液壓油缸

液壓油缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場(chǎng)合而定，其他裝置則必不可少。

液壓油缸的工作原理

液壓傳動(dòng)原理：以油液作為工作介質(zhì)，通過密封容積的變化來傳遞運(yùn)動(dòng)，通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動(dòng)力。

1、動(dòng)力部分－將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能（液壓能）。例如：液壓泵。

2、執(zhí)行部分－將液壓泵輸入的油液壓力能轉(zhuǎn)換為帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的機(jī)械能。例如：液壓缸、液壓馬達(dá)。

3、控制部分－用來控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量和流動(dòng)方向。例如：壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。

4、輔助部分－將前面三部分連接在一起，組成一個(gè)系統(tǒng)，起貯油、過濾、測(cè)量和密封等作用。例如：管路和接頭、油箱、過濾器、蓄能器、密封件和控制儀表等。

在一定體積的液體上的任意一點(diǎn)施加的壓力，能夠大小相等地向各個(gè)方向傳遞。這意味著當(dāng)使用多個(gè)液壓缸時(shí)，每個(gè)液壓缸將按各自的速度拉或推，而這些速度取決于移動(dòng)負(fù)載所需的壓力。

在液壓缸承載能力范圍相同的情況下，承載最小載荷的液壓缸會(huì)首先移動(dòng)，承載最大載荷的液壓缸最后移動(dòng)。

為使液壓缸同步運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到載荷在任一點(diǎn)以同一速度被頂升，一定要在系統(tǒng)中使用控制閥或同步頂升系統(tǒng)元件。

液壓缸的種類

根據(jù)常用液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，可將其分為三種類型：環(huán)衛(wèi)垃圾車的液壓缸的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其分類方法也有多種：按運(yùn)動(dòng)方式可分為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)式和回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式；按受液壓力作用情況可分為單作用式、雙作用式；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、多級(jí)伸縮套筒式，齒輪齒條式等；按安裝形式可分為拉桿、耳環(huán)、底腳、鉸軸等；按壓力等級(jí)可分為16Mpa、25Mpa、31.5Mpa等。

活塞式

單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿，其兩端進(jìn)出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，故稱為雙作用缸。

活塞僅能單向運(yùn)動(dòng)，其反方向運(yùn)動(dòng)需由外力來完成。但其行程一般較活塞式液壓缸大。

活塞式液壓缸的工作原理

活塞式液壓缸可分為單桿式和雙桿式兩種結(jié)構(gòu)，其固定方式由缸體固定和活塞桿固定兩種，按液壓力的作用情況有單作用式和雙作用式。在單作用式液壓缸中，壓力油只供液壓缸的一腔，靠液壓力使缸實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)則靠外力（如彈簧力、自重或外部載荷等）來實(shí)現(xiàn)；而雙作用液壓缸活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)則通過兩腔交替進(jìn)油，靠液壓力的作用來完成。

它只在活塞的一側(cè)設(shè)有活塞桿，因而兩腔的有效作用面積不同。在供油量相同時(shí)，不同腔進(jìn)油，活塞的運(yùn)動(dòng)速度不同；在需克服的負(fù)載力相同時(shí)，不同腔進(jìn)油，所需要的供油壓力不同，或者說在系統(tǒng)壓力調(diào)定后，環(huán)衛(wèi)垃圾車液壓缸兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)所能克服的負(fù)載力不同。

柱塞式

（1）柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；

（2）柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長(zhǎng)行程液壓缸；

（3）工作時(shí)柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；

（4）柱塞重量往往較大，水平放置時(shí) 容易因自重而下垂，造成密封件和導(dǎo)向單邊磨損，故其垂直使用更有利。

伸縮式

伸縮式液壓缸具有二級(jí)或多級(jí)活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的行程，而縮回時(shí)長(zhǎng)度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。有多個(gè)一次運(yùn)動(dòng)的活塞，各活塞逐次運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出速度和輸出力均是變化的。

擺動(dòng)式

擺動(dòng)式液壓缸是輸出扭矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，有單葉片、雙葉片、螺旋擺動(dòng)等幾種形式。葉片式式：定子塊固定在缸體上，而葉片和轉(zhuǎn)子連接在一起。根據(jù)進(jìn)油方向，葉片將帶動(dòng)轉(zhuǎn)子作往復(fù)擺動(dòng)。螺旋擺動(dòng)式又分單螺旋擺動(dòng)和雙螺旋兩種，現(xiàn)在雙螺旋比較常用，靠?jī)蓚€(gè)螺旋副降液壓缸內(nèi)活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

液壓油缸選型

1、初選缸徑/桿徑（以單活塞桿雙作用液壓缸為例）

條件一：已知設(shè)備或裝置液壓系統(tǒng)控制回路供給液壓缸的油壓P、流量Q及其工況需要液壓缸對(duì)負(fù)載輸出力的作用方式（推、拉、既推又拉）和相應(yīng)力（推力F1、拉力F2、推力F1和拉力F2）的大?。☉?yīng)考慮負(fù)載可能存在的額外阻力）。針對(duì)負(fù)載輸出力的三種不同作用方式，其缸徑/桿徑的初選方法如下：

（1）輸出力的作用方式為推力F1的工況：

初定缸徑D：由條件給定的系統(tǒng)油壓P（注意系統(tǒng)的流道壓力損失），滿足推力F1的要求對(duì)缸徑D進(jìn)行理論計(jì)算，參選標(biāo)準(zhǔn)缸徑系列圓整后初定缸徑D；

初定桿徑d：由條件給定的輸出力的作用方式為推力F1的工況，選擇原則要求桿徑在速比1.46~2（速比：液壓缸活塞腔有效作用面積與活塞桿腔有效作用面積之比）之間，具體需結(jié)合液壓缸回油背壓、活塞桿的受壓穩(wěn)定性等因素，參照相應(yīng)的液壓缸系列速比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行桿徑d的選擇。

（2）輸出力的作用方式為拉力F2的工況：

假定缸徑D，由條件給定的系統(tǒng)油壓P（注意系統(tǒng)的沿程壓力損失），滿足拉力F2的要求對(duì)桿徑d進(jìn)行理論計(jì)算，參選標(biāo)準(zhǔn)桿徑系列后初定桿徑d，再對(duì)初定桿徑d進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)后確定。

（3）輸出力的作用方式為推力F1和拉力F2的工況：

參照以上（1）、（2）兩種方式對(duì)缸徑D和桿徑d進(jìn)行比較計(jì)算，并參照液壓缸缸徑、桿徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行選擇。

條件二：已知設(shè)備或裝置需要液壓缸對(duì)負(fù)載輸出力的作用方式（推、拉、既推又拉）和相應(yīng)力（推力F1、拉力F2、推力F1和拉力F2）大?。☉?yīng)考慮負(fù)載可能存在的額外阻力）。但其設(shè)備或裝置液壓系統(tǒng)控制回路供給液壓缸的油壓P、流量Q等參數(shù)未知，針對(duì)負(fù)載輸出力的三種不同作用方式，其缸徑/桿徑的初選方法如下：

（1）根據(jù)本設(shè)備或裝置的行業(yè)規(guī)范或特點(diǎn)，確定液壓系統(tǒng)的額定壓力P；專用設(shè)備或裝置液壓系統(tǒng)的額定壓力由具體工況定，一般建議在中低壓或中高壓中進(jìn)行選擇。

（2）根據(jù)本設(shè)備或裝置的作業(yè)特點(diǎn)，明確液壓缸的工作速度要求。

（3）參照“條件一”缸徑/桿徑的初選方法進(jìn)行選擇。

注：缸徑D、桿徑d可根據(jù)已知的推（拉）力、壓力等級(jí)等條件由下表進(jìn)行初步查取。

不同壓力等級(jí)下各種缸徑/桿徑對(duì)應(yīng)理論推（拉）力表

2、選定行程/安裝方式

根據(jù)設(shè)備或裝置系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的要求，確定安裝方式和行程S，具體確定原則如下：

安裝方式的確定原則：

（1）法蘭安裝

適合于液壓缸工作過程中固定式安裝，其作用力與支承中心處于同一軸線的工況；其安裝方式選擇位置有端部、中部或尾部三種，如何選擇取決作用于負(fù)載的主要作用力對(duì)活塞桿造成壓縮（推）應(yīng)力、還是拉伸（拉）應(yīng)力，一般壓縮（推）應(yīng)力采用尾部、中部法蘭安裝，拉伸（拉）應(yīng)力采用端部、中部法蘭安裝，確定采用端部、中部或尾部法蘭安裝需同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和長(zhǎng)行程壓縮（推）力工況的液壓缸彎曲穩(wěn)定性確定。

（2）鉸支安裝

分為尾部單（雙）耳環(huán)安裝和端部、中部或尾部耳軸安裝，適合于液壓缸工作過程中其作用力使在其中被移動(dòng)的機(jī)器構(gòu)件沿同一運(yùn)動(dòng)平面呈曲線運(yùn)動(dòng)路徑的工況；當(dāng)帶動(dòng)機(jī)器構(gòu)件進(jìn)行角度作業(yè)時(shí)，其實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用力和機(jī)器連桿機(jī)構(gòu)的杠桿臂與鉸支安裝所產(chǎn)生的力的角度成比例。

a）尾部單（雙）耳環(huán)安裝

尾部單耳環(huán)安裝是鉸支安裝工況中最常用的一種安裝方式，適合于活塞桿端工作過程中沿同一運(yùn)動(dòng)平面呈曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞桿將沿一個(gè)實(shí)際運(yùn)動(dòng)平面兩側(cè)不超過3°的路徑工況或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要的單耳環(huán)安裝工況；此時(shí)可以采用尾部和桿端球面軸承安裝，但應(yīng)注意球面軸承安裝允許承受的壓力載荷。

尾部雙耳環(huán)安裝適合于活塞桿端工作過程中沿同一運(yùn)動(dòng)平面呈曲線運(yùn)動(dòng)路徑的工況；它可以在同一運(yùn)動(dòng)平面任意角度使用，在長(zhǎng)行程推力工況必須充分考慮活塞桿由于缸的“折力”作用而引起的側(cè)向載荷導(dǎo)致縱彎。

b）端部、中部或尾部耳軸安裝

中部固定耳軸安裝是耳軸安裝最常用的安裝方式，耳軸的位置可以布置成使缸體的重量平衡或在端部與尾部之間的任意位置以適應(yīng)多種用途的需要。耳軸銷僅針對(duì)剪切載荷設(shè)計(jì)而不應(yīng)承受彎曲應(yīng)力，應(yīng)采用同耳軸一樣長(zhǎng)、帶有支承軸承的剛性安裝支承座進(jìn)行安裝，安裝時(shí)支承軸承應(yīng)盡可能靠近耳軸軸肩端面，以便將彎曲應(yīng)力降至最小。

c）尾部耳軸安裝與尾部雙耳環(huán)安裝工況相近，選擇方法同上。

d）端部耳軸安裝適合于比尾端或中部位置采用鉸支點(diǎn)的缸更小桿徑的液壓缸，對(duì)長(zhǎng)行程端部耳軸安裝的缸必須考慮液壓缸懸垂重量的影響。為保證支承軸承的有效承載，建議該種安裝的液壓缸行程控制在缸徑的5倍以內(nèi)。

（3）腳架安裝

適合于液壓缸工作過程中固定式安裝，其安裝平面與缸的中心軸線不處于同一平面的工況，因此當(dāng)液壓缸對(duì)負(fù)載施加作用力時(shí)，腳架安裝的缸將產(chǎn)生一個(gè)翻轉(zhuǎn)力矩，如液壓缸沒有很好與它所安裝的構(gòu)件固定或負(fù)載沒有進(jìn)行合適的導(dǎo)向，則翻轉(zhuǎn)力矩將對(duì)活塞桿產(chǎn)生較大的側(cè)向載荷，選擇該類安裝時(shí)必須對(duì)所安裝的構(gòu)件進(jìn)行很好的定位、緊固和對(duì)負(fù)載進(jìn)行合適的導(dǎo)向，其安裝方式選擇位置有端部和側(cè)面腳架安裝兩種。

行程的確定原則

（1）行程S=實(shí)際最大工作行程Smax 行程富裕量△S；行程富?！鱏=行程余量△S1 行程余量△S2 行程余量△S3。

（2）行程富裕量△S的確定原則。一般條件下應(yīng)綜合考慮：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝尺寸的制造誤差需要的行程余量△S1、液壓缸實(shí)際工作時(shí)在行程始點(diǎn)可能需要的行程余量△S2和終點(diǎn)可能需要的行程余量△S3（注意液壓缸有緩沖功能要求時(shí)：行程富裕量△S的大小對(duì)緩沖功能將會(huì)產(chǎn)生直接的影響，建議盡可能減小行程富裕量△S）；

（3）對(duì)長(zhǎng)行程（超出本產(chǎn)品樣本各系列允許的最長(zhǎng)行程）或特定工況的液壓缸需針對(duì)其具體工況（負(fù)載特性、安裝方式等）進(jìn)行液壓缸穩(wěn)定性的校核。（必要時(shí)請(qǐng)與產(chǎn)品公司技術(shù)部垂詢）；

（4）對(duì)超短行程（超出本產(chǎn)品樣本各系列某些安裝方式許可的最短行程）的液壓缸必要時(shí)請(qǐng)與產(chǎn)品品牌公司技術(shù)部垂詢。

3、端位緩沖的選擇

下列工況應(yīng)考慮選擇兩端位緩沖或一端緩沖：

（1）液壓缸活塞全行程運(yùn)行，其往返動(dòng)行速度大于100mm/s的工況，應(yīng)選擇兩端緩沖。

（2）液壓缸活塞單向往（返）速度大于100mm/s且運(yùn)行至行程端位的工況，應(yīng)選擇一端或兩端緩沖。

（3）其他特定工況。

4、油口類型與通徑選擇

（1）油口類型：

內(nèi)螺紋式、法蘭式及其他特殊型式，其選擇由系統(tǒng)中連接管路的接管方式確定。

（2）油口通徑選擇原則：

在系統(tǒng)與液壓缸的連接管路中介質(zhì)流量已知條件下，通過油口的介質(zhì)流速一般不大于5mm/s，同時(shí)注意速比的因素，確定油口通徑。

5、特定工況對(duì)條件選擇

（1）工作介質(zhì)：正常介質(zhì)為礦物油，其他介質(zhì)必須注意其對(duì)密封系統(tǒng)、各部件材料特性等條件的影響。

（2）環(huán)境或介質(zhì)溫度：正常工作介質(zhì)溫度為-20℃至 80℃，超出該工作溫度必須注意其對(duì)密封系統(tǒng)、各部件材料特性及冷卻系統(tǒng)設(shè)置等條件的影響。

（3）高運(yùn)行精度：對(duì)伺服或其他如中高壓以上具有低啟動(dòng)壓力要求的液壓缸，必須注意其對(duì)密封系統(tǒng)、各部件材料特性及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等條件的影響。

（4）零泄漏：對(duì)具有特定保壓要求的液壓缸，必須注意其對(duì)密封系統(tǒng)、各部件材料特性等條件的影響。

（5）工作的壓力、速度，工況如：

a）中低壓系統(tǒng)、活塞往返速度≥70~80mm/s

b）中高壓、高壓系統(tǒng)、活塞往返速度≥100~120mm/s

必須注意對(duì)密封系統(tǒng)、各部件材料特性、聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)及配合精度等條件的影響。

（6）高頻振動(dòng)的工作環(huán)境：必須注意其對(duì)各部件材料特性、聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等因素的影響。

（7）低溫結(jié)冰或污染的工作環(huán)境，工況如：

1）高粉塵等環(huán)境；

2）水淋、酸霧或鹽霧等環(huán)境。

必須注意其對(duì)密封系統(tǒng)、各部件材料特性、活塞桿的表面處理及產(chǎn)品的防護(hù)等條件的影響。

6、密封件品質(zhì)的選擇

情況一、無特定工況、特定品質(zhì)要求，依產(chǎn)品公司標(biāo)準(zhǔn)密封系統(tǒng)采用，必要詳情可與產(chǎn)品公司技術(shù)部垂詢。

情況二、有如前所述的特定工況、無指定品質(zhì)要求，依產(chǎn)品公司特定密封系統(tǒng)采用，必要詳情可與產(chǎn)品公司技術(shù)部垂詢。

情況三、有如前所述的特定工況、有指定品質(zhì)要求，建議密封系統(tǒng)由產(chǎn)品公司專業(yè)工程師推薦采用。

情況四、液壓缸的密封系統(tǒng)失效后果嚴(yán)重（如影響安全、不易更換、經(jīng)濟(jì)損失大等），建議密封系統(tǒng)由產(chǎn)品公司專業(yè)工程師推薦。

情況五、對(duì)配套出口的液壓缸密封系統(tǒng)，建議由產(chǎn)品公司專業(yè)工程師依據(jù)工況推薦采用互換性好、易采購(gòu)的知名密封品質(zhì)。

7、其它特性的選擇

（1）排氣閥：根據(jù)液壓缸的工作位置狀態(tài)，其正常設(shè)置在兩腔端部腔內(nèi)空氣最終淤積的最高點(diǎn)位置，空氣排盡后可防止爬行、保護(hù)密封，同時(shí)可減緩油液的變質(zhì)。

（2）泄漏油口：在嚴(yán)禁油液外泄的工作環(huán)境中，由于液壓缸行程長(zhǎng)或某些工況，致使其往返工作過程中油液在防塵圈背后淤積，防止長(zhǎng)時(shí)間工作后外泄，而必須在油液淤積的位置設(shè)置泄漏口。