复合式液压缸的研究与设计

　　1 概述

　　在一般的液压系统里，活塞缸和柱塞缸作为执行元件，起到能量转换、带动负载作直线运动的作用。它们的作用范围仅限于液压系统内部。在这两种液压缸内，输入功率为即(进入液压缸介质的压力与流量的乘积)，输出功率为 (驱动负载的力和运动速度的乘积)。

　　当负载力很大或要求速度很高时，就需要通过提高介质压力、增大液压缸流量和几何尺寸的方法来满足要求。

　　液压系统标准元件的压力，流量级是按一定的比例制定的。如果压力流量分别处在两个极端的话，选择元件是很困难的，同时也是不经济的在科研实践中，我们在解决该问题的过程中。萌发了研制复合液压缸的想法。通过设计及试验，使该种液压缸问世并在实际应用中取得预想的结果。

　　2 复台液压缸的结构原理

　　复合液压缸的原理见图1。

　　该复合液压缸由一个单杆活塞缸(活塞杆固定，缸体运动)和一个柱塞缸(缸体固定)组成。元件2有双重“身份”，既是活塞缸的缸体，又是柱塞缸的柱塞。

　　1．活塞及杆2．活塞缸体3．柱塞缸体

　　图1 复合液压缸原理图

　　当液压油通过活塞杆内的通道进入活塞缸无杆腔时，活塞缸右行，此时产生的推力为：

　　F = Pπd²／4

　　式中 d —活塞缸体内径，m

　　P— 进入活塞缸的液压油压力。Pa

　　此时活塞缸有杆腔的油以零压流回油箱。当液压油进入活塞缸有杆腔时，活塞缸体左行，此时无杆腔的油以零压流回油箱。

　　3 复合液压缸的用途

　　我们开发研究的这个复合液压缸，不是用做执行元件来驱动负载，而是作为一个“泵”用。该复合缸作用“容积式”泵时的原理见图2。

　　图2 容积式泵原理图

　　在该复合液压缸中，柱塞缸体内作为一个可变化的容积。当活塞缸体左移时，该容积变大，此时通过单向阀吸人介质。当活塞缸体右移时，该容积变小，此时又通过单向阀排出介质。2个单向阀相当于液压泵的配油装置。

　　还以图1中所标的多项参数来叙述。该容积泵吸人和排出介质的流量为：

　　Q2=V1πD2²/4

　　式中 Q2—复合缸排出介质的流量

　　V1—活塞缸体的运动速度

　　D2——活塞缸体的外径

　　如果活塞缸体的运动是以通入活塞缸内无杆腔的高压油来驱动，那么通入液压油的流量为：