的缸筒開始外伸,這樣各級缸筒依次外伸。由于有效工作面積逐次減小,因此,當輸入流量相同時,外伸速度逐次增大;當負載恒定時,

液壓缸的工作壓力逐次增高。圖5－12伸縮缸

2)齒條活塞缸

齒條活塞缸又稱無桿式液壓缸,它由帶有齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機構所組成,如圖5－13所示。活塞的往復移動經齒輪齒條機構轉換成齒輪軸的周期性往復轉動。它多用于自動生產線、組合機床等的轉位或分度機構中。圖5－13齒條活塞缸

二、液壓缸的典型結構和組件

1.液壓缸的典型結構

圖5－14所示為雙桿活塞缸的典型結構。它由缸筒7,前、后缸蓋3,前、后壓蓋11,前、后導向套4,活塞5,活塞桿1、10,兩套V形密封圈9及O形密封圈8等主要部分組成。圖5－14雙桿活塞缸的典型結構

圖5－15所示為單桿活塞缸的典型結構。它主要由缸筒3,活塞2,活塞桿8,前、后缸蓋1、4,導向套6,拉桿7等組成。當壓力油從a孔或b孔進入缸筒3時,可使活塞實現往復運動,并利用設在缸兩端的緩沖及排氣裝置,減少沖擊和振動。為了防止泄漏,在缸筒與活塞、活塞桿與導向套以及缸筒與缸蓋等處均安裝了密封圈,并利用拉桿將缸筒、缸蓋等連接在一起。圖5－15單桿活塞缸的典型結構

2.缸體組件

缸體組件包括缸筒、端蓋及其連接件。

1)缸體組件的連接形式

常見的缸體組件的連接形式如圖5－16所示。圖5－16缸體組件的連接形式

2)缸筒、端蓋和導向套

缸筒是液壓缸的主體,它與端蓋、活塞等零件構成密閉的容腔,承受油壓,因此要有足夠的強度和剛度,以便抵抗油液壓力和其他外力的作用。缸筒內孔一般采用膛削、鉸孔、滾

壓或珩磨等精密加工工藝制造,要求表面粗糙度Ra值為0.

1~0.4μm,以使活塞及其密封件、支承件能順利滑動和保證密封效果,減少磨損。為了防止腐蝕,缸筒內表面有時需鍍鉻。

端蓋裝在缸筒兩端,與缸筒形成密閉容腔,同樣承受很大的液壓力,因此它們及其連接部件都應有足夠的強度。設計時既要考慮強度,又要選擇工藝性較好的結構形式。

3.活塞組件

活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成。隨工作壓力、安裝方式和工作條件的不同活塞組件有多種連接形式。

1)活塞組件的連接形式

活塞與活塞桿的連接形式如圖5－17所示。

整體式連接(圖5－17(a))和焊接式連接(圖5－17(b))結構簡單,軸向尺寸緊湊,但損壞后需整體更換。錐銷式連接(圖5－17(c))加工容易,裝配簡單,但承載能力小,且需要必

要的防止脫落措施。螺紋式連接(圖5－17(d))結構簡單,裝拆方便,但一般需備有螺母防松裝置。半環式連接(圖5－17(e))強度高,但結構復雜。

2)活塞和活塞桿

活塞受油壓的作用在缸筒內作往復運動,因此,活塞必須具備一定的強度和良好的耐磨性。活塞一般用鑄鐵制造。活塞的結構通常分為整體式和組合式兩類。

活塞桿是連接活塞和工作部件的傳力零件,它必須具有足夠的強度和剛度。活塞桿無論是實心的還是空心的,通常都用鋼料制造。活塞桿在導向套內往復運動,其外圓表面應當耐磨并有防銹能力,故活塞桿外圓表面有時需鍍鉻。活塞和活塞桿的技術要求可參考有關手冊。圖5－17活塞與活塞桿的連接形式

4.密封裝置

液壓缸的密封裝置用以防止油液的泄漏(液壓缸一般不允許外泄,并要求內泄漏盡可能小)。密封裝置設計的好壞對于液壓缸的靜、動態性能有著重要的影響。一般要求密封裝置應具有良好的密封性、盡可能長的壽命,要制造簡單,拆裝方便,成本低。液壓缸的密封主要指活塞、活塞桿處的動密封和缸蓋等處的靜密封,如圖5－14中的O形密封圈和V形密封圈,以及組合式密封裝置。有關密封裝置的內容詳見項目七的任務五。

5.緩沖裝置

當液壓缸拖動質量較大的部件作快速往復運動時,運動部件具有很大的動能,這樣,當活塞運動到液壓缸的終端時,會與端蓋發生機械碰撞,產生很大的沖擊和噪聲,引起液壓缸

的損壞。故一般應在液壓缸內設置緩沖裝置,或在液壓系統中設置緩沖回路。

緩沖的一般原理是:當活塞快速運動到接近缸蓋時,通過節流的方法增大回油阻力,使液壓缸的排油腔產生足夠的緩沖壓力,活塞因運動受阻而減速,從而避免與缸蓋快速相撞。

常見的緩沖裝置如圖5－18所示。

1)圓柱形環隙式緩沖裝置

圓柱形環隙式緩沖裝置如圖5－18(a)所示。當緩沖柱塞A進入缸蓋上的內孔時,缸蓋和活塞間形成環形緩沖油腔B,被封閉的油液只能經環形間隙δ排出,產生緩沖壓力,從而

實現減速緩沖。這種裝置在緩沖過程中,由于回油通道的節流面積不變,因而緩沖開始時產生的緩沖制動力很大,其緩沖效果較差,液壓沖擊較大,且實現減速需較長行程。但這種裝

置結構簡單,便于設計和降低成本,所以在一般系列化的成品液壓缸中常采用這種緩沖裝置。圖5－18液壓缸的緩沖裝置

2)圓錐形環隙式緩沖裝置

圓錐形環隙式緩沖裝置如圖5－18(b)所示。由于緩沖柱塞A為圓錐形,因此緩沖環形間隙δ隨位移量不同而改變,即節流面積隨緩沖行程的增大而縮小,使機械能的吸收較均勻,其緩沖效果較好,但仍有液壓沖擊。

3)可變節流槽式緩沖裝置可變節流槽式緩沖裝置如圖5－18(c)所示。在緩沖柱塞A上開有三角節流溝槽,節流面

積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小,其緩沖壓力變化較平緩。

4)可調節流孔式緩沖裝置

可調節流孔式緩沖裝置如圖5－18(d)所示。當緩沖柱塞A進入到缸蓋內孔時,回油口被柱塞堵住,只能通過節流閥C回油,調節節流閥的開度可以控制回油量,從而控制活塞的緩沖速度。當活塞反向運動時,壓力油通過單向閥D很快進入液壓缸內,并作用在活塞的整個有效面積上,故活塞不會因推力不足而產生啟動緩慢現象。這種緩沖裝置可以根據負載情況調整節流閥開度的大小,改變緩沖壓力的大小,因此適用范圍較廣。

6.排氣裝置

在液壓系統安裝時或停止工作后又重新啟動時,必須把液壓系統中的空氣排出去。對于要求不高的液壓缸往往不設專門的排氣裝置,而是將油口布置在缸筒兩端的最高處,通過回油使缸內的空氣排往油箱,再從油面逸出。對于速度穩定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸,常在液壓缸兩側的最高位置處(該處往往是空氣聚積的地方)設置專門的排氣裝置。常用的排氣裝置有兩種形式,如圖519所示。

一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔2(見圖5－19(a)),用長管道通向遠處的排氣閥排氣,機床上大多采用這種形式。另一種是在液壓缸的最高部位直接安裝排氣閥(見圖5－19(b)、(c))。在液壓系統正式工作前,松開排氣閥螺釘

后,讓液壓缸全行程空載往復運動若干次,帶有氣泡的油液就會排出。然后再擰緊排氣閥螺釘,液壓缸便可正常工作。

圖5－19液壓缸的排氣結構

任務三液壓缸的設計

一、液壓缸設計中應注意的問題不同的液壓缸有不同的設計內容和要求,一般在設計液壓缸時應注意以下問題:(1)盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態下承受最大負載,若是受壓狀態,應具有良好的縱向穩定性。

(2)根據實際工況,考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。

(3)根據主機的工作要求和結構設計要求,正確選擇液壓缸的安裝和固定方式。但考慮到液壓缸的熱脹冷縮,液壓缸只能一端定位。

(4)液壓缸各部分的結構需根據推薦的結構形式和設計標準進行設計,盡可能做到結構簡單、緊湊,加工、裝配和維修方便。

二、液壓缸主要尺寸的計算

液壓缸的主要幾何尺寸包括液壓缸內徑D、活塞桿直徑d和液壓缸缸筒長度L。

1.液壓缸內徑D

液壓缸內徑D根據最大總負載和選取的工作壓力來確定。一般液壓缸設計中,常初步選取回油壓力為0,則對單桿缸而言,無桿腔進油時:

有桿腔進油時:

式中各符號含義同前。計算所得的液壓缸內徑D(即活塞直徑)應圓整為標準系列值(可查液壓設計手冊)。

2.活塞桿直徑d

活塞桿直徑d可根據工作壓力或設備類型選取,見表5－1和表5－2。當液壓缸的往復速度比λv有一定要求時:

推薦液壓缸的往復速度比如表5－3所示。

3.液壓缸缸筒長度

液壓缸的缸筒長度L