Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆ＳｅＭｓ／Ｎｏ．１２．２０１３ 多级伸缩油缸典型结构解析 生 敏，褚桂君，刘 朋，樊耀华，唐晓鹏 （徐州徐工液压件有限公司，江苏徐州２２１００４） 摘要：该文针对多级伸缩油缸特定安装空间，不同的油路要求，结合实例，对典型油缸的结构进行解析，并归纳不同结构油缸的适用 条件、设计制造的要点。 关键词：多级缸；双作用；单作用；工作原理 中图分类号：ＴＨ１３７．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１３）１２—００６１—０３ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ——ｓｔａｇｅ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ ＳＨＥＮＧ Ｍｉｎ，ＣＨＵ Ｇｕｉ－ｊｕｎ，ＬＩＵ Ｐｅｎｇ，ＦＡＮ Ｙａｏ—ｈｕａ，ＴＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｐｅｎｇ （Ｘｕｚｈｏｕ ＸＣＭＧ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｕｂｉｎｇ ｌａｙｏｕｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｓｔａｇｅ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ，ｔｙｐｉｃａｌ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｉｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｅｘａｍｐｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｄｏｕｂｌｅ－ａｃｔｉｎｇ；ｓｉｎｇｌｅ－ａｃｔｉｎｇ；ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｏ 引言 个多级双作用油缸．高压油从耳环处的Ａ和Ｂ两油口 多级伸缩油缸因其结构紧凑．外形尺寸同比较小． 进出。并最终作用于活塞的左右两面．来实现伸出和缩 在安装空间狭小的主机或特定的安装空间内可实现比 回。各级油缸及其组成如图１所示：当油缸伸长时．高压 单级油缸更长的行程。从而在空间有限的情况下得到 油从Ｂ口进入。流经芯管进入无杆腔．到达各级活塞的 了广泛的运用，如舰船天线、履带吊桅杆顶升油缸、自 左边，并由于作用面积的不同，由大到小依次推动套筒、 卸车的的举升油缸、垃圾站的压实油缸等：但关于此类 活塞杆，使其向右伸出（相对于缸底而言）。此时，低压油 油缸设计资料中很少对其结构分类和对比．导致设计 从有杆腔１（缸筒与套筒组成）经小孔Ａ１口流至第二级 人员无法借鉴已有的设计结构和经验。鉴于此．本文结 油缸的有杆腔２（套筒与活塞杆组成），最后经小孔Ａ２ 合实例．对典型多级伸缩油缸的结构进行解析，并归纳 口流至活塞杆与芯管组成的通道，最后从Ａ口流出。 了不同结构油缸的适用条件、设计制造要点。 １多级伸缩油缸的分类 与普通油缸不同．多级伸缩油缸因其进出油口位 置的不同将会使多级缸的内部结构产生极大的不同。 本文按进出油Ｅｌ位置的不同，将其分为：耳环进出油式 ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ 多级缸、缸筒进出油式多级缸、缸筒耳环分别进出油式 １一导向套２ ２一导向套１ ３－芯管４一活塞杆 多级缸。 ５一套简６一缸筒７一活塞２ ８－活塞１ 图１ 垃圾站的压实油缸结构示意图 ２多级伸缩油缸的几种典型结构 当油缸收回时．高压油从Ａ口进．流至活塞杆与芯 ２．１ 耳环进出油式多级缸的结构特点及工作原理ｆ又 管组成的通道。经Ａ２口进入有杆腔２．推动活塞杆缩 分单、双、混合作用） 回；等与Ａ１口接通后，进入有杆腔１，推动套筒缩回；直 图１是垃圾站的压实油缸的典型结构．该缸是一 至Ａ１口接通，进人第一级油缸的有杆腔，推动第一级 收稿日期：２０１３—０７—１０ 油缸的套筒１缩回。同时，低压油从无杆腔经芯管从Ｂ 作者简介：生敏（１９６５一），男，江苏省泰州人，高级工程师，硕士，主要从事流 口流出 体传动与控制方面的技术研究与管理工作。 图２是自卸车举升油缸的典型结构．该缸是一个 ６】 Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆ＳｅＭｓ／Ｎｏ．１２．２０１３ Ｂ口流出。 于各级油缸速比较大（一般大于２）．因此要充分考虑 无杆腔的回油能力．尽量将无杆腔油道的通径设计的 大一些．否则各级活塞杆在缩回时速度大．极易造成无 ２．３缸筒和耳环分别进出油式多级缸的结构特点及工 作原理 图５是履带吊顶升油缸的典型结构．该缸是一个 杆腔压力过高。其次多级缸对缸筒、每一级套筒和活 塞杆的同轴度要求很高．必须在加工时选择合适的基 多级双作用油缸．高压油从耳环和缸筒处的Ａ和Ｂ两 油Ｅｌ进出，并最终作用于活塞的左右两面，来实现伸出 和缩回，各级油缸及其组成如图５所示：当油缸伸长 时，高压力从Ｂ口进入，到达各级活塞的右边，并由于 作用面积的不同，由大到小依次推动套筒、活塞杆。使 其向左伸出（相对于缸底而言）。此时，低压油从有杆腔 １（缸筒与套筒组成）经小孔Ａ１口流至第二级油缸的有 杆腔２（套筒与活塞杆组成）。最后经４，ＴＬ Ａ２口流至活 塞杆内部的通道，最后从Ａ口流出。 有杆腔Ｉ Ｉ一活塞Ｉ ２一活塞２ ３－缸筒４一套简１ ５一活塞杆６一导向套Ｉ ７－导向套２ 图５履带吊顶升油缸结构示意图 当油缸缩回时，高压油从Ａ口进，流经活塞杆内部 的通道，经Ａ２ Ｅｌ进入有杆腔２．推动活塞杆缩回：等与 Ａ１口接通后，进入有杆腔Ｉ，推动套筒缩回；同时，低压 油从无杆腔经Ｂ口流出 ３多级伸缩油缸的设计及制造要点 多级伸缩油缸可在主机安装空间狭小或者在特定 的安装空间内实现比单级油缸更长的行程．设计时首 先要根据要求（工况、成本、安装位置、油路空间等）选 择合适的进出油ＩＺｌ的位置．确定进出油ＩＺｌ的方式才能 进一步设计内部的油路结构 对于耳环进出油式多级缸．因其两油１：１在耳环．可 节省外接高压软管。便于高压软管的安装与固定，但 同时活塞上的密封件在每个动作循环中又必须两次经 过这些小孔（图１）。而密封件经过这些过油ＩＥＩ孔时。易 造成损坏，会导致密封寿命大大地缩短。为避免划伤 密封，通常密封选用格来圈，而且油Ｅｌ宜小而多，一般 油口直径应小于格来圈的宽度．在满足设计要求的前 提下。需要将这些小孔开得小些，且需将其孔１：１进行 足够的倒角。油口数量则应视系统流量而定，而且由 准，尽量选择统一基准．尽量在无偏载或小偏载的工况 下使用．否则累积的同轴度误差和偏载极易造成密封 的损伤。 对于缸筒进出油式多级缸。因其两油口在缸筒．可 节省外接高压软管。便于高压软管的安装与固定．同时 活塞上的密封件不经过过油ＩＺｌ孔，多级缸对缸筒、每一 级套筒和活塞杆的同轴度要求相对前者较低：但图３ 采用在套筒臂内枪钻打孔。增加加工难度和成本．对壁 厚和枪钻深度有要求：图４可避免枪钻打孔的缺陷但 因增加芯管。增加了加工难度．对于加工精度的要求也 更高。 对于缸筒和耳环分别进出油式多级缸．可避免前 两者的不足．但需要足够长的高压软管以及高压软管 安装空间和必备辅助设施来保证多级缸伸缩时高压软 管与其保持同步 为了防止活塞运行到行程末端时．活塞端面与导 向套端面贴得很死而造成进油或回油不畅．导向套的 端面应铣缺口。反之。缸底端面也应铣十字缺口。 ４结论 在多级油缸设计过程中．熟悉并吃透其结构以及 设计、制造要点，有助于合理选型和设计，降低成本。在 实际设计中可根据用户要求．合理灵活地选择结构形 式，或在此基础上进行优化设计．整合各结构的优势设 计更符合客户要求的多级伸缩油缸 参考文献 ［Ｉ］ 雷天觉．新编液压工程手册［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社， １９９８． ［２】 成大先．机械设计手册【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００２． ［３］徐正保．多级套筒伸缩式双作用油缸设计与研究［Ｊ］．机械工程 与自动化，２００７，（４）：１７１—１７２． ［４］刘长年．液压伺服系统优化设计理论【Ｍ】．北京：冶金工业出版 社．１９８９：１５６—１５８． ［５】肖定国．多节伸缩式液压缸的探讨 ．液压与气动，２００３，（３）： ６１－６２． ［６］杨逢瑜，等．电液位置伺服系统无静差跟踪控制研究［Ｊ］．液压 与气动，２００７，（１）：３１—３５． ［７］ 田灵飞，陈龙淼．一种新型节能液压缸的设计［Ｊ】．机床与液压， ２０１ １，（３）：６１—６２．