双作用多级液压缸设计分析

刘金胜

摘要：双作用多级液压缸的制作难度、维修难度相比于传统液压缸来说更高。本文重点分析了一种双作用多级液压缸的结构，说明了其在工作时的大致过程，并给出了相应的工作原理，提出了优化改进方案。

关键词：双作用多级液压缸；结构；设计

双作用多级液压缸是一种区别于传统液压缸的新型液压机器，与后者相比，前者的优点是结构非常紧凑，且外形很小，可以满足空间不大的环境，还能够满足外伸内缩时带动负载的功能。但相比普通液压缸，其结构又比较复杂，成本与加工难度很高，都必须由专业的工厂设计。

1.液压结构设计

在系统对负载的运动速度没有具体要求，而只是对其推力和行程有要求的情况下，对液压缸的结构进行了设计。其结构设计图如图1所示。此液压缸是双作用两级活塞式的。由第一级活塞，第二级活塞还有缸筒构成，其中1为缸筒，2为第一级活塞，3为第二级活塞。首先将第一级的活塞筒部做成双层的结构，并在外层的左端开有一个小孔（D），内层的右侧开有小孔E，液压缸的油口A在第二级的活塞杆上面，并在第二级活塞杆上开一小孔C，且C与B相通，B口通过其通道与液压缸的右半部分相连[1]。

2.双作用多级液压缸工作过程

我们将第一级的活塞左半部分的有效面积称为S1，右半部分面积为S2，第二级活塞左端部分的面积为S2，有端部分的有效面積为S2a.一般情况下，我们将液压缸活塞向外伸展时分为两种情况，第一种为第二级活塞不动，第一级活塞运动，两级活塞一起向外翻。第二种是每当第一级到达右面的点时，其所受的压力等于第二级活塞左半部分所受的压力，将第二级活塞推到第一级活塞的右半部分。在上述分析活塞外伸过程中，考虑到活塞的右端有效面积相对于左端面积比较小，而且外伸时有杆腔的压力比较低，忽略了作用在活塞右端上的液压力，这与实际是符合的[2]。我们从多级液压缸的工作过程可以看出这种液压缸较单级液压缸的效率更高，需注意方面更多。

3.二级双作用液压缸的设计注意点

在二级双作用液压缸中，其一级活塞杆制作过程比较复杂，在设计时要详细地考虑合理的设置。首先应注意在焊缝的设计时要留有足够的空间，其次要注意应该在磨平打光之前对左右油口进行加工；第三在设计内外钢管间的间隙时通常有两种设计方法，一种是内外管的外表面设置轴向槽；另一种是在内钢管外表设置螺旋槽，在螺旋槽和轴向槽的设置中必须在保证油量的前提下进行。第四在选择密封的材料时，要根据实际情况进行选择。其一般分为U和Y型（字母型），孔用组合，轴用组合三种情况。最后由于多级伸缩液压缸的活塞在整个系统里起着支撑作用。因此对于活塞和导向套的选择则要求其摩擦的阻力小，耐磨性强，承受压力大。

4.设计后的工作原理

当双作用多级液压缸活塞加装复合阀时，可以达到三种状态。第一种为在液压介质压力比较低时阀片不会移动。固定的阀片是密封的，液压的很小的流量会通过节流孔。这样可以使该种多级液压缸形成一种顺序。第二种状态就是上一级的油缸回路动作完成以后，液压的压力会变大。介质压力升高后会使移动阀片靠近箭头的方向。这时便会形成一个空间。随后液压介质便会向右靠近，复合阀转换成大流量供油的状态。第三种状态就是通过复合阀来实现节流，在油路被阻碍的情况下，通过复合阀的小孔实现回油，实现缓冲。双作用多级液压缸伸出时的缓冲原理就是在一定限度的固定流量下，因为活塞面积的大小差异，速度会加快，

为了实现伸出时的节流缓冲效果，将有杆腔的供排油流道设计成大小孔前后并行的结构，大孔在靠近前盖侧，在每级油缸运动到接近前时，大的孔进入前盖导向环形区域遮盖，有杆腔的回油通过靠近活塞的小孔固定节流排出，从而实现液压缸每一级活塞的缓冲。我们同过对于工作原理的分析可以得出经验，总结分析，将双作用多级液压缸的优点阐明出来，并对工作原理进行延伸，从而找到更有效的手段进行工艺设计，使其达到最好的效果。

5.优化方案

在进行双作用多级液压缸的设计时，要进行细致的优化，当每一级活塞伸缩时，由于液压缸本身并不具备缓冲减压的功能，所以应该在做液压缸的运动位置检测时给予更多的考虑，但这种考虑会增加费用，浪费成本，当在信号失去控制时，会对液压缸造成损害。我们研究了双作用多级液压缸的结构，结合经验，研究出一种拥有缓冲系统的方案。就是在每一级的活塞上安装复合阀，并将油管伸长。当活塞完成收回时，要将每一级的活塞和无杆腔油管通过密封，并设计一种大小孔的装置，大孔要放在比较前面，小孔比较靠近活塞。液压复合阀是由孔用弹性挡圈、固定阀片、移动阀片弹簧等几部分构成的。我们在对内部结构和工艺进行优化时，一定要考虑到符合标准的因素，暨质量要达到最优标准，成本达到最合理标准。并不可一味的为了完成结构的设计而忽视了其他条件。

6.结束语

双作用多级液压缸是一种新型高效的液压缸。具有普通液压缸所具备的一切优势，还有特殊性。这种新型液压缸很复杂，无论从设计还是工艺需要的成本更高。我们在日常加工中，需要结合经验，进行灵活的处理。应该普及双作用多级液压缸的使用范围。加强其相关产业的工作效率。注重设计工艺，加大投入，从细节出发，深化新技术革命。

参考文献：

[1]孙晓林，王婷.一种新颖实用的双作用多级液压缸[J].液压与气动，2007，04：60.

[2]于贵文，臧克江，林晶.双作用多级液压缸的设计[J].中国工程机械学报，2007，04：430-433.