活塞式液壓缸及柱塞式液壓缸

    活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種。

(1)雙桿式活塞缸。雙桿式活塞缸是活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。圖B(a)所示為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進(jìn)、出油口布置在缸筒兩端，活塞通過(guò)活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，當(dāng)活塞的有效行程為l時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為3l，所以機(jī)床占地面積大，一般適用于小型機(jī)床。當(dāng)工作臺(tái)行程要求較長(zhǎng)時(shí)，可采用圖B(b)所示的活塞桿固定的形式，缸體與工作臺(tái)相連，活塞桿通過(guò)支架固定在機(jī)床上，動(dòng)力由缸體傳出。在這種安裝形式中，工作臺(tái)的移動(dòng)范圍只等于液壓缸有效行程l的2倍(2l)，因此占地面積小。進(jìn)、出油口可以設(shè)置在固定不動(dòng)的空心的活塞桿的兩端，但必須使用軟管連接。

 

由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑通常是相等的，因此它左、右兩腔的有效面積也相等。當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度相等。活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d，液壓缸進(jìn)、出油腔的壓力為P1和p2，輸人流量為q，雙桿活塞缸的推力F和速度口為

                 F1=F2=A(p1-p2)=(π/4)(D2-d2)(p1-p2)                (5-1)

                      v1=v2=q/A=4q/π(D2-d2)                     (5-2)

式中，d為活塞桿直徑；D為活塞直徑；p1、p2為液壓缸進(jìn)、出油腔的工作壓力,q為輸入液壓缸的流量。

    雙桿式活塞缸在工作時(shí)，設(shè)計(jì)成一個(gè)活塞桿是受拉的，而另一個(gè)活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細(xì)些。

(2)單桿式活塞缸。如圖C所示，活塞只有一端帶活塞桿，單桿式活塞缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺(tái)移動(dòng)范圍都是活塞有效行程的2倍。

 

    由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個(gè)方向上的輸出推力和速度也不等，其值分別為

                F1=(p1A1-p2A2)=π/4[p1D2-p2(D2-d2)]                (5-3)

                         v1=q/A1=4q/πD2                        (5-4)

                  F2=p1A2-p2A1=π/4[p1(D2-d2)-p2D2]                 (5-5)

                        v2=q/A2=4q/π(D2-d2)                     (5-6)

式中，d為活塞桿直徑；D為活塞直徑；p1為液壓缸的工作壓力；q為輸入液壓缸的流量。

    由式(5-3) ～式(5-6)可知，由于A1＞A2，所以F1＞F2，v1＜v2。如果把兩個(gè)方向上的輸出速度v2和v1的比值稱(chēng)為速度比，記為φ，則

                Φ=v2/v1=[4q/π(D2-d2)]/(4q/πD2)                          (5-7)

    因此，活塞桿直徑越小，Φ越接近于1，活塞兩個(gè)方向的速度差值也就越小。如果活塞桿較粗，活塞兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的速度差值就較大，可用于快速退回運(yùn)動(dòng)。在已知D和Φ的情況下，可以較方便地確定d，即

                          D=D√￣[(Φ-1)/Φ]                   （5-8）

    (3)差動(dòng)油缸。如果向單桿活塞缸的左、右兩腔用油管連通并同時(shí)通入高壓油，即差動(dòng)連接，如圖D所示。作差動(dòng)連接的單出桿液壓缸稱(chēng)為差動(dòng)液壓缸，開(kāi)始工作時(shí)差動(dòng)缸左、右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔（無(wú)桿腔）的有效面積大于右腔（有桿腔）的有效面積，故活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使右腔中排出的油液（流量為q′）也進(jìn)入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)，從而也加快了活塞移動(dòng)的速度。實(shí)際上活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于差動(dòng)連接時(shí)兩腔間的管路中有壓力損失，所以右腔中油液的壓力稍大于左腔油液壓力，而這個(gè)差值一般都較小，可以忽略不計(jì)，則差動(dòng)連接時(shí)活塞推力F3和運(yùn)動(dòng)速度v3為

                      F3=p1(A1-A2)=p1(πd2/4)                    (5-9)

進(jìn)入無(wú)桿腔的流量為

Q1=v3(πD2/4)=q+v3[π(D2-d2)/4]    (5-10)

式中，d為活塞桿直徑；D為活塞直徑；p1為液壓缸的工作壓力；q為泵輸出流量。

    由式(5-9)、式(5-10)可知，差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng)連接時(shí)大。利用這一點(diǎn)，可使在不加大油源流量的情況下得到較快的運(yùn)動(dòng)速度，這種連接方式被廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床的液壓動(dòng)力系統(tǒng)和其他機(jī)械設(shè)備的快速運(yùn)動(dòng)中。如果要求機(jī)床往返快速相等時(shí)，即使v1=v2，則由式(5-6)和式(5-10)可得

             4q/[π(D2-d2)]=4q/πd2   即D=(√￣ 2)d           (5-11)

2．柱塞缸

圖E(a)所示為單向柱塞缸，它只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力。若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對(duì)使用，如圖E(b)所示。這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來(lái)導(dǎo)向，因此缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它將別適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。

 

    柱塞缸輸出的推力和速度各為

                     F=pA=p(πd2/4)                        (5-12)

                     V=q/A=4q/πd2                         (5-13)

式中，d為柱塞直徑,p為輸入柱塞缸的壓力；q為輸入柱塞缸的流量。