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
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
The design of Hydraulic cylinder and Monitor system
Abstract
The hydraulic cylinder 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 position 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 detailed 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 hydraulic system.
Key Words：Hydraulic cylinder；Monitor system;；Executive element；Application；Energy conversion
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
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
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2-1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。
表2-1液压缸的类型和特点
矩[2]
2.2 液压缸的组成
从以上液压缸的结构形式上可知：液压缸可以分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五大部分。
2.2.1缸体组件
缸筒组件有缸筒和缸盖组成。缸筒和缸盖的连接形式与其工作压力有关。当工作压力p20MPa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：
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，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]。
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３５号钢或４５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３５号钢或４５号钢等材料，当冲击振动很大时，也可采用５５号钢或４０Cr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
2.2.3密封装置
密封装置主要用来防止液压油的泄漏。液压缸因为是依靠密闭油液容积的变化来传递动力和速度，故密封装置的优劣，将直接影响液压缸的工作性能。根据两个需要密封的偶合面间有无相对运动，可把密封圈分为动密封和静密封两类。设计或选用密封装置的基本要求是：具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蚀性好，使用寿命长，使用的温度范围广，制造简单，装拆方便等。通常液压缸的密封有间隙密封、活塞环密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式来防止漏油。
图2-4密封装置
(a)间隙密封(b)摩擦环密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封
液压缸中常见的密封装置如上图2-4所示。图2-4 (a)所示为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。图2-4 (b)所示为摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但
加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封[4]。图2-4 (c)、图2-4 (d)所示为
密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。
对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一端。
2.2.4缓冲装置
当运动部件拖动质量较大的部件作往复运动时、运动速度较高时(v>12m/min)。运动部件惯性力较大，活塞运动到终端会与缸盖发生机械碰撞，产生冲击、噪声，严重时影响加工精度，甚至引起破坏性事故。因此，在液压缸内两端部应设置缓冲装置。
一般缓冲装置由缓冲柱塞、缓冲油腔、三角节流槽、单向阀、节流阀组成。组合的缓冲形有圆柱形环隙式、圆锥形环隙式、节流口可变式节流口可调式。
缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。
如下图2-5(a)所示，当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上的内孔时，孔中的液压油只能通过间隙δ排出，使活塞速度降低。由于配合间隙不变，故随着活塞运动速度的降低，起缓冲作用。当缓冲柱塞进入配合孔之后，油腔中的油只能经节流阀1排出，如图2-5 (b)所示。由于节流阀1是可调的，因此缓冲作用也可调节，但仍不能解决速度减低后缓冲作用减弱的缺点。如图2-5 (c)所示，在缓冲柱塞上开有三角槽，随着柱塞逐渐进入配合孔中，其节流面积越来越小，解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题。
图2-5 液压缸的缓冲装置
1—节流阀
2.2.5排气装置
液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗
入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和
系统中的空气排出。对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将
油口
布置
在缸
茼两
端的
最高
处，这
样也
能使
空气随
油
液排往油箱，在从油面逸出；对于速度稳定性要求较高的液压缸或大型液压缸，常在液压缸的最高处设置进出油口把气带走，也可在最高处设置放气孔或专门
的放气阀
2.3液压缸的设计计算[5]
2.3.1液压缸主要尺寸的确定
（1） 缸筒内径D （2）活塞杆直径d （3）缸筒长度L
2.3.2强度校核
（1）缸筒壁厚δ （2）活塞杆直径d的校核 （3）缸盖固定螺栓ds的校核
2.3.3稳定性校核
活塞杆受轴向压缩负载时，其值F 超过某一临界值 Fk，就会失去稳定。活塞杆稳定性按下式进行校核
式中 nk——安全系数，一般取nk=2～4。
2.3.4缓冲计算 (2.1)
液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时缸内出现的最大冲击压力，以便用来校核缸筒强度、制动距离是否符合要求。液压缸缓冲时，背压腔内产生的液压能E1和工作部件产生的机械能E2分别为：
E1=pcAclc （2.2）
E2=ppAplc+1mv2-Fflc 2
3增压回路
3.1增压回路简介
在液压传动系统中, 当液动机在某一段动作过程中或在特定条件下需要高压但对流量的需要又不太大时, 经常采用低压泵配以增压缸组成的液压自动换向增压回路来使液
动机获得高压。这样既可减小功率损失, 节省设备费用, 又可在无条件设计和制造高压泵的情况下使液动机同样能高压工作。
3.2增压回路的应用
3.2.1工作原理
液压自动换向增压回路是利用液体压力控制增压缸换向阀自动换向以实现增压换向的回路。即增压缸换向阀的不断换向是由外负荷的大小来决定,外负荷较小时, 不增压工作机构快速运行; 外负荷较大时, 自动增压, 工作机构慢速运行。这样既能随外负荷的大小自动增压, 又能按外负荷的大小改变运行速度。液压自动换向增压回路工作原理见图3-1液压自动换向增压回路
、
图3-1液压自动换向增压回路
液压泵1 输出压力液经可调节流阀12 进入增压缸换向阀3, 当增压缸换向阀在左位时, 压力液经单向阀7 分两路, 一路进入增压缸5 小活塞腔, 推动活塞左移, 为增压
作好准备, 另一路经单向阀8 进入液压机换向阀4, 通过改变液动机换向阀的左右位置, 使液动机6 活塞杆伸出或缩回。当外负荷增大至需要增压时, 即液压力大于增压缸换向阀的弹簧调定压力时, 增压缸换向阀自动换至右位, 泵排出压力液则经增压缸换向阀进入增压缸大活塞腔, 推动活塞右移, 迫使小活塞腔内高压液进入液动机内。当增压缸活塞右移至极限位置时, 大活塞腔内压力急骤增高, 达到释放二通阀11 弹簧调定压力时, 释放二通阀动作, 换至左位, 释放增压缸换向阀的控制压力, 使增压缸换向阀在弹簧作用下恢复原位( 左位) 。由于增压缸换向阀的复位, 增压缸大活塞腔与液箱接通回液, 释放二通阀控制压力释放, 在弹簧弹力作用下恢复至右位, 切断增压缸小活塞腔与液箱的回液通路, 同时, 泵排出的压力液又开始进入增压缸小活塞腔, 推动活塞左移, 重新为增压作好准备。不断重复如上动作, 连续对液动机自动增压。若调定增压
缸换向阀的弹簧预压力, 可改变液动机的快慢运行的工作压力, 调定释放二通阀的弹簧预压力,可改变液动机慢速运行的最高压力。
3.2.2 应用
在煤矿机械修造单位, 都需配置压力机, 以用于机器零部件的拆装、液压支柱以及各种液压缸承载能力的试验。而购置一台大吨位的压力机价格较贵。若采用若干根液压支柱自制一台液压压力机,并将图1 所示的液压自动换向增压回路应用于该液压压力机上, 即能获得较高的压力和较理想的工作性能。将图1 中的液压泵1 用乳化液泵代替, 液动机换成若干根并联的液压支柱, 其工作状态为:
( 1) 推程 推程可分为两个阶段, 既空载阶段和重载阶段。空载阶段液压活柱未接触压件, 液压力较小, 增压缸不工作, 活柱快速伸出; 重载阶段, 液压活柱接触被压件, 压力增高, 达到增压缸换向阀弹簧调定压力时, 增压缸开始工作, 液压活柱慢速伸出,此时便于观察受压件压力变化, 如发现问题立即停止供压, 保证安全。
( 2) 回程 指液压压力机活柱回缩过程。回程属于空载运行, 故活柱快速缩回, 增压缸不工作[6]。
4总结
经过一学期对液压传动这门课程的学习，使我对液压系统产生了浓厚的兴趣。但由于之前都是听老师在前面讲，所以学的也不是特别的扎实，今天，经过了这一周对论文的准备让我更深入的了解了液压系统。尤其是它的执行元件----液压缸有了更加深入的认识，从它的类型、结构、特点到它的设计我都是仔细查阅文档后才进行论文的编写的。因而这让我对这部分知识有了一个系统而又深入的学习，经过了这一周我可以很自豪的说：以后我对于液压系统再也不是“门外汉”了！
参 考 文 献
[1] 《重型机械标准》编写委员会编. 重型机械标准 第四卷 .北京：中国标准出版社 ，1995.
[2] 雷天觉主编 . 新编液压工程手册 .第二册 .北京：北京理工大学出版社，1998
[3] 贾培起. 液压缸［M］． 北京：科学技术出版社，1987
[4] 许贤良，王传礼． 液压传动系统［M］． 北京：国防工业出版社，2006．
[5]王积伟，章宏甲，黄谊.液压传动第二版.机械工业出版社，2013.
[6]田建生.中国知网，矿业日报第442期2006.
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
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
The design of Hydraulic cylinder and Monitor system
Abstract
The hydraulic cylinder 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 position 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 detailed 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 hydraulic system.
Key Words：Hydraulic cylinder；Monitor system;；Executive element；Application；Energy conversion
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
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
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2-1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。
表2-1液压缸的类型和特点
矩[2]
2.2 液压缸的组成
从以上液压缸的结构形式上可知：液压缸可以分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五大部分。
2.2.1缸体组件
缸筒组件有缸筒和缸盖组成。缸筒和缸盖的连接形式与其工作压力有关。当工作压力p20MPa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：
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，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]。
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３５号钢或４５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３５号钢或４５号钢等材料，当冲击振动很大时，也可采用５５号钢或４０Cr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
2.2.3密封装置
密封装置主要用来防止液压油的泄漏。液压缸因为是依靠密闭油液容积的变化来传递动力和速度，故密封装置的优劣，将直接影响液压缸的工作性能。根据两个需要密封的偶合面间有无相对运动，可把密封圈分为动密封和静密封两类。设计或选用密封装置的基本要求是：具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蚀性好，使用寿命长，使用的温度范围广，制造简单，装拆方便等。通常液压缸的密封有间隙密封、活塞环密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式来防止漏油。
图2-4密封装置
(a)间隙密封(b)摩擦环密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封
液压缸中常见的密封装置如上图2-4所示。图2-4 (a)所示为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。图2-4 (b)所示为摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但
加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封[4]。图2-4 (c)、图2-4 (d)所示为
密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。
对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一端。
2.2.4缓冲装置
当运动部件拖动质量较大的部件作往复运动时、运动速度较高时(v>12m/min)。运动部件惯性力较大，活塞运动到终端会与缸盖发生机械碰撞，产生冲击、噪声，严重时影响加工精度，甚至引起破坏性事故。因此，在液压缸内两端部应设置缓冲装置。
一般缓冲装置由缓冲柱塞、缓冲油腔、三角节流槽、单向阀、节流阀组成。组合的缓冲形有圆柱形环隙式、圆锥形环隙式、节流口可变式节流口可调式。
缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。
如下图2-5(a)所示，当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上的内孔时，孔中的液压油只能通过间隙δ排出，使活塞速度降低。由于配合间隙不变，故随着活塞运动速度的降低，起缓冲作用。当缓冲柱塞进入配合孔之后，油腔中的油只能经节流阀1排出，如图2-5 (b)所示。由于节流阀1是可调的，因此缓冲作用也可调节，但仍不能解决速度减低后缓冲作用减弱的缺点。如图2-5 (c)所示，在缓冲柱塞上开有三角槽，随着柱塞逐渐进入配合孔中，其节流面积越来越小，解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题。
图2-5 液压缸的缓冲装置
1—节流阀
2.2.5排气装置
液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗
入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和
系统中的空气排出。对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将
油口
布置
在缸
茼两
端的
最高
处，这
样也
能使
空气随
油
液排往油箱，在从油面逸出；对于速度稳定性要求较高的液压缸或大型液压缸，常在液压缸的最高处设置进出油口把气带走，也可在最高处设置放气孔或专门
的放气阀
2.3液压缸的设计计算[5]
2.3.1液压缸主要尺寸的确定
（1） 缸筒内径D （2）活塞杆直径d （3）缸筒长度L
2.3.2强度校核
（1）缸筒壁厚δ （2）活塞杆直径d的校核 （3）缸盖固定螺栓ds的校核
2.3.3稳定性校核
活塞杆受轴向压缩负载时，其值F 超过某一临界值 Fk，就会失去稳定。活塞杆稳定性按下式进行校核
式中 nk——安全系数，一般取nk=2～4。
2.3.4缓冲计算 (2.1)
液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时缸内出现的最大冲击压力，以便用来校核缸筒强度、制动距离是否符合要求。液压缸缓冲时，背压腔内产生的液压能E1和工作部件产生的机械能E2分别为：
E1=pcAclc （2.2）
E2=ppAplc+1mv2-Fflc 2
3增压回路
3.1增压回路简介
在液压传动系统中, 当液动机在某一段动作过程中或在特定条件下需要高压但对流量的需要又不太大时, 经常采用低压泵配以增压缸组成的液压自动换向增压回路来使液
动机获得高压。这样既可减小功率损失, 节省设备费用, 又可在无条件设计和制造高压泵的情况下使液动机同样能高压工作。
3.2增压回路的应用
3.2.1工作原理
液压自动换向增压回路是利用液体压力控制增压缸换向阀自动换向以实现增压换向的回路。即增压缸换向阀的不断换向是由外负荷的大小来决定,外负荷较小时, 不增压工作机构快速运行; 外负荷较大时, 自动增压, 工作机构慢速运行。这样既能随外负荷的大小自动增压, 又能按外负荷的大小改变运行速度。液压自动换向增压回路工作原理见图3-1液压自动换向增压回路
、
图3-1液压自动换向增压回路
液压泵1 输出压力液经可调节流阀12 进入增压缸换向阀3, 当增压缸换向阀在左位时, 压力液经单向阀7 分两路, 一路进入增压缸5 小活塞腔, 推动活塞左移, 为增压
作好准备, 另一路经单向阀8 进入液压机换向阀4, 通过改变液动机换向阀的左右位置, 使液动机6 活塞杆伸出或缩回。当外负荷增大至需要增压时, 即液压力大于增压缸换向阀的弹簧调定压力时, 增压缸换向阀自动换至右位, 泵排出压力液则经增压缸换向阀进入增压缸大活塞腔, 推动活塞右移, 迫使小活塞腔内高压液进入液动机内。当增压缸活塞右移至极限位置时, 大活塞腔内压力急骤增高, 达到释放二通阀11 弹簧调定压力时, 释放二通阀动作, 换至左位, 释放增压缸换向阀的控制压力, 使增压缸换向阀在弹簧作用下恢复原位( 左位) 。由于增压缸换向阀的复位, 增压缸大活塞腔与液箱接通回液, 释放二通阀控制压力释放, 在弹簧弹力作用下恢复至右位, 切断增压缸小活塞腔与液箱的回液通路, 同时, 泵排出的压力液又开始进入增压缸小活塞腔, 推动活塞左移, 重新为增压作好准备。不断重复如上动作, 连续对液动机自动增压。若调定增压
缸换向阀的弹簧预压力, 可改变液动机的快慢运行的工作压力, 调定释放二通阀的弹簧预压力,可改变液动机慢速运行的最高压力。
3.2.2 应用
在煤矿机械修造单位, 都需配置压力机, 以用于机器零部件的拆装、液压支柱以及各种液压缸承载能力的试验。而购置一台大吨位的压力机价格较贵。若采用若干根液压支柱自制一台液压压力机,并将图1 所示的液压自动换向增压回路应用于该液压压力机上, 即能获得较高的压力和较理想的工作性能。将图1 中的液压泵1 用乳化液泵代替, 液动机换成若干根并联的液压支柱, 其工作状态为:
( 1) 推程 推程可分为两个阶段, 既空载阶段和重载阶段。空载阶段液压活柱未接触压件, 液压力较小, 增压缸不工作, 活柱快速伸出; 重载阶段, 液压活柱接触被压件, 压力增高, 达到增压缸换向阀弹簧调定压力时, 增压缸开始工作, 液压活柱慢速伸出,此时便于观察受压件压力变化, 如发现问题立即停止供压, 保证安全。
( 2) 回程 指液压压力机活柱回缩过程。回程属于空载运行, 故活柱快速缩回, 增压缸不工作[6]。
4总结
经过一学期对液压传动这门课程的学习，使我对液压系统产生了浓厚的兴趣。但由于之前都是听老师在前面讲，所以学的也不是特别的扎实，今天，经过了这一周对论文的准备让我更深入的了解了液压系统。尤其是它的执行元件----液压缸有了更加深入的认识，从它的类型、结构、特点到它的设计我都是仔细查阅文档后才进行论文的编写的。因而这让我对这部分知识有了一个系统而又深入的学习，经过了这一周我可以很自豪的说：以后我对于液压系统再也不是“门外汉”了！
参 考 文 献
[1] 《重型机械标准》编写委员会编. 重型机械标准 第四卷 .北京：中国标准出版社 ，1995.
[2] 雷天觉主编 . 新编液压工程手册 .第二册 .北京：北京理工大学出版社，1998
[3] 贾培起. 液压缸［M］． 北京：科学技术出版社，1987
[4] 许贤良，王传礼． 液压传动系统［M］． 北京：国防工业出版社，2006．
[5]王积伟，章宏甲，黄谊.液压传动第二版.机械工业出版社，2013.
[6]田建生.中国知网，矿业日报第442期2006.