伸縮式液壓缸、單出桿雙作用液壓缸創(chuàng)新研修課論文

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1、第一部分：伸縮式液壓缸 1. 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.1 阜新市祥澤液壓機(jī)械 發(fā)明了一種防塵性能好，可防磨損，提高液壓缸使用壽命的伸縮式套筒液壓缸[1]。該伸縮式套筒液壓缸包括活塞桿、前、后端蓋、內(nèi)缸筒、二、三、四級缸筒、外缸筒、中間鉸軸、下鉸軸、進(jìn)油口、密封圈，其特點(diǎn)是在內(nèi)缸筒和二級缸筒之間，二、三級缸筒之間、三、四級缸筒之間和四級、外缸筒之間的兩端頭均設(shè)內(nèi)、外導(dǎo)向環(huán)槽和擋圈槽，其中裝內(nèi)、外導(dǎo)向環(huán)和內(nèi)、外擋圈;在球形座和中間鉸軸配合連接的圓弧面上設(shè)數(shù)個油溝;在外缸筒的外圓周上設(shè)伸縮式防塵罩，防塵罩外面設(shè)防護(hù)罩，防護(hù)罩左端焊接固定在前端蓋上，右端焊接固定在球形座上。 該實(shí)用新型的有益效果是:

2、由于缸體變成光滑筒體，節(jié)約原材料約巧15%，加工效率提高35%，工藝性得到改善;由于中間鉸軸有了充分潤滑，摩擦系數(shù)減小，減輕磨損，根本上解除膠合現(xiàn)象的出現(xiàn);由于增加了防護(hù)措施，缸體在工作時，砂石、粉塵再也接觸不到缸筒，再加上防塵圈二次保護(hù)，這樣大大提高了套筒缸及控制系統(tǒng)元件工作的可靠性。廣泛適用于各種工程機(jī)械、自卸汽車、清潔車及農(nóng)用車。 圖1 伸縮式套筒液壓缸 1.2 上海金鑄機(jī)械 發(fā)明了一種實(shí)用新型的多級液壓缸[2]，其結(jié)構(gòu)包括外缸、中缸、內(nèi)缸，其中中缸嵌套于外缸內(nèi)，內(nèi)缸嵌套于中缸內(nèi)，中缸以及內(nèi)缸上設(shè)置有中缸活塞以及內(nèi)缸活塞，其特征在于，中缸活塞與外缸形成

3、一中缸工作腔，內(nèi)缸活塞與中缸形成一內(nèi)缸工作腔，兩工作腔通過一連通孔相連通，并且兩工作腔橫截面積相等。 在該多級液壓缸中部還設(shè)置有中心油管，壓力油通過該油管進(jìn)入外缸內(nèi)，并推動中缸向前運(yùn)動。中缸的運(yùn)動使工作腔內(nèi)的油通過設(shè)置于兩工作腔間的連通孔推動內(nèi)缸活塞向前運(yùn)動，從而給內(nèi)缸前端的負(fù)載施加推力。由于兩工作腔的橫截面積相等，所以，當(dāng)注入中心油管的壓力油流量恒定時，中缸以及內(nèi)缸的推進(jìn)速度、各自所受的推力亦保持恒定。該實(shí)用新型的多級液壓油缸，采用獨(dú)特的工作腔設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在工作時推力和速度保持恒定，在對推力和速度要求較高的液壓設(shè)備中，具有較高的推廣使用價值，已獲得專利。 圖2實(shí)

4、用新型的多級液壓缸 1.3 長春工程學(xué)院、吉林大學(xué)、吉林省第一建筑集團(tuán)公司興達(dá)勞務(wù)公司的研究員共同研制了一種四級同步伸縮液壓缸[3]，其工作原理如下： ( 1) 四級伸縮液壓缸同步外伸 T1 為進(jìn)油口, T2 為出油口。壓力油由進(jìn)油口T1 經(jīng)孔道及單向閥7 作用于各級缸底部, 在缸將動未動瞬間, 若不計(jì)孔道及單向閥的壓力損失, 缸中壓力由外負(fù)載決定均相等。由于A1面積最大承載能力強(qiáng), 第一級活塞率先克服外負(fù)載運(yùn)動, 與此同時A1b外腔的油液通過孔道進(jìn)入A1a內(nèi)腔, 由于A1a + A1b < A1, 所以P2 的壓力將高于P1, 在此壓力差作用下將其右邊單向閥關(guān)閉,使A1a內(nèi)腔壓力升高達(dá)

5、到工作壓力P2, 第二級活塞克服外負(fù)載隨之做牽連運(yùn)動。依此類推, 第三級活塞受第二級活塞帶動, 第四級活塞受第三級活塞帶動, 最后A4b 腔內(nèi)的油液經(jīng)孔道由T2 流出。這樣就完成了四級伸縮液壓缸同步外伸。 ( 2) 四級伸縮液壓缸同步縮回: 改變進(jìn)出油口, T2 口為進(jìn)油口, T1 口為出油口。壓力油由T2進(jìn)入, 經(jīng)孔道進(jìn)A4b 腔, 第四級活塞率先開始縮回, 與此同時,A3a 內(nèi)腔油液經(jīng)孔道進(jìn)入A3b外腔, 第三級活塞因此被牽連縮回,依此類推, 第二、第一級活塞亦被牽連縮回, A1腔的油液經(jīng)孔道由出口T1 流出, 使四級伸縮液壓缸同步縮回而處于圖示位置。 圖3 四級同步伸縮液壓缸

6、 該四級同步液壓缸有以下特點(diǎn)： ( 1) 同步伸縮 具有同步伸縮是這種液壓缸的最大特點(diǎn), 而且縮回速度遠(yuǎn)大于伸出速度, 因而使四級同步伸縮液壓缸要比一般四級伸縮液壓缸工作效率提高8 倍左右。 ( 2) 工作速度連續(xù)平穩(wěn) 由于四級同步伸縮液壓缸工作速度連續(xù)平穩(wěn), 并且當(dāng)負(fù)載變化時, 液壓缸中的工作壓力又能隨負(fù)載平穩(wěn)自行調(diào)節(jié), 使這種液壓缸工作時, 既平穩(wěn)又無沖擊振動, 大大改善了液壓系統(tǒng)的工作性能。 ( 3) 具有廣義性, 此原理同樣適用于二級、三級以及多級伸縮液壓缸。 1.4 鶴崗礦務(wù)局富力礦 研制出一種內(nèi)外柱支撐力相等的雙伸縮液壓缸[4]。該液壓缸采用在內(nèi)柱活塞的內(nèi)腔布置一個反向運(yùn)動

7、的活塞和活塞桿的方法，使得內(nèi)外柱支撐力相等。工作原理如下： 雙伸縮液壓缸工作原理如圖4所示。升柱時: 操縱閥右移, 壓力液體經(jīng)液控單向閥同時進(jìn)到A、B、C 腔, E、F 腔經(jīng)f 孔、操縱閥回液, 內(nèi)柱升起; 當(dāng)內(nèi)柱升到最大位置時( 相對外柱和反置活柱) 外柱又與內(nèi)柱一起升起,此時G 腔回液。降柱時: 操縱閥左移, 壓力液體經(jīng)f、g 孔進(jìn)到G、F、E 腔, 同時液控單向閥打開, A、B、C 腔回液, 內(nèi)柱、外柱同時下降, 且內(nèi)柱下降速度較快。 該液壓缸具有以下特點(diǎn)： ( 1) 內(nèi)、外柱支撐力相等, 外伸速度一致, 回程速度快, 操作容易, 效率高。 圖5內(nèi)外柱支撐力相等的雙伸縮液壓缸

8、 ( 2) 可省去外柱活塞上的底閥和差動安全閥, 簡化了結(jié)構(gòu), 拆裝和檢修方便。 ( 3) 工作原理與傳統(tǒng)的雙伸縮液壓缸相反。 ( 4) 其他特點(diǎn)與一般雙伸縮液壓缸相同。 該種液壓缸的出現(xiàn), 不僅使雙伸縮液壓缸的種類增多, 而且使它的應(yīng)用范圍增大、能力增強(qiáng)。 1.5 一位叫黃培華的研究員發(fā)明了一種單作用伸縮式套筒液壓缸[5]。該發(fā)明所具備的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和取得的顯著技術(shù)進(jìn)步在于: （1）該發(fā)明由于增加了缸筒端部與連接盤的接觸面，從而使受力面積擴(kuò)大了數(shù)倍。避免自卸車在行駛中因顛簸和傾斜對末級缸筒產(chǎn)生的徑向力導(dǎo)致的變形。當(dāng)一級缸伸出，同時外缸端面與連接盤脫開。在壓力的作用下，一級缸端面

9、與對應(yīng)連接盤平面緊密貼合，形成受力梁一個新的支撐點(diǎn)。在每節(jié)缸筒依次伸出時，其端面都保證與連接盤的對應(yīng)臺面緊密貼合。這樣縮短了梁的跨度即油缸兩受力支撐點(diǎn)的距離，使其彎矩減小。間接增加了缸筒的剛度，解決了末級及各級缸筒的變形問題。另外，由于連接盤厚度的增加，加大了其內(nèi)孔表面與末級缸外圓表面的接觸面積，起到了良好的導(dǎo)向作用。 （2）通過對兩種密封基理不同的密封圈合理搭配，使其能滿足低、中、高范圍內(nèi)的系統(tǒng)壓力的密封。從而拓寬了密封性能，解決了超出允許范圍值的外滲漏. （3）由于使用放氣裝置，當(dāng)油缸全伸出后松動其頂部閥堵，這時油缸及管路等系統(tǒng)中存留的空氣通過排氣閥排出，然后關(guān)閉閥堵，反復(fù)1-

10、3次即可輕松排除系統(tǒng)中的殘留氣體。避免因系統(tǒng)內(nèi)壓縮氣體而造成的爬行、亂缸等不協(xié)調(diào)動作所造成的車毀人傷等嚴(yán)重后果。 圖4 單作用伸縮式套筒液壓缸 2. 伸縮式液壓缸的分類 由于各種設(shè)備的使用環(huán)境和條件各不相同，所使用的方法各異，分類方式主要有以下幾種： 1.1 按復(fù)位方式分類： 第一種是利用液壓力伸出，然后利用活塞桿的重量或被支撐體的重量使其復(fù)位；第二種是利用液壓力推動活塞使缸伸出，縮回是利用中心導(dǎo)油管把液壓油引到液壓缸的縮腔，利用液壓力推動缸縮腔的活塞使其復(fù)位；第三種是利用液壓力推動活塞，使其向外運(yùn)動，收回時利用外力把伸腔的油排出，使其處于抽真空狀態(tài)，利用分子表面張力和大氣壓力使

11、其復(fù)位。[6] 圖 5 　多節(jié)伸縮缸結(jié)構(gòu)示意圖 1.2 按復(fù)位分步種類可分為同步伸縮液壓缸和非同步伸縮液壓缸。 1.3 按作用效果可分為單作用伸縮液壓缸和雙作用伸縮液壓缸。 3. 應(yīng)用范圍 伸縮式液壓缸是多級液壓缸,因其安裝距離短、行程長的特點(diǎn),在船舶、車輛等要求安裝空間有限而行程要求卻很高的場合得到廣泛應(yīng)用，作用非常大。 主要應(yīng)用于汽車天線、艦船天線、起重設(shè)備伸縮臂、消防設(shè)備伸縮裝置、艦船載體設(shè)備以及各種工程機(jī)械、自卸汽車、清潔車及農(nóng)用車輛。其中，多級同步伸縮液壓缸主要用于液壓電梯及高空作業(yè)車等垂直載人工具上；一種帶磁致伸縮位移傳感器液壓缸已在注塑業(yè)、鋼鐵業(yè)、印刷業(yè)、鋸木業(yè)、

12、木材加工、飛行模擬臺、汽車業(yè)、流體流量計(jì)、水利水電和船閘工程等好多行業(yè)中應(yīng)用。 4. 關(guān)鍵技術(shù) 4.1 密封 密封是防止工作介質(zhì)從機(jī)器和設(shè)備中泄漏或防止外界雜質(zhì)侵人機(jī)器和設(shè)備內(nèi)部的一種裝置或措施。密封的功能是阻止泄漏, 保證系統(tǒng)的工作性能和效率。其中起密封作用的元件被稱為密封件。泄漏是工作介質(zhì)越出密封容腔的現(xiàn)象。泄漏包括內(nèi)泄漏（是指液壓元件內(nèi)部有少量液體從高壓腔泄漏到低壓腔）和外泄漏(指少量液體從元件內(nèi)部向體外泄漏)。 密封分類的方式有多種。根據(jù)與密封部位相聯(lián)系的工作零件的狀態(tài)可將密封分為靜密封(工作零件間無相對運(yùn)動的密封)與動密封(工作零件間有相對運(yùn)動的密封)兩類。根據(jù)密封間間隙狀態(tài)

13、, 又可將密封分為接觸密封與非接觸密封。彈塑性接觸方式的密封件主要有橡膠O形密封圈, 唇形(標(biāo)準(zhǔn)唇形及其他)密封圈等。滿足特殊要求的密封有防塵密封、組合密封和全封閉密封等。 除間隙密封外, 都是利用密封件, 使相鄰2個偶合表面間的間隙控制在需要密封的液體能通過的最小間隙以下(此間隙由液體的壓力、豁度、分子量等決定)。在接觸式密封自封式壓緊型密封中是通過壓緊力包括預(yù)壓縮力和介質(zhì)工作壓力所產(chǎn)生的所得的密封件與偶合面之間的接觸力, 使動密封圈在密封面上磨合, 以阻塞泄漏通路, 達(dá)到自密封的目的。如O形密封圈的密封。唇形密封(自封式自緊型密封)是利用密封圈自身變形所產(chǎn)生的反力進(jìn)行初始密封, 在介質(zhì)壓

14、力作用下, 撐開密封唇緣, 使之緊貼偶合件表面, 從而達(dá)到自密封的作用。如Y、YX形密封圈的密封。[7] 4.2 行程檢測技術(shù) 在一個伺服控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的控制精度在很大程度上取決于檢測裝置的精度檢測裝置的精度是系統(tǒng)控制精度的上限。因此, 液壓缸行程檢測裝置就成為以液壓缸為執(zhí)行元件的電液位置伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。液壓缸行程檢測裝置的精度分辨率、可靠性響應(yīng)頻寬等成為影響電液位置伺服系統(tǒng)跟蹤精度和快速性的關(guān)鍵指標(biāo)。液壓缸行程檢測裝置,按安裝形式可以分為外置式和內(nèi)置式兩種 。外置式行程檢測裝置維護(hù)方便、檢修也容易, 缺點(diǎn)是占用空間大容易損壞。外置式行程檢測裝置的位移傳感器可以使用任何一種測量范圍和

15、精度符合要求的位移傳感器。內(nèi)置式行程檢測裝置與外置式相反, 維護(hù)、檢修都不方便, 優(yōu)點(diǎn)是占用空間小 受外界環(huán)境干擾小, 不易損壞。內(nèi)置式行程檢測裝置形式多樣。 按行程檢測裝置位移檢測原理可以分為電阻式、電磁感應(yīng)式、光電式、磁致伸縮式、超聲測距式、磁柵式等。電阻式液壓缸行程檢測裝置使用直線式電位器作位移檢測元件, 其測量范圍一般為：10~150mm線性度為±10（~1）%。電位器的分辨率取決于電阻的粗細(xì)和繞線的均勻性, 滑動速度有限, 電刷接觸不良時容易產(chǎn)生雜波。由于磨損, 電位器的壽命較低。其優(yōu)點(diǎn)在于電位器簡單、價廉, 常在實(shí)驗(yàn)室或簡單的系統(tǒng)中應(yīng)用。電位器行程檢測結(jié)構(gòu)簡圖如圖a)所示。 直

16、線式差動變壓器做成的行程檢測裝置屬于電磁感應(yīng)式檢測元件。差動變壓器檢測范圍為±25mm或±100mm, 一般差動變壓器的線性度為1%~2% ,高精度差動變壓器可以達(dá)到0.1% 。差動變壓器的結(jié)構(gòu)簡單, 精度高,線形范圍大, 無機(jī)械磨損、壽命長, 維護(hù)也簡單, 因此, 在電液位置伺服系統(tǒng)中得到廣泛的采用。差動變壓器傳感器結(jié)構(gòu)簡圖如圖b)所示。 直線型感應(yīng)同步器也是通過電磁感應(yīng)原理做成的行程檢測元件。由定尺和滑尺組成, 一根定尺的測量范圍為250mm,可接長。直線型感應(yīng)同步器測量精度高, 可達(dá)±1μm,響應(yīng)時間短。直線光柵是光電式行程測量元件, 由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和測量電路組成。

17、光柵行程測量裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖c)所示。其行程檢測原理是Ι 刻有同樣密度線紋的指示光柵與標(biāo)尺光柵平行安放, 間距適合, 兩光柵刻線保持一定夾角。 光經(jīng)標(biāo)尺光柵透射（或反射）后在指示光柵上便出現(xiàn)了許多較粗的明暗條紋—莫爾條紋。標(biāo)尺光柵沿其刻線垂直方向移動,莫爾條紋便有移動, 標(biāo)尺光柵每移動一個柵距,莫爾條紋移動一個條紋間距。用計(jì)數(shù)器計(jì)錄下指示光柵移過的條紋數(shù),便測出了標(biāo)尺光柵的移動位移。一根標(biāo)尺光柵長1000~1500mm,可以接長, 測量精度為±1μm, 用于高精度的位移測量。使用光電編碼器的開度儀將測量的角度量轉(zhuǎn)化為位移量, 也是一種光電式行程檢測器。特點(diǎn)是檢測的行程長, 但不能耐高壓, 結(jié)構(gòu)

18、較復(fù)雜。 磁致伸縮式行程檢測裝置是利用周向磁致伸縮效應(yīng)的原理進(jìn)行檢測,超聲測距式行程檢測裝置則是利用超聲測距原理進(jìn)行檢測, 而磁柵式行程檢測裝置則是通過測量磁場來對位移進(jìn)行檢測。這3種行程檢測裝置當(dāng)前研究的比較多,是現(xiàn)代行程檢測的發(fā)展方向?；诖胖律炜s效應(yīng)液壓缸行程檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖d)所示。[8] 壓缸 2.直線電位器 DC.直流電源 a)使用電位器 b) 差動變壓器結(jié)構(gòu)簡圖 1.光源 2.聚光鏡 3.標(biāo)尺光柵 4.指示光柵 5.光電元件 6.檢測電路 c)使用直線光柵 d）使用磁致伸縮效應(yīng) 圖 7 行程檢測結(jié)構(gòu)簡圖 5. 前景分析 5.

19、1 伸縮式液壓缸在結(jié)構(gòu)方面的趨于簡單、緊湊化發(fā)展。新型液壓缸越來越注重材料的利用率、縮短加工周期以降低生產(chǎn)成本。 5.2 伸縮原理上，隨著內(nèi)外缸級別的不同而變化，液壓缸對負(fù)載提供的推動力以及速度變化的特性，常使得液壓缸的負(fù)載能力劇烈變化，進(jìn)而給液壓缸的操作以及使用效果增加了很大的負(fù)擔(dān)。新型液壓缸越來越注重使其在使用過程中推力以及速度始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，在速度控制上將趨于同步伸縮方向發(fā)展。 5.3 由于現(xiàn)有液壓缸在超載或在舉升過程中缸體傾斜時，很容易造成缸筒的彎曲變形等問題。新型液壓缸將趨于增加缸筒的剛度，解決滲漏問題，克服了爬行、亂缸現(xiàn)象等方面改進(jìn)。 5.4 行程檢測技術(shù)： （1）

20、在檢測裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)上向一體化設(shè)計(jì)方向發(fā)展。 （2）在檢測性能上向高精度、響應(yīng)快、高可靠性、大行程和長壽命方向發(fā)展。 （3）檢測原理上使用新的位移檢測技術(shù)。 （4）在可維修性設(shè)計(jì)方面液壓缸行程檢測裝置還向結(jié)構(gòu)簡單、安裝檢修容易和價格低廉的方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1] 阜新市祥澤液壓機(jī)械 。伸縮式套筒液壓缸[P]。中國專利。ZL 200920013792.0。2010.02.17。 [2] 上海金鑄機(jī)械制造 。多級伸縮的液壓缸[P]。中國專利。ZL 200620039211.7。2007.05.23。 [3] 孫偉,范成巖,張麗萍。四級同步伸縮液壓缸[J]。工藝與裝備，2005(

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22、狀況 我國目前對單出桿雙作用液壓缸的研究較少，浙江大學(xué)一直致力于開發(fā)研究單出桿雙作用液壓缸，已公布了一些產(chǎn)品。 1.1 浙江大學(xué)2003年11月推出一種內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用對稱液壓缸。將對稱液壓缸和單出桿液壓缸的優(yōu)點(diǎn)很好的結(jié)合在一起，提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊的理想集成方案，具有單出桿、液壓缸兩作用面的有效面積相等、內(nèi)置位移傳感器的特點(diǎn)?？稍谝簤合到y(tǒng)中廣泛應(yīng)用，尤其適用于空間有限、控制性能要求較高的使用場合。 圖 1內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用對稱液壓缸 該液壓缸的工作原理如下： 液壓缸只有一個作用桿，即活塞桿3，液壓缸的兩個作用面為活塞2及活塞的兩面一一面I和面Ⅱ，設(shè)計(jì)液壓缸時

23、將此兩作用面的面積進(jìn)行匹配近似相等，以實(shí)現(xiàn)對稱缸的控制性能。內(nèi)活塞桿4不承受高壓，并且內(nèi)活塞桿4及活塞桿3的直徑大小不會影響液壓缸作用面積大小，所以在設(shè)計(jì)時可以將內(nèi)活塞桿4和活塞桿3設(shè)計(jì)得比較粗,這樣保證液壓缸具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且不會提高液壓缸工作時的流量。 工作時，T口通大氣，活塞桿4伸出過程中，液壓缸A口進(jìn)油，液壓油通過a腔、C口到達(dá)c腔，通過c腔的有效作用面推動活塞桿伸出，B口出油，b腔的液壓油通過B口排出;活塞桿4縮回過程中，液壓缸B口進(jìn)油，液壓油進(jìn)入b腔，通過b腔的有效作用面推動活塞桿縮回，A口出油，c腔的液壓油經(jīng)C口、a腔、A口排出。液壓缸內(nèi)置了位移傳感器6，安裝在中空的活塞桿

24、4和內(nèi)缸筒2的內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊，在液壓缸工作時，位移傳感器滑套5固定不動，位移傳感器6的主體跟隨活塞桿4伸縮，實(shí)時的準(zhǔn)確反饋活塞桿4的位移信號。 1.2 浙江大學(xué)2004年9月推出了一種能平衡重量的單出桿等面積雙作用液壓缸[2]，將平衡重物重量的液壓缸或氣缸復(fù)合在激振液壓缸內(nèi)，并采用單出桿等面積雙作用結(jié)構(gòu)與三位四通電液伺服/比例閥配合使用，具有振動頻率高，結(jié)構(gòu)簡單，剛度大的優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于液壓振動臺、游藝機(jī)和試驗(yàn)機(jī)等系統(tǒng)上。 圖 2能平衡重量的單出桿等面積雙作用液壓缸 該液壓缸的工作原理如下： 三位四通電液伺服/比例閥10得電進(jìn)行閥芯向下切換，液壓源11供出的高壓油通過三位四通電液

25、伺服/比例閥10的P口、A口、孔15、孔13進(jìn)入油腔Do油腔E中的液壓油通過孔14、三位四通電液伺服/比例閥10的B口、T口回油箱，活塞桿2與活塞12驅(qū)動被振重物1向上運(yùn)動，空腔F中的氣、油壓力由于儲氣罐或蓄能器4及恒壓控制器5的輸出通過管路7、孔6進(jìn)行補(bǔ)充，氣、油壓力基本不變，平衡被振重物1的重量。 三位四通電液伺服/比例閥10得電進(jìn)行閥芯向上切換，液壓源11供出的高壓油通過三位四通電液伺服/比例閥10的P口、B口、孔14進(jìn)入油腔E。油腔D中的液壓油通過孔13、孔15、三位四通電液伺服/比例閥10的A口、T口回油箱，活塞桿2與活塞12驅(qū)動被振重物1向下運(yùn)動，空腔F中的氣或油通過孔6、管路7

26、排回儲氣罐或蓄能器4，或由恒壓控制器5排出，氣、油壓力基本不變，平衡被振重物1的重量。 1.3 浙江大學(xué)2004年6月又公開了一種內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用面近似對稱液壓缸[3]，其工作原理與所述的液壓缸基本相似，相比之下，其不同點(diǎn)在于： （1）增加了內(nèi)活塞6，不僅具有密封和導(dǎo)向的作用，而且作為內(nèi)活塞桿4頂端的支點(diǎn)，提高了內(nèi)活塞桿4的穩(wěn)定性。 （2）增加了雙向緩沖裝置，活塞2移動到接近缸底12時，活塞2和缸底12的緩沖機(jī)構(gòu)使活塞2及活塞桿3進(jìn)入液壓缸緩沖行程;活塞2移動到接近缸蓋13時，活塞2和缸蓋13的緩沖機(jī)構(gòu)使活塞2及活塞桿3進(jìn)入液壓缸緩沖行程。 圖 3 內(nèi)置位移傳感器的單出

27、桿雙作用對稱液壓缸 1.4 山東新汶礦業(yè)集團(tuán)通力機(jī)械公司研制出了一種雙作用伸縮式液壓缸[4]，采用置伸縮式實(shí)現(xiàn)有桿腔進(jìn)液,伸縮套筒采用雙筒套合焊接式(最后一節(jié)可不用) ,中間約1～2 mm的間隙作為油路,套筒內(nèi)筒的前端及外筒的后端(圖示B、C 處) 沿徑向均布鉆6～8 個孔,將各有桿腔互相連通。這樣,液壓缸伸出時,不論套筒在何位置,需回程時,P2 口進(jìn)液,壓力油經(jīng)中間伸縮套管,經(jīng)A 口到C口,又沿環(huán)型隙縫到B 口,這樣,套筒及柱筒在液壓力的作用下全部復(fù)位。 圖 4 雙作用伸縮式液壓缸 南通液壓機(jī)械 公開了一種多級同步伸縮雙作用液壓缸[5]，包括外缸筒，外缸筒內(nèi)設(shè)置一級活塞，一級活塞

28、的活塞桿即是下一級液壓缸的缸筒，依此設(shè)置多級液壓缸，相鄰兩級缸筒之間的環(huán)形面積與其中較低一級液壓缸活塞作用面積相同，每級缸體底部均設(shè)有進(jìn)油孔。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，升降平穩(wěn)性好，能實(shí)現(xiàn)多級同步伸縮。 圖 5 多級同步伸縮雙作用液壓缸 1.6 德國Haenchen公司是目前已知唯一具有單出桿對稱缸產(chǎn)品的公司，撼神單活塞桿對稱液壓缸是目前世界上尚無競爭對手的高端產(chǎn)品，液壓缸的外形尺寸是普通非對稱液壓缸的尺寸，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)是對稱設(shè)計(jì)，對加工要求，及密封配合極為嚴(yán)格，最顯而易見的特點(diǎn)就是，相比普通雙活塞桿對稱液壓缸，大大減小了液壓缸的尺寸。空客A340、A380檢測試驗(yàn)系統(tǒng)全部采用撼神此種方案。

29、目前國內(nèi)有些科研院所已成功訂購撼神單活塞桿對稱高端液壓缸。圖為Haenchen公司生產(chǎn)的單出桿對稱液壓缸原理圖。[6] 圖 6 Haenchen公司生產(chǎn)的單出桿對稱液壓缸原理圖 2 優(yōu)缺點(diǎn) 2.1 單出桿雙作用液壓缸的優(yōu)點(diǎn)： (1) 壓力油可以交替向活塞兩側(cè)供給，驅(qū)動活塞往復(fù)運(yùn)動，其推、拉兩個方向上的運(yùn)動速度和供油壓力都能控制。 (2) 由于活塞桿伸出時能產(chǎn)生較大的推力，返回時又有較快的運(yùn)動速度，所以很適合用于一個方向上承受負(fù)載而空載快速退回的場合。液壓刨床工作臺的慢速進(jìn)給和快速退回，就是利用單活塞桿液壓缸的性能實(shí)現(xiàn)的。 (3) 工作空間小，構(gòu)造簡單，成本低廉。 單出桿雙作用

30、液壓缸的缺點(diǎn) (1) 單出桿雙作用液壓缸由于是雙向控制的，所以其控制系統(tǒng)比單作用液壓缸要復(fù)雜得多。 (2) 由對稱閥控制所構(gòu)成的液壓系統(tǒng)在運(yùn)動方向發(fā)生變化時，其特性是不對稱的，特別是速度特性，往復(fù)運(yùn)動時差異很大，且動態(tài)特性也變化較大，尤其是非線性變參數(shù)系統(tǒng)，通過常規(guī)補(bǔ)償方法改變系統(tǒng)特性的措施由于補(bǔ)償環(huán)節(jié)的參數(shù)不可調(diào)而不能滿足系統(tǒng)隨機(jī)控制要求。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度控制，為了在滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度要求的前提下提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，為了對系統(tǒng)參數(shù)變化、非線性等具有自適應(yīng)能力和魯棒性，需要在已建立的適用模型條件下研究自適應(yīng)控制方法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時控制，以求得最優(yōu)控制結(jié)果。另一種方法就是用非對稱閥開控制常

31、見的單出桿液壓缸，但非對稱閥需要訂做，成本昂貴，互換性差。 3 應(yīng)用范圍 單出桿雙作用液壓缸因其工作空間小、構(gòu)造簡單、可雙向控制等特點(diǎn)，在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于空間有限、控制性能要求較高的使用場合。機(jī)床工作臺的往復(fù)運(yùn)動液壓缸、液壓振動臺、游藝機(jī)和試驗(yàn)機(jī)等系統(tǒng)、六自由度平臺、工程機(jī)械中的各種動作液壓缸都采用單出桿雙作用液壓缸。Airbus的A340以及最新的A380的地面動態(tài)仿真系統(tǒng)全部采用Haenchen公司的單出桿對稱缸及測試缸。 4 關(guān)鍵技術(shù) 4.1 密封 密封是防止工作介質(zhì)從機(jī)器和設(shè)備中泄漏或防止外界雜質(zhì)侵人機(jī)器和設(shè)備內(nèi)部的一種裝置或措施。密封的功能是阻止泄漏, 保

32、證系統(tǒng)的工作性能和效率。其中起密封作用的元件被稱為密封件。泄漏是工作介質(zhì)越出密封容腔的現(xiàn)象。泄漏包括內(nèi)泄漏（是指液壓元件內(nèi)部有少量液體從高壓腔泄漏到低壓腔）和外泄漏(指少量液體從元件內(nèi)部向體外泄漏)。 密封分類的方式有多種。根據(jù)與密封部位相聯(lián)系的工作零件的狀態(tài)可將密封分為靜密封(工作零件間無相對運(yùn)動的密封)與動密封(工作零件間有相對運(yùn)動的密封)兩類。根據(jù)密封間間隙狀態(tài), 又可將密封分為接觸密封與非接觸密封。彈塑性接觸方式的密封件主要有橡膠O形密封圈, 唇形(標(biāo)準(zhǔn)唇形及其他)密封圈等。滿足特殊要求的密封有防塵密封、組合密封和全封閉密封等。 除間隙密封外, 都是利用密封件, 使相鄰2個偶合表面

33、間的間隙控制在需要密封的液體能通過的最小間隙以下(此間隙由液體的壓力、豁度、分子量等決定)。在接觸式密封自封式壓緊型密封中是通過壓緊力包括預(yù)壓縮力和介質(zhì)工作壓力所產(chǎn)生的所得的密封件與偶合面之間的接觸力, 使動密封圈在密封面上磨合, 以阻塞泄漏通路, 達(dá)到自密封的目的。如O形密封圈的密封。唇形密封(自封式自緊型密封)是利用密封圈自身變形所產(chǎn)生的反力進(jìn)行初始密封, 在介質(zhì)壓力作用下, 撐開密封唇緣, 使之緊貼偶合件表面, 從而達(dá)到自密封的作用。如Y、YX形密封圈的密封。[7] 4.2 行程檢測技術(shù) 在一個伺服控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的控制精度在很大程度上取決于檢測裝置的精度檢測裝置的精度是系統(tǒng)控制精

34、度的上限。因此, 液壓缸行程檢測裝置就成為以液壓缸為執(zhí)行元件的電液位置伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。液壓缸行程檢測裝置的精度分辨率、可靠性響應(yīng)頻寬等成為影響電液位置伺服系統(tǒng)跟蹤精度和快速性的關(guān)鍵指標(biāo)。液壓缸行程檢測裝置,按安裝形式可以分為外置式和內(nèi)置式兩種 。外置式行程檢測裝置維護(hù)方便、檢修也容易, 缺點(diǎn)是占用空間大容易損壞。外置式行程檢測裝置的位移傳感器可以使用任何一種測量范圍和精度符合要求的位移傳感器。內(nèi)置式行程檢測裝置與外置式相反, 維護(hù)、檢修都不方便, 優(yōu)點(diǎn)是占用空間小 受外界環(huán)境干擾小, 不易損壞。內(nèi)置式行程檢測裝置形式多樣。 按行程檢測裝置位移檢測原理可以分為電阻式、電磁感應(yīng)式、光電式、磁

35、致伸縮式、超聲測距式、磁柵式等。電阻式液壓缸行程檢測裝置使用直線式電位器作位移檢測元件, 其測量范圍一般為：10~150mm線性度為±10（0.1~1）%。電位器的分辨率取決于電阻的粗細(xì)和繞線的均勻性, 滑動速度有限, 電刷接觸不良時容易產(chǎn)生雜波。由于磨損, 電位器的壽命較低。其優(yōu)點(diǎn)在于電位器簡單、價廉, 常在實(shí)驗(yàn)室或簡單的系統(tǒng)中應(yīng)用。電位器行程檢測結(jié)構(gòu)簡圖如圖a)所示。 直線式差動變壓器做成的行程檢測裝置屬于電磁感應(yīng)式檢測元件。差動變壓器檢測范圍為±25mm或±100mm, 一般差動變壓器的線性度為1%~2% ,高精度差動變壓器可以達(dá)到0.1% 。差動變壓器的結(jié)構(gòu)簡單, 精度高,線形范圍大

36、, 無機(jī)械磨損、壽命長, 維護(hù)也簡單, 因此, 在電液位置伺服系統(tǒng)中得到廣泛的采用。差動變壓器傳感器結(jié)構(gòu)簡圖如圖b)所示。 直線型感應(yīng)同步器也是通過電磁感應(yīng)原理做成的行程檢測元件。由定尺和滑尺組成, 一根定尺的測量范圍為250mm,可接長。直線型感應(yīng)同步器測量精度高, 可達(dá)±1μm,響應(yīng)時間短。直線光柵是光電式行程測量元件, 由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和測量電路組成。 光柵行程測量裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖c)所示。其行程檢測原理是Ι 刻有同樣密度線紋的指示光柵與標(biāo)尺光柵平行安放, 間距適合, 兩光柵刻線保持一定夾角。 光經(jīng)標(biāo)尺光柵透射（或反射）后在指示光柵上便出現(xiàn)了許多較粗的明暗條紋—莫爾條紋

37、。標(biāo)尺光柵沿其刻線垂直方向移動,莫爾條紋便有移動, 標(biāo)尺光柵每移動一個柵距,莫爾條紋移動一個條紋間距。用計(jì)數(shù)器計(jì)錄下指示光柵移過的條紋數(shù),便測出了標(biāo)尺光柵的移動位移。一根標(biāo)尺光柵長1000~1500mm,可以接長, 測量精度為±1μm, 用于高精度的位移測量。使用光電編碼器的開度儀將測量的角度量轉(zhuǎn)化為位移量, 也是一種光電式行程檢測器。特點(diǎn)是檢測的行程長, 但不能耐高壓, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 磁致伸縮式行程檢測裝置是利用周向磁致伸縮效應(yīng)的原理進(jìn)行檢測,超聲測距式行程檢測裝置則是利用超聲測距原理進(jìn)行檢測, 而磁柵式行程檢測裝置則是通過測量磁場來對位移進(jìn)行檢測。這3種行程檢測裝置當(dāng)前研究的比較多,是現(xiàn)

38、代行程檢測的發(fā)展方向。基于磁致伸縮效應(yīng)液壓缸行程檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖d)所示。[8] 壓缸 2.直線電位器 DC.直流電源 a)使用電位器 b) 差動變壓器結(jié)構(gòu)簡圖 1. c)使用直線光柵 d）使用磁致伸縮效應(yīng) 圖7 行程檢測結(jié)構(gòu) 5. 前景分析 （1）出于速度控制的需要，單出桿雙作用液壓缸將趨于雙向作用面積相等的方向發(fā)展。新型液壓缸越來越注重材料的利用率、縮短加工周期以降低生產(chǎn)成本。 （2）隨著伸縮式液壓缸技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙作用液壓缸漸漸出現(xiàn)在伸縮式液壓缸的舞臺上，這必將成為一種趨勢。 參考文獻(xiàn)： [1] 浙江大學(xué)。內(nèi)置位移傳感

39、器的單出桿雙作用對稱液壓缸[P]。中國專利。CN 1546873A。2004.11.17。 [2] 浙江大學(xué)。能平衡重量的單出桿等面積雙作用液壓缸[P]。中國專利。CN 1526960A。2004.09.08。 [3] 浙江大學(xué)。一種內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用面近似對稱液壓缸[P]。中國專利。CN 1584350A。2005.02.23。 [4] 劉會國。雙作用伸縮式液壓缸。液壓與氣動[J]，2003（09），62-62。 [5] 南通液壓機(jī)械 。多級同步伸縮雙作用液壓缸[P]。中國專利。CN 201050516Y。2008.04.23。 [6] Haeshen公司。液壓缸產(chǎn)品樣本。上海。 [7] 吳興奎。一種高可靠的新結(jié)構(gòu)多級套筒液壓缸[J]。液壓與氣動，2003（8），39-41。 [8] 鄧飄,邱義,張寶生。液壓缸行程檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]。液壓與氣動，2008(11),60-63。