第３２卷第３４期 ＶｏｌＪ３２ ＮＯ．３４ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２０１３年ｌ２月 Ｄｅｃ．２０１３ 套缸式升降台多级同步伸缩缸的设计与应用 王满先 （南通棉花机械有限公司，江苏南通２２６３００） 摘要：文章主要介绍了套缸式升降台专用多级同步伸缩缸的结构及工作原理，详细阐述了４级同步伸缩缸参数的计 算，总结了多级同步伸缩缸的用途及特点。 关键词：套缸式升降台；多级同步伸缩缸；工作原理；参数计算 中图分类号：ＴＨ１３７．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１３）３４—００３４—０２ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ ｌｉｆｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ＷＡＮＧ Ｍａｎ－ｘｉａｎ （Ｎａｎｔｏｎｇ Ｃｏｔｔｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｔｏｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２６３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎ－ ｄｅｒ ｔｙｐｅ ｌｉｔｉｆｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ４一ｓｔａｇｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ ｌｉｆｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｍｕｌｔｉ—ｓｔａｇｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 套缸式升降台广泛用于物流、交通、电力、航空、建 筑等行业中，由于受研发手段的限制，通常采用多级缸 结构，导致产品过于笨重。基于上述情况，改用多级同步 伸缩缸结构，可以有效简化结构设计，提高运行效率。本 文所设计的多级同步伸缩缸已在生产中应用。 装在缸筒１、第１、２、３级活塞的顶部，作用是密封和导向； 放气螺钉ｌ０的主要作用是安装、维修时排除各级缸筒内 的空气，保持各杆的同步性。 １多级同步伸缩缸结构及工作原理 由于套缸式升降台是载人装置，速度不能有突变，普 通的伸缩缸不能满足这一要求，必须使用各级活塞同时 运动同时停止的同步伸缩缸。多级同步伸缩缸有单作用、 双作用两种，本文介绍的是多级双作用同步伸缩缸（以４ 级为例）。多级同步伸缩缸与普通多级缸的不同之处在 于同步伸缩缸各级活塞杆的出杆相对速度是相等的。 １．１多级同步伸缩缸的结构 多级同步伸缩缸的结构，如图１所示（回缩状态），由 外侧缸筒９、第１级活塞７、缸盖８、第２级活塞６、缸盖５、第３ 级活塞４、缸盖３、第４级活塞２、缸盖１、单向阀１ｌ及放气螺 钉ｌ０等组成。缸筒９下部及第四级活塞２顶部分别设有进 出油口Ａ和Ｂ；第１、２、３级活塞底部装有单向阀１１，作用是 图１多级ｌ司步伸缩缸结构图 各缸筒结构同步设计的基本要求：每级活塞上部活 塞杆内部与外部面积相等。 １．２多级同步伸缩缸的工作原理 １．２．１伸出过程 Ａ为进油口，Ｂ为回油口，压力油自Ａ进入第１级活塞 底部空腔，由于第１级活塞底部面积最大，压力油推动第 １级活塞上行，同时，第１级活塞上面外腔油液通过３只ｑｂ８ 油液从下向上通过单向阀流动，从上向下截止；第１、２、 ３、４级活塞与活塞杆连接处径向钻３只 ８通油孔，作用是 第２、３、４活塞底部分别与外腔相通；缸盖ｌ、３、５、８分别安 收稿日期：２０１３—０９—１６ 作者简介：王满先（１９６０一），男，江苏邳州人，大学本科，高级工程师， 主要从事农业机械、再生资源设备、高空作业机械的研制 工作。 通油孔进入内腔，由于第１级活塞上部面积小于底部面 第３２卷第３４期 王满先：套缸式升降台多级同步伸缩缸的设计与应用 ３５ 积，因而上面压力高于下面压力，单向阀在此压差情况 按缸筒壁厚要求取：Ｄｏ＝１６ ｍｍ，Ｄｌ＝３０ ｍｍ，ｄ５＝１４０ ｍｍ。 带入基本参数圆整后得：Ｄ ＝５０ ｍｍ，Ｄ，＝８０ ｍｍ，Ｄ ＝ １２５ｍｍ。 ． 下关闭，使第２级活塞上部压力升高达到工作压力，从而 推动第２级活塞上行。依次类推，最后第４级活塞上腔油 液经回油口Ｂ流出。这样就完成１次４级同步伸缩缸的外 伸过程。 １．２．２回缩过程 国外资料介绍，一般多级同步缸的相对速度比在０．９５～ 验证实际相对速度比： Ｖ１＝（Ｄ２２一ｄ２２）Ｖ２／Ｄ１２＝Ｖ２ Ｖ２＝（Ｄ３２一ｄ３２）Ｖ３／Ｄ２＝０．９７２４Ｖ３ Ｖ３＝Ｖ２／０．９７２４＝Ｖ１／０．９７２４＝１．０２８３Ｖ１ １．０５之间。 Ｂ为进油口，Ａ为回油口，压力油自Ｂ进人第４级活塞 内腔，使第４级活塞下行，同时，第３级活塞上部内腔油液 经３只ｃｉ，８通油孔进入外腔，促使第３级活塞下行。以此类 推，第１级活塞底部的油液经回油口Ａ流出，所有活塞全 Ｖ３＝（Ｄ￣－ｄ］）ＶＪＤ３２＝１．０３１２Ｖ４ 部缩回，单向阀打开，各级活塞泄压。这样就完成１次４级 同步伸缩缸的回缩过程。 ２多级同步伸缩缸的设计 ２．１参数确定 ２．１．１基本参数确定 基本参数，见表１。 表１基本参数表 序号 名称 数值 各级缸参数表述内容，如图２所示。 、、 ……………、 １ Ｄ． 。－ ， ｄ． ｄ， …………、、…… 畜 ……………、…………、 ，／、ｊｆ＝ ／ ………、 ／ ／ Ｉ Ｉｌ Ｉ ＝＝￣Ｌ，Ｉ Ｌ＇Ｉ Ｉ ＇ ， Ｉ 图２各级缸参数图 ２．１．２缸简直径计算 要使４级活塞的相对运动速度相同，行程相同，必须 满足下列条件： ｆＶｌＡ１＝Ｖ２Ａ ｛Ｖ２Ａ２＝Ｖ ３环 ＬＶ ３＝Ｖ 椰 ｆＶ１／Ｖ２＝（Ｄ２２一ｄ２２）／Ｄ１ 化简后，｛ＶｄＶ，＝（Ｄｓ２－ｄ３２）／Ｄ２２ 【Ｖ３／ｖ４＝（０７一ｄ４２）／Ｄ 由于各级的相对速度Ｖ相等，ｌ￣ｌＪｖ。＝Ｖ ＝Ｖ３＝＝Ｖ 因而有 ｒＤ２２＝Ｄ１２＋ｄ２２ ｛Ｄ３２＝Ｄ２２＋ｄ３ ［Ｄ４２＝Ｄ３２＋ｄ４２ Ｖ４＝Ｖ３／１．０３１２＝１．０２８３Ｖ１／１．０３１２＝０．９９７１Ｖ１ Ｖｌ：Ｖ２：Ｖ３：Ｖ４＝Ｖ１：Ｖ１：１．０２８３Ｖ１：０．９９７１Ｖ１＝１：１：１．０２８３： ０．９９７ｌ 验证结果符合要求。通过验算各级缸参数取值如下： Ｄ０＝１６ｍｍ，ｄ１＝２５ ｍｍ，Ｄ１＝３０ｍｍ，ｄ２－４０ｍｍ，０２＝５０ ｍｍ， ｄ３＝６３ ｍｍ，Ｄ３＝８０ｍｍ，ｄ４＝９５ ｍｍ，Ｄ４＝１２５ ｍｍ，ｄ５＝１４０ｍｍ。 ２．１．３缸筒及各级活塞杆长度确定 ４级同步缸总行程Ｌ＝４９４９ ｍｍ，各级行程分别为Ｌ 、 Ｌ２、 、Ｌ４，各级行程比等于各级相对速度比，于是有： Ｌｌ：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４＝Ｖｌ：Ｖ２：Ｖ３：Ｖ４＝１：１：１．０２８３：０．９９７１ 圆整后各级行程参数如下： Ｌ１＝【Ｊ２：１ ２３０ｍｍ，Ｌ３＝１ ３６４ｍｍ，Ｌ４＝１ ２２５ｍｍ； 缩回总高度取：Ｈ＝Ｉ ７６７ ｍｍ； 则缸筒１长度：１ ４０１ ｍｍ； 第１级活塞及杆总长为１ ５０１ ｍｍ； 第２级活塞杆长度为１ ４０６ ｍｍ； ’ 第２级活塞及杆总长为１ ４７７ ｍｍ； 第２级活塞杆长度为１ ３８８ ｍｍ； 第３级活塞及杆总长为１ ４５９ ｍｍ； 第３级活塞杆长度为１ ３５２ｍｍ； 第４级活塞及杆总长为１ ３７０ ｍｍ； 第４级活塞杆长度为１ ２８９ ｍｍ。 ３结语 由于多级同步伸缩缸各级活塞杆的出杆的相对速度 是相等的，因而可同步伸缩，应用于套缸式升降台设计 使其运行平稳，亦适用于液压电梯等升降设备。 多级同步伸缩缸结构简单紧凑，可以使套缸式升降 台的设计小巧玲珑，且油箱容量只有同类机型的１／１５，因 而大大降低了套缸式升降台、液压电梯的设计制造成本， 使其安装调试更加简单，具有很好的应用前景。 参考文献： ［１］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］吴宗泽．机械设计师手册【Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．