多级套筒伸缩式双作用油缸设计与研究

　　0　引言

　　当油缸的结构设计遇到行程与安装距的矛盾而不可协调时,结构上就要采用多级套筒伸缩式双作用油缸。正常使用的多级套筒伸缩式油缸基本上都是单作用,伸出时靠油压顶升,回缩时靠自重或弹簧回位,但前提条件是油缸顶升方向是向上且不自锁,如果角度不够则自锁,遇到水平或向下方向,则油缸伸出的套筒不能回位[1]。此时就必须采用多级套筒伸缩式双作用油缸。

　　1　多级套筒伸缩式双作用油缸的结构特点

　　1.1　套筒结构形式

　　套筒的结构形式主要有分体式、焊接式、嵌套式。分体式套筒由内、外两个筒体配合而成,配合面处用O型圈密封。其优点是加工变形小,质量上易把握,适用于批量生产;缺点是工艺上比较复杂,结构庞大,如采用高质量小圆截面的O型圈,可以使结构变小[2]。

　　焊接式套筒结构由内、外两个筒体焊接在一起。其优点是油液泄漏环节减少,结构简单,小巧玲珑,工艺上比较简单,单件生产时最易实现;缺点是焊接变形大[3]。

　　嵌套式套筒采用的是活塞与套筒相互嵌套。其优点是工艺上与活塞式单作用缸相同,质量上易保证,可靠性好;缺点是结构复杂庞大,一般只用于两级伸缩油缸。

　　1.2　柱塞大径部的密封形式

　　柱塞大径部的密封形式有O型圈密封、Y型圈密封、格来圈密封。

　　O型圈密封的优点是结构简单;缺点是必须采用较紧的配合面,如柱塞与杆部皆采用配合,则必然产生自由度干涉,即过定位,柱塞杆往复运动的阻力大,两级套筒在压力作用下克服阻力强行运动,极易破坏配合面,使油缸失效损坏。

　　Y型圈密封的优点是可以与导程环配合使用,结合的面可有大间隙,有自紧作用;缺点是柱塞大径部使用的Y型圈在装配过程中易被过渡面咬坏,造成失效。

　　格来圈密封的优点是寿命长,装配容易,能顺利地通过装配过渡面,启动压力低;缺点是易产生内漏。

　　1.3　套筒小径处进、出油口的形式

　　套筒小径处进、出油口的形式有游隙式、间隙式。

　　游隙式油口通过一个锥形圆面的间隙进、出油。其优点是结构紧凑,加工便利;缺点是油的阻尼作用大,启动压力大,动作反应慢,进回油背压误差大。

　　间隙式油口通过一个固定的间隙进、出油。其优点是进回油阻力小,动作反应灵敏;缺点是轴向结构尺寸大,不紧凑[4]。

　　2　设计示例

　　笔者所在公司应西安一家研究所的要求,研制一种套筒伸缩式双作用油缸,对方提供了安装尺寸、行程、性能要求。其研发的是一种火车运行中的垃圾处理设备,因火车上乘客多,产生的垃圾也多,体积大,如果随便扔在铁道沿线,会造成环境污染,因此,这种垃圾处理设备的工作过程是乘务员将乘客产生的垃圾集聚起来,由垃圾处理设备将体积膨松的垃圾压缩成块状,在火车停靠时,将块状垃圾运出去统一处理。由于火车空间的限制,这种垃圾处理装备结构必须紧凑,因此执行部件采用多级套筒伸缩式双作用油缸,结构见图1。