1、 机 电 信 息 工 程 学 院 液 压 传 动 课 程 论 文 液压缸的设计与增压回路 The design of Hydraulic cylinder and Monitor system 学 院（系）： 机电信息工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 2011022210 任 课 教 师： 机电信息工程学院 液压缸的设计和增压回路 - I - 摘 要 液压缸是 一种应用广泛 的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。通过查阅资料使我对液压缸有了更加深入的认识。它的结构简单，工作可靠而且应用广泛。 由此可见，它在液压系统
2、中的地位十分重要 。本篇文章 第一部分 从它的 类型、 组成、 结构、特点到它的设计 依次进行了详细的描写。 充分展现了它的重要性。 当然液压系统中还有很多重要的东西，在第二部分我对增压回路进行了详细的描写。给出了增压回路的概念，论述了他的工作原理及其应用。增压 回路可以节省能耗，而且工作可靠、噪声小，所以在液压系统中也有很高的地位。 关键词： 液压缸 ； 增压回路 ； 执行元件；应用；能量转换 液压缸的设计和增压回路 - II - The design of Hydraulic cylinder and Monitor system Abstract The hydraulic cylind
3、er is a widely used actuators。 It is a kind of device that can transfer liquid pressure energy into mechanical energy。 I have a more in-deep understanding of the hydraulic cylinder by data access。 It has the advantages of simple structure,reliable operation and wide application。 Therefore， its posit
4、ion in the hydraulic system is very significant。 This artile from the first part of its type、 comsition、 structure、 characteristics of its degien are carried out a detailed description。 Fully demonstrated its importance。 Of course,the hydiaulic system also has other important things,I have a detaile
5、d description of the monitor systerm in the second part of the article。 This paper discusses the concept of the monitor system、 the working principle and its application。 The monitor system can save the energy consumption、 reliable operation and low noise,so there is a very high position in the hydr
6、aulic system. Key Words： Hydraulic cylinder； Monitor system;； Executive element； Application；Energy conversion 液压缸的设计和增压回路 - III - 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 2 液压传动系统的执行元件 液压缸 . 1 2.1 液压缸的类型和特点 . 1 2.2 液压缸的组成 . 4 2.2.1缸体组件 . 4 2.2.2活塞组件 . 6 2.2.3密封装置 . 7 2.2.4缓冲装置 . 8 2.2.5排气装置 . 9 2.3液压缸的设计
7、计算 5 . 10 2.3.1液压缸主要尺寸的确定 . 10 2.3.2强度校核 . 10 2.3.3稳定性校核 . 10 2.3.4缓冲计算 . 10 3增压回路 . 10 3.1增压回路简介 . 10 3.2增压回路的应用 . 11 3.2.1工作原理 . 11 3.2.2 应用 . 12 4总结 . 12 参 考 文 献 . 12 液压缸的设计和增压回路 1 1 绪论 液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，但如从 1650 年帕斯卡提出静压传递原理、 1850年英国开始将帕斯卡原理先后应用于液压起重机 、压力机等算起，也已有二三百年历史了。早期的液压传动以水作为传动介质，近代液压传动是
8、由 19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化、微型化、智能化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。 液压技术已广泛应用于各个工业领域的技术装备上，例如机械制造、工程、建筑、矿山、冶金、船舶等机械，上至航空、航天工业，下至地矿、海洋开发工程，几乎无处不见液压技术的踪迹。液压技术的应用领域大致上可以归 纳为以下几个主要方面： （ 1）各种举升、搬运作业。尤其在行走机械和较大驱动功率的场合，液压传动已经成为一种主要方式。如起重机、起锚机等。 （ 2）各种需要作用力大
9、的推、挤、挖掘等作业装置。例如，各种液压机、塑料注射成型机等。 （ 3）高响应、高精度的控制。飞机和导弹的姿态控制等装置。 （ 4）多种工作程序组合的自动操作与控制。如组合机床、机械加工自动线。 （ 5）特殊工作场合。例如地下水下、防爆等。 2 液压传动系统的执行元件 液压缸 2.1 液压缸的类型和特点 液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液 体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置 。 液压缸有多种类型。按作用方式可分为单作用式和双作用式两种；按结构形式可分为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式四大类。 其中，单作用液压缸分为：单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、柱塞式液压缸、差动液
10、压缸和伸缩液压缸。但是，差动式液压缸和柱塞式液压缸只能单作用而不能液压缸的设计和增压回路 2 双作用。组合液压缸包括：弹簧复位式、齿条式、串联式和增压式四种。摆动液压缸又分为：单叶片式和双叶片式两种。下面以一种典型液压缸为例，说明液压缸的基本组成 【 1】 。 图 2-1 空心活塞式液压缸 结构 1、 15-活塞杆 2-堵头 3-托架 4、 7、 17-密封圈 5-排气孔 6-导向套 8-活塞 9-锥销 10-缸筒 11-压板 12-钢丝环 13、 23-纸垫 14-排气孔 16、 25-压盖 18、 24-缸盖 19-导向套 20-压板 21-钢丝环 22-锥销 空心活塞式液压缸如上图 2-
11、1 所示。它由缸筒 10，活塞 8，活塞杆 1、 15，缸盖18、 24，密封圈 4、 7、 17，导向套 6、 19，压板 11、 20等主要零件组成。这种液压缸活塞杆固 定，缸筒带动工作台作往复运动。活塞用锥销 9、 22与空心活塞杆连接，并用堵头 2堵死活塞杆的一头。缸筒两端外圆上套有钢丝环 12、 21，用于阻止压板11、 20 向外移动，从而通过螺栓将缸盖 18、 24 与压板相连（图中没有画出），并把缸盖压紧在缸筒的两端。为了减少泄漏，在液压缸中可能发生泄漏的结合面安放了密封圈和纸垫。空心活塞杆和其上的油口 a、 c提供了液压缸的进、出油口。当缸筒移动到左、右终端时，油口 a、 c
12、的开度逐渐减小，造成回油阻力逐渐增大，对运动部件起到制动缓冲作用。在缸盖上设有与排气阀（图中没有画出）相连的排气孔5、 14，可以排出液压缸中的空气，使运动更加平稳。 液压缸的设计和增压回路 3 表 2-1液压缸的类型和特点 类型 速度 作用力 特点 单 作 用 液 压 缸 双活塞杆液压缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的两侧都装有活塞杆，只能向活塞一侧供给压力油，由外力使活塞反向运动 单活塞杆液压缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞仅单向运动，返回行程利用自重或负荷将活塞推回 柱塞式液压缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞仅单向运动，由外力使柱塞反向运动 差动液压缸 U3=q/A3 F
13、3=p1A1 可使速度加快，但作用力相应减小 伸缩液压缸 - - 以短缸获得长行程；缸由大到小逐节推出，靠外力由小到大逐节缩回 双 作用液压缸 双活塞杆液压缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（ p1-p2） A1 F2=（ p2-p1） A2 双边有杆，双向液压驱动，双向推力和速度均相等 单活塞杆液压缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（ p1-p2） A1 F2=（ p2-p1） A2 单边有杆，双向液压驱动， u1 V U2， F1F2 伸缩液压缸 - - 双向液压驱动，由大到 小逐节推出，由小到大逐节缩回 弹簧复位液压缸 - - 单向由液压驱动，回程弹簧复位 液压缸的设计和
14、增压回路 4 组 合 液 压 缸 串联液压缸 U1=q/（ A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（ A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（ A1+A2） 用于缸的直径受限制，而长度不受限制处，可获得在的推力 增 压 缸 - - 由活塞缸和柱塞缸组合而成，低压油送入A腔， B腔输出高压油 齿条液压缸 - - 活塞的移动通过传动机构变成齿轮的往复回转运动 摆动液压缸 单叶片液压缸 W =8q/（ b（ D2-d2） T=p（ D2-d2） b/8 把液压能变为回转的机械能，输出轴摆动角 20MPa时，使用铸钢或锻钢 1。以下是几种常见的缸筒与缸盖的联接形式： 液压缸的设计和增压
15、回路 5 图 2-2(a)所示为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。图 2-2(b)所示为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图 2-2(c)所示为螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。图 2-2(d)所示为拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图 2-2(e)所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工
16、，且可能引起变形。 由此可见，缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒，还要求有良好的焊接性能。 为了能够最大限度的满足用户对产品性能的需求和产品设计的经济合理以及保证工人人身和设备安全， 改善操作者工作环境，洛阳强力液压股份有限公司所生产的液压缸缸筒毛坯件选择由专业厂方提供内圆已经过衍磨和外圆已加工的高精度冷拔无缝钢管，能满足以下要求： a、缸筒内径的圆度和圆柱度可选取 8级。 b、缸筒端面的垂直度选取 7级精度。 c、缸筒端部用螺纹连接时，螺纹应选取 6 级精度的细牙螺纹 3。 图 2-2缸筒和缸盖结构 (a)法兰连接式 (b)半环连接式 (c)螺纹连接式 (d)拉杆连接式
17、(e)焊接连接式 液压缸的设计和增压回路 6 2.2.2 活塞组件 活塞组件有活塞、活塞杆和连接件等组成，活塞与活塞杆连接形式决定于工作压力、安装形式、工作条件等。 由于活塞在缸筒内作往复运动，必须选用优质材料。对于整体式活塞，一般采用号钢或号钢；装配式的活塞 采用灰口铸铁、耐磨铸铁或铝合金等材料，有特殊要求时可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙等耐磨套，以延长活塞的使用寿命。活塞杆无论是空心的还是实心的其材料常采用号钢或号钢等材料，当冲击振动很大时，也可采用号钢或 Cr钢。 图 2-3所示为几种常见的活塞与活塞杆的连接形式 ： 图 2-3 (a)所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图图 2-3 (b)和 (c)所示为卡环式连接方式。图 2-3 (b)中活塞杆 5上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环 3以夹紧活塞 4，半环 3由轴套 2套住，而轴套 2的轴向位置用弹簧卡圈 1 来固定。图 2-3 (c)中的活塞杆，使用了两个半圆环 4，它们分别由两个密封圈座 2 套住，半圆形的活塞 3 安放在密封圈座的中间。图 2-3 (d)所示是一种径向销式连接结构，用锥销 1把活塞 2固连在活塞杆 3上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。 图 2-3 常见的活塞组件结构形式
