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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.1 阜新市祥澤液壓機(jī)械有限公司發(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(jí)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(jí)缸筒之間，二、三級(jí)缸筒之間、三、四級(jí)缸筒之間和四級(jí)、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(gè)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

2、益效果是: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(rùn)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(shí)，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)械有限公司發(fā)明了一種實(shí)用新型的多級(jí)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

3、缸活塞與外缸形成一中缸工作腔，內(nèi)缸活塞與中缸形成一內(nèi)缸工作腔，兩工作腔通過(guò)一連通孔相連通，并且兩工作腔橫截面積相等。 在該多級(jí)液壓缸中部還設(shè)置有中心油管，壓力油通過(guò)該油管進(jìn)入外缸內(nèi)，并推動(dòng)中缸向前運(yùn)動(dòng)。中缸的運(yùn)動(dòng)使工作腔內(nèi)的油通過(guò)設(shè)置于兩工作腔間的連通孔推動(dòng)內(nèi)缸活塞向前運(yùn)動(dòng)，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(shí)，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(jí)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(shí)推力和速度保持恒定，在對(duì)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(jià)值，已獲得專利。

4、 圖2實(shí)用新型的多級(jí)液壓缸 1.3 長(zhǎng)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(jí)同步伸縮液壓缸[3]，其工作原理如下： ( 1) 四級(jí)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(jí)缸底部, 在缸將動(dòng)未動(dòng)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(jí)活塞率先克服外負(fù)載運(yùn)動(dòng), 與此同時(shí)A1b外腔的油液通過(guò)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A1

5、a內(nèi)腔壓力升高達(dá)到工作壓力P2, 第二級(jí)活塞克服外負(fù)載隨之做牽連運(yùn)動(dòng)。依此類推, 第三級(jí)活塞受第二級(jí)活塞帶動(dòng), 第四級(jí)活塞受第三級(jí)活塞帶動(dòng), 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(jí)伸縮液壓缸同步外伸。 ( 2) 四級(jí)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(jí)活塞率先開始縮回, 與此同時(shí),A3a 內(nèi)腔油液經(jīng)孔道進(jìn)入A3b外腔, 第三級(jí)活塞因此被牽連縮回,依此類推, 第二、第一級(jí)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(jí)伸縮液壓缸同步縮回而處于圖示位置。 圖3 四級(jí)

6、同步伸縮液壓缸 該四級(jí)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(jí)同步伸縮液壓缸要比一般四級(jí)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(jí)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(shí), 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(shí), 既平穩(wěn)又無(wú)沖擊振動(dòng), 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(jí)、三級(jí)以及多級(jí)伸縮液壓缸。 1.4 鶴崗礦務(wù)局富力礦有限公司研制出一種內(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

7、的內(nèi)腔布置一個(gè)反向運(yùn)動(dòng)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(shí): 操縱閥右移, 壓力液體經(jīng)液控單向閥同時(shí)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(shí)( 相對(duì)外柱和反置活柱) 外柱又與內(nèi)柱一起升起,此時(shí)G 腔回液。降柱時(shí): 操縱閥左移, 壓力液體經(jīng)f、g 孔進(jìn)到G、F、E 腔, 同時(shí)液控單向閥打開, A、B、C 腔回液, 內(nèi)柱、外柱同時(shí)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

8、撐力相等的雙伸縮液壓缸 ( 2) 可省去外柱活塞上的底閥和差動(dòng)安全閥, 簡(jiǎn)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(duì)末級(jí)缸筒產(chǎn)生的徑向力導(dǎo)致的變形。當(dāng)一級(jí)缸伸出，同時(shí)外缸端面與連接盤脫開。在壓

9、力的作用下，一級(jí)缸端面與對(duì)應(yīng)連接盤平面緊密貼合，形成受力梁一個(gè)新的支撐點(diǎn)。在每節(jié)缸筒依次伸出時(shí)，其端面都保證與連接盤的對(duì)應(yīng)臺(tái)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(jí)及各級(jí)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(jí)缸外圓表面的接觸面積，起到了良好的導(dǎo)向作用。 （2）通過(guò)對(duì)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(dòng)其頂部閥堵，這時(shí)油缸及管路等系統(tǒng)中存留的空氣通過(guò)排氣閥排出，

10、然后關(guān)閉閥堵，反復(fù)1-3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(dòng)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(dòng)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(dòng)缸縮腔的活塞使其復(fù)位；第三種是利用液壓力推動(dòng)活塞，使其向外運(yùn)動(dòng)，收回時(shí)利用外力把伸腔的油排出，使其處于抽真空狀態(tài)，利用分

11、子表面張力和大氣壓力使其復(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(jí)液壓缸,因其安裝距離短、行程長(zhǎng)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(chǎng)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(jí)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

12、鐵業(yè)、印刷業(yè)、鋸木業(yè)、木材加工、飛行模擬臺(tái)、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(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封)與動(dòng)密封(工作零件間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封)兩

13、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(gè)偶合表面間的間隙控制在需要密封的液體能通過(guò)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(guò)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(dòng)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)

14、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(cè)技術(shù) 在一個(gè)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(cè)裝置的精度檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)裝置的位移傳感器可以

15、使用任何一種測(cè)量范圍和精度符合要求的位移傳感器。內(nèi)置式行程檢測(cè)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(cè)裝置形式多樣。 按行程檢測(cè)裝置位移檢測(cè)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(cè)距式、磁柵式等。電阻式液壓缸行程檢測(cè)裝置使用直線式電位器作位移檢測(cè)元件, 其測(cè)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(dòng)速度有限, 電刷接觸不良時(shí)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(jiǎn)單、價(jià)廉, 常在實(shí)驗(yàn)室或簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中應(yīng)用。電位器行程檢測(cè)

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

17、光路系統(tǒng)和測(cè)量電路組成。 光柵行程測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖c)所示。其行程檢測(cè)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(dòng),莫爾條紋便有移動(dòng), 標(biāo)尺光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距,莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距。用計(jì)數(shù)器計(jì)錄下指示光柵移過(guò)的條紋數(shù),便測(cè)出了標(biāo)尺光柵的移動(dòng)位移。一根標(biāo)尺光柵長(zhǎng)1000~1500mm,可以接長(zhǎng), 測(cè)量精度為±1μm, 用于高精度的位移測(cè)量。使用光電編碼器的開度儀將測(cè)量的角度量轉(zhuǎn)化為位移量, 也是一種光電式行程檢測(cè)器。特點(diǎn)是檢測(cè)的行

18、程長(zhǎng), 但不能耐高壓, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 磁致伸縮式行程檢測(cè)裝置是利用周向磁致伸縮效應(yīng)的原理進(jìn)行檢測(cè),超聲測(cè)距式行程檢測(cè)裝置則是利用超聲測(cè)距原理進(jìn)行檢測(cè), 而磁柵式行程檢測(cè)裝置則是通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)來(lái)對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)。這3種行程檢測(cè)裝置當(dāng)前研究的比較多,是現(xiàn)代行程檢測(cè)的發(fā)展方向?；诖胖律炜s效應(yīng)液壓缸行程檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖d)所示。[8] 1.液壓缸 2.直線電位器 DC.直流電源 a)使用電位器 b) 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)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(cè)結(jié)構(gòu)

19、簡(jiǎn)圖 5. 前景分析 5.1 伸縮式液壓缸在結(jié)構(gòu)方面的趨于簡(jiǎn)單、緊湊化發(fā)展。新型液壓缸越來(lái)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(jí)別的不同而變化，液壓缸對(duì)負(fù)載提供的推動(dòng)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(lái)越注重使其在使用過(guò)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(guò)程中缸體傾斜時(shí)，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)。

20、 5.4 行程檢測(cè)技術(shù)： （1）在檢測(cè)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(cè)性能上向高精度、響應(yīng)快、高可靠性、大行程和長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。 （3）檢測(cè)原理上使用新的位移檢測(cè)技術(shù)。 （4）在可維修性設(shè)計(jì)方面液壓缸行程檢測(cè)裝置還向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝檢修容易和價(jià)格低廉的方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1] 阜新市祥澤液壓機(jī)械有限公司。伸縮式套筒液壓缸[P]。中國(guó)專利。ZL 200920013792.0。2010.02.17。 [2] 上海金鑄機(jī)械制造有限公司。多級(jí)伸縮的液壓缸[P]。中國(guó)專利。ZL 200620039211.7。2007.05.23。 [3] 孫偉,范成巖,張麗萍。四

21、級(jí)同步伸縮液壓缸[J]。工藝與裝備，2005(8),87-88。 [4] 李廣濟(jì),王軍,張殿坤。新型雙伸縮液壓缸設(shè)計(jì)[J]。煤礦機(jī)械，1999（3），6-7。 [5] 黃培華。 改進(jìn)的單作用伸縮式套筒液壓缸[P]。中國(guó)專利。101532522A。2009.04.22。 [6] 肖定國(guó)。多節(jié)伸縮式液壓缸的探討[J]。液壓與氣動(dòng)，2005（3），61-62。 [7] 吳興奎。一種高可靠的新結(jié)構(gòu)多級(jí)套筒液壓缸[J]。液壓與氣動(dòng)，2003（8），39-41。 [8] 鄧飄,邱義,張寶生。液壓缸行程檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]。液壓與氣動(dòng)，2008(11),60-63。 第二部分：

22、單出桿雙作用（對(duì)稱）液壓缸 1. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)目前對(duì)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(duì)稱液壓缸。將對(duì)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)。可在液壓系統(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(chǎng)合。 圖 1內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用對(duì)稱液壓缸 該液壓缸的工作原理如下： 液壓缸只有一個(gè)作用桿，即活塞桿3，液壓缸的兩個(gè)作用面為

23、活塞2及活塞的兩面一一面I和面Ⅱ，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)將此兩作用面的面積進(jìn)行匹配近似相等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)影響液壓缸作用面積大小，所以在設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)提高液壓缸工作時(shí)的流量。 工作時(shí)，T口通大氣，活塞桿4伸出過(guò)程中，液壓缸A口進(jìn)油，液壓油通過(guò)a腔、C口到達(dá)c腔，通過(guò)c腔的有效作用面推動(dòng)活塞桿伸出，B口出油，b腔的液壓油通過(guò)B口排出;活塞桿4縮回過(guò)程中，液壓缸B口進(jìn)油，液壓油進(jìn)入b腔，通過(guò)b腔的有效作用面推動(dòng)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

24、。液壓缸內(nèi)置了位移傳感器6，安裝在中空的活塞桿4和內(nèi)缸筒2的內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊，在液壓缸工作時(shí)，位移傳感器滑套5固定不動(dòng)，位移傳感器6的主體跟隨活塞桿4伸縮，實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確反饋活塞桿4的位移信號(hào)。 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(dòng)頻率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度大的優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于液壓振動(dòng)臺(tái)、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

25、下切換，液壓源11供出的高壓油通過(guò)三位四通電液伺服/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(guò)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(dòng)被振重物1向上運(yùn)動(dòng)，空腔F中的氣、油壓力由于儲(chǔ)氣罐或蓄能器4及恒壓控制器5的輸出通過(guò)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(guò)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(guò)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(dòng)被振重

26、物1向下運(yùn)動(dòng)，空腔F中的氣或油通過(guò)孔6、管路7排回儲(chǔ)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(duì)稱液壓缸[3]，其工作原理與1.1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(dòng)到接近缸底12時(shí)，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(dòng)到接近缸蓋13時(shí)，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

27、液壓缸緩沖行程。 圖 3 內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用對(duì)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(gè)孔,將各有桿腔互相連通。這樣,液壓缸伸出時(shí),不論套筒在何位置,需回程時(shí),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 1.5 南通液壓機(jī)械有限公司公開了一種多級(jí)同步伸

28、縮雙作用液壓缸[5]，包括外缸筒，外缸筒內(nèi)設(shè)置一級(jí)活塞，一級(jí)活塞的活塞桿即是下一級(jí)液壓缸的缸筒，依此設(shè)置多級(jí)液壓缸，相鄰兩級(jí)缸筒之間的環(huán)形面積與其中較低一級(jí)液壓缸活塞作用面積相同，每級(jí)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(jí)同步伸縮。 圖 5 多級(jí)同步伸縮雙作用液壓缸 1.6 德國(guó)Haenchen公司是目前已知唯一具有單出桿對(duì)稱缸產(chǎn)品的公司，撼神單活塞桿對(duì)稱液壓缸是目前世界上尚無(wú)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的高端產(chǎn)品，液壓缸的外形尺寸是普通非對(duì)稱液壓缸的尺寸，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)是對(duì)稱設(shè)計(jì)，對(duì)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(duì)稱液壓缸，大大減小了液壓缸

29、的尺寸?？湛虯340、A380檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)全部采用撼神此種方案。目前國(guó)內(nèi)有些科研院所已成功訂購(gòu)撼神單活塞桿對(duì)稱高端液壓缸。圖1.12為Haenchen公司生產(chǎn)的單出桿對(duì)稱液壓缸原理圖。[6] 圖 6 Haenchen公司生產(chǎn)的單出桿對(duì)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(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其推、拉兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度和供油壓力都能控制。 (2) 由于活塞桿伸出時(shí)能產(chǎn)生較大的推力，返回時(shí)又有較快的運(yùn)動(dòng)速度，所以很適合用于一個(gè)方向上承受負(fù)載而空載快速退回的場(chǎng)合。液壓刨床工作臺(tái)的慢速進(jìn)給和快速退回，就是利用單活塞桿液壓缸的

30、性能實(shí)現(xiàn)的。 (3) 工作空間小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低廉。 2.2單出桿雙作用液壓缸的缺點(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(duì)稱閥控制所構(gòu)成的液壓系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，其特性是不對(duì)稱的，特別是速度特性，往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)差異很大，且動(dòng)態(tài)特性也變化較大，尤其是非線性變參數(shù)系統(tǒng)，通過(guò)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(dòng)態(tài)性能，為了對(duì)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

31、的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)控制，以求得最優(yōu)控制結(jié)果。另一種方法就是用非對(duì)稱閥開控制常見的單出桿液壓缸，但非對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)合。機(jī)床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓缸、液壓振動(dòng)臺(tái)、游藝機(jī)和試驗(yàn)機(jī)等系統(tǒng)、六自由度平臺(tái)、工程機(jī)械中的各種動(dòng)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(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)全部采用Haenchen公司的單出桿對(duì)稱缸及測(cè)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

32、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(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封)與動(dòng)密封(工作零件間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)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

33、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(gè)偶合表面間的間隙控制在需要密封的液體能通過(guò)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(guò)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(dòng)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(cè)技術(shù) 在一個(gè)伺服控制系

34、統(tǒng)中,系統(tǒng)的控制精度在很大程度上取決于檢測(cè)裝置的精度檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)裝置的位移傳感器可以使用任何一種測(cè)量范圍和精度符合要求的位移傳感器。內(nèi)置式行程檢測(cè)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(cè)裝置

35、形式多樣。 按行程檢測(cè)裝置位移檢測(cè)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(cè)距式、磁柵式等。電阻式液壓缸行程檢測(cè)裝置使用直線式電位器作位移檢測(cè)元件, 其測(cè)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(dòng)速度有限, 電刷接觸不良時(shí)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(jiǎn)單、價(jià)廉, 常在實(shí)驗(yàn)室或簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中應(yīng)用。電位器行程檢測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖a)所示。 直線式差動(dòng)變壓器做成的行程檢測(cè)裝置屬于電磁感應(yīng)式檢測(cè)元件。差動(dòng)變壓器檢測(cè)范圍為±25mm或±100mm, 一般差動(dòng)變壓器的線性度為1%~2% ,

36、高精度差動(dòng)變壓器可以達(dá)到0.1% 。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 精度高,線形范圍大, 無(wú)機(jī)械磨損、壽命長(zhǎng), 維護(hù)也簡(jiǎn)單, 因此, 在電液位置伺服系統(tǒng)中得到廣泛的采用。差動(dòng)變壓器傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖b)所示。 直線型感應(yīng)同步器也是通過(guò)電磁感應(yīng)原理做成的行程檢測(cè)元件。由定尺和滑尺組成, 一根定尺的測(cè)量范圍為250mm,可接長(zhǎng)。直線型感應(yīng)同步器測(cè)量精度高, 可達(dá)±1μm,響應(yīng)時(shí)間短。直線光柵是光電式行程測(cè)量元件, 由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和測(cè)量電路組成。 光柵行程測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖c)所示。其行程檢測(cè)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。

37、 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(dòng),莫爾條紋便有移動(dòng), 標(biāo)尺光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距,莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距。用計(jì)數(shù)器計(jì)錄下指示光柵移過(guò)的條紋數(shù),便測(cè)出了標(biāo)尺光柵的移動(dòng)位移。一根標(biāo)尺光柵長(zhǎng)1000~1500mm,可以接長(zhǎng), 測(cè)量精度為±1μm, 用于高精度的位移測(cè)量。使用光電編碼器的開度儀將測(cè)量的角度量轉(zhuǎn)化為位移量, 也是一種光電式行程檢測(cè)器。特點(diǎn)是檢測(cè)的行程長(zhǎng), 但不能耐高壓, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 磁致伸縮式行程檢測(cè)裝置是利用周向磁致伸縮效應(yīng)的原理進(jìn)行檢測(cè),超聲測(cè)距式行程檢測(cè)裝置則是利用超聲測(cè)距原理進(jìn)行檢測(cè), 而磁柵式行程檢測(cè)

38、裝置則是通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)來(lái)對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)。這3種行程檢測(cè)裝置當(dāng)前研究的比較多,是現(xiàn)代行程檢測(cè)的發(fā)展方向?；诖胖律炜s效應(yīng)液壓缸行程檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖d)所示。[8] 1.液壓缸 2.直線電位器 DC.直流電源 a)使用電位器 b) 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)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(cè)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(lái)越注重材料的利用率、縮短加工周期以降低生產(chǎn)成本。 （2

39、）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(tái)上，這必將成為一種趨勢(shì)。 參考文獻(xiàn)： [1] 浙江大學(xué)。內(nèi)置位移傳感器的單出桿雙作用對(duì)稱液壓缸[P]。中國(guó)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(guó)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(duì)稱液壓缸[P]。中國(guó)專利。CN 1584350A。2005.02.23。 [4] 劉會(huì)國(guó)。雙作用伸縮式液壓缸。液壓與氣動(dòng)[J]，2003（09），62-62。 [5] 南通液壓機(jī)械有限公司。多級(jí)同步伸縮雙作用液壓缸[P]。中國(guó)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(jí)套筒液壓缸[J]。液壓與氣動(dòng)，2003（8），39-41。 [8] 鄧飄,邱義,張寶生。液壓缸行程檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]。液壓與氣動(dòng)，2008(11),60-63。