新型增力液压缸的结构与参数设计

　　液压缸是液压控制系统中的执行元件, 是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸具有较强承载能力和抗干扰能力, 且结构简单、工作可靠、控制精度高, 具有不可替代的作用^[1]。增力液压缸是液压缸的一种,由活塞缸和柱塞缸组成的, 它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压, 最终达到增压的目的。目前, 广泛使用的增力缸均为气液增力装置。但是, 在某些情况下( 如密闭、移动装置) , 这种增力装置的安装使用较困难^[2]。针对这一问题, 设计了一种新型增力液压缸, 减小形尺寸和重量, 提高输出力, 降低增力缸对外部液压系统元件的性能要求。这种功能元件适应性强, 具有广泛的应用前景, 将会对液压缸机电液一体化的发展起到重要的推动作用。

　　1 增力液压缸的功能结构设计

　　增力液压缸的结构简图如图1所示。该装置增力部分由两个液压缸和两个内置单向阀复合而成, 液压缸1为输出缸, 液压缸2为增压缸。

　　液压缸1上有两个油口, 油口1和油口2, 用于实现输出活塞1的快进和快退; 液压缸2上也有两个油口, 油口3和油口4, 用于实现增压活塞2的工进和返回。输出缸1的右腔( 腔2)为增压腔, 当油口2进油时, 活塞杆1快速向左推进至工作位置, 此时腔2压力增高, 控制系统监测到压力变化, 当监测到压力达到一定值时, 关闭油口2 的进油, 转而由增压缸2上的油口4 进油, 开始增压行程。当增压缸上的压力传感器监测到压力达到允许值后, 所有的进油口均关闭。当控制系统发出回程指令后, 油口1、3始进油, 活塞1和活塞2快速退回到右侧。此过程即为一个工作循环。缸体上内置有两个液压阀。阀1为液控单向阀, 在增压工况时阀1封闭油口2, 回程时阀1受控打开排油。阀2为单向阀, 当油口2进油, 输出活塞1快进时, 阀2封闭腔2; 当油口3进油, 增压活塞2快退时, 腔2与腔3通过阀2连通, 避免吸空。

　　为了减小结构尺寸, 降低设备重量, 设计上采用超高压增压实现增力输出。由于增力缸在增力工作时腔2的压力超过100MPa, 解决密封问题是关键。考虑到系统的可靠性, 在结构设计上使增压腔与外部液压回路隔离, 降低外部液压系统的工作压力, 同时也降低了液压元件的费用。在增力缸上只有腔2和腔4 处需要超高压密封, 分别是活塞1头部、活塞2杆部、阀1和阀2, 这里活塞1头部和活塞2 杆部采用车氏组合密封, 阀1和阀2采用特殊设计的密封结构, 工作压力最高可达 180Mpa。增力液压缸的工作压力超过100MPa, 所以必须考虑缓冲装置来缓冲液压缸在行程终点突然停止时所产生的巨大冲击力,消除因活塞部件的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖之间的机械撞击, 同时减少活塞在改变运动方向时液体所发出的噪音^[3]。