双作用多级液压缸的缓冲设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 0 8期 d o i l O ． 3 9 6 9 4 ．is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 4 ． 0 8 ．0 0 4 双作用多级液压缸的缓冲设计 尹秀丽 ， 曹常贞， 周梦瑜 ， 于 慧 烟 台职业学 院， 山东 烟台 2 6 4 0 0 0 摘 要 研究 了双作用 多级 液压缸 的原有结构设计缺陷和 问题 ， 提出了在 活塞上插装多功能液压复合 阀实 现多级缸的顺 序伸出动作 和 缩 回时固定节流缓 冲的效果 。为 了解决各级伸出时到前端的冲击 ， 提 出了将有杆腔 的供排油流道设计成大小孔前后并行 的结 构 ． 大孑 L 在靠近前盖侧 ． 在每级油缸 运动到接 近前盖 时 ， 大的孔进入前盖导向环形 区域遮盖 ， 有杆腔的 回油通过t J f L 固定节流排 出 ， 实现多级伸 缩油缸每一级到前端的缓冲 关键词 双作用多级液压缸 ； 液压复合阀 ； 固定节流 ； 缓冲 中图分类号 T H1 3 7 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 8 0 0 1 0 0 2 Cus h i o n i n g De s i g n o f Do u b l e a c t i n g Te l e s c o pi c Hy d r a u l i c Cy l i n d e r Yl N Xi u - l i ， C A0 Ch a n g - z h e n． Z HOU Me n g - y u YU Hu i Y a n t a i V o c a t i o n a l S c h o o l ， Y a n t a i 2 6 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t De s i g n d e f e c t s a n d p r o b l e ms o f e x i s t e d t e l e s c o p i c h y d r a u l i c c y l i n d e r s a l e s t u d i e d i n t h i s a r t i c l e ， I n s t all a t i o n o f mu l t i f u n c t i o n a l h y d r a u l i c c o mb i n a t i o n v a l v e s o n p i s t o n s i s p r o p o s e d t o g e t fi x e d t h rot t l e d u rin g c y l i n d e r e x t r a c t i o n a n d r e t r a c t i o n ． A n e w d e s i g n wi t h t wo v e r t i c a l h o l e s f o r o i l s u p p l y a n d e x t r a c t i o n i n r o d p o r t i s a l s o p r o p o s e d i n o r d e r t o a v o i d s t ri k e s for c y l i n d e r h e a d wh e n c y l i n d e r s t a g e s e x t e n d e d ， b i g h o l e i s n e x t t o c y l i n d e r h e a d ， wh e n c y l i n d e r s t a g e s mo v e s t o c y l i n d e r h e a d ， t h e b i g h o t e wo u l d g e t i n t o g u i d e a n n u l a r a r e a o f c y l i n d e r h e a d ， a n d o i l e x t r a c ti o n o f r o d p o rt c a n b e fin i s h e d b y fi x e d t h r o t t l e o f t h e s mall h o l e ， t h e n r e a l i z e c u s h i o n i n g o f e v e r y c y l i n d e r s t a g e ． Ke y wo r d s d o u b l e - a c t i n g t e l e s c o p i c h y d r a u l i c c y l i n d e r ； h y d r a u l i c c o mb i n a t i o n v a l v e ；fi x e d t h rot t l e； c u s h i o n 0 引言 双作用多级液压缸适用于行程大而安装距或总长 要求 小 的场合 ．从 而 在给 定 的安 装 空 间 内实 现 比单 级 液压缸更长的行程 ．甚 至可以达到与单级液压缸相 同 的安装尺寸空间． 行程为单级液压缸的数倍 ， 在安装空 间紧张的情况下得到广泛 的应用。在正常运转情况下 ， 多级液压缸在最大一级完全伸出后 ． 下一级开始伸 出， 然后逐级顺序伸 出 而在缩 回时， 最小 的一级完全缩进 以后 ．下一级才开始移动缩 回。然后逐级缩回到缸筒 内 。由于 每一级 活 塞与 杆形 成 的环形 面 积很 小 ， 与前 盖 限位接触面非常小 ． 如果油缸伸 出速度快 ， 到每一级的 末端没有缓 冲． 活塞就会与前盖限位处发生碰撞 ， 长期 碰撞就会 引起活塞和前盖限位处边缘 的变形 ．导致活 塞杆或缸筒 的损伤 ． 运动阻力增加 ． 进一步还会引起前 盖和活塞密封的损坏 ． 造成油缸的内外泄漏。 多级液压缸为变速比结构 。从大速比到小速比递 减 ． 当上一级伸 出到位后 。 相同的流量进人下一级 ， 致 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 1 7 作者简介 尹秀丽 1 9 6 8 一 ， 女 ， 辽 宁丹东 人 ， 副教授 ， 硕士 ， 主要 从事液压 气动 、 机械设计等方面的教学与研究工作。 1 0 使伸出速度逐级增加 ． 最后一级 的速度最快 ． 油缸没有 缓 冲装置 ．快速伸 出的活塞在行程末端会产生 明显的 冲击 ， 严重时冲击噪声很大 。缩 回时 ， 由于大速 比的影 响． 在系统相同的供油流量进入有杆腔 ， 无杆腔排油流 量按速比倍增 ． 形成很高的回油背压 。 1 结构优化设计方案 传统设计 的双作用多级液压缸受限于结构与设计 理念的影响 ． 在每一级伸出和缩 回时， 缸本身不具有缓 冲性能 ． 为达到缓冲效果 ． 需要在液压控制和缸的运动 位置检测上做很多考虑 ． 致使液压控制 回路复杂 ， 控制 和检测成本高 ． 并且在检测信号失灵 的情况下 ， 还容易 引起多级液压缸和设备的损坏 课题组通过对双作用 多级液压缸的运动状态和原有结构 的研究 。结合 自身 液压控制的经验 ，给 出了一种前后带缓冲的双作用多 级液压缸 的设计方案 ．在双作用多级液压缸 的每级活 塞上 最小一级活塞除外 设计插装液压复合阀 ， 无杆 腔供油油管加长 ， 在活塞处于完全收 回状态时 ， 每级活 塞与无杆腔供油管通过密封隔离 ，无杆腔初期供油给 最大一级的无杆腔 ．将有杆腔的供排油流道设计成大 小孑 L 前后并行的结构 ， 大孔在靠近前盖端 ， 小子 L 靠近活 路为图 3的箭头指引方 向。 这时下一级油缸开始起动动 作 ． 通过该控制双作用多级液压缸逐级实现顺序动作。 3 第三种工作状态 实现液压复合阀对液压油的 图示流动状态 的节流 见 图 4 ． 液压介质的流动方 向和 状态 为图示状态 该工作状态为双作用多级液压缸每 级 回缩接近行程末端时的情况 ．在主 回油油路关 断的 情况下 ．回油通过液压复合 阀的中间小孔实现固定节 流回油 ． 从而实现缓冲功能。 塞侧 ． 具体设计结构如 图 1 所示。 a 整体 b 话塞局部 剖视 图 1 结构 图 安装在双作用多级液压缸上的液压复合 阀 见图 2 由阀体 1 ， 孔用弹性挡圈 2 ， 固定阀片 3 ， 移动阀片 4和 弹簧 5等组成。阀体为固定 阀片、 移动阀片和弹簧的安 装本体 。 通过孑 L 用 弹性挡圈将固定 阀片固定住 ， 在 阀体 的弹簧安装定心孑 L 周边均布若干小孑 L 6 固定阀片的中 间有一个较大的孔 8 ．移动阀片的中心有一个节流小孔 9 ， 外侧 圆周均布若干个小孔 1 0 ． 小孑 L 1 0的数量和孔径 与阀体的弹簧安装定心孔周边均布的小孔相同或接近。 图 2液压 复 合 阀 2 结构设计优化后 的工作原理 通过在双作用多级液压缸活塞上插装液压复合 阀 可实现三种工作状态 1 第一种工作状态如图 2所示 。 在液压介质压力 很低 的情况下 液压介质的加压和流动方 向为箭头指 引 方 向 。 介 质 的压 力 不 足 以驱 动 移 动 阀 片 有 弹 簧 压 缩力 运 动 ． 由于固定 阀片和移动 阀片的结合面为密封 状态 ． 液压工作介质主流量分配到上一级回路使用 。 很 小流量通过节流小孔 通过此功能可实现双作用多级 液压缸逐级伸 出的顺序动作 ．有效避免双作用多级液 压缸伸出时的“ 乱级” 不按顺序动作 现象。 2 第二种工作状态 当上一级油缸回路 的动作完 成 ． 液压介质的压力会升高 ， 介质压力升高后会驱动移 动阀片压缩弹簧 向箭头指引方 向运动 ， 这时固定阀片和 移动阀片之间形成空腔 见图 3 。 液压介质通过固定阀 片中间的孔和移动阀片上所有 的孔 向阀的右侧流动 。 液 压复合阀转换为大流量供油的状态 。 介质流动方向和通 图 3液 压 复合 阀大 流 量 状 态 1 0 1 1 图 4液压复合 阀节流状态 4 双作用多级液压缸伸出时 的缓冲原理 双作用 多级液压缸在 固定流量下 ． 由于各级活塞面积的差异 ， 伸出速度逐级加快 ． 为 了实现伸 出时的节流缓 冲效果 ， 将 有杆 腔的供排 油流道设计 成大小孔前 后并行 的结 构 ．大孔在靠 近前盖侧 ，在每级油缸运动到接近前盖 时 ． 大的孑 L 进入前盖导 向环形 区域遮盖 ， 有杆腔的 回油 通过靠近活塞的小孔 固定节流排出 ．实现双作用多级 伸液压缸每一级到前端的缓冲。 3 结论 通过在双作用多级液压缸的活塞上插装液压多功能 复合阀， 实现双作用多级液压缸的逐级顺序动作 ， 在液压 缸逐级缩回时实现固定节流缓冲。通过将有杆腔的供排 油流道设计成并行大小孔的结构．实现每级液压缸伸出 到末端的固定节流缓冲。该前后带有固定节流缓冲结构 的双作用多级液压缸在实践中已得到广泛的应用．有效 地提高了双作用多级液压缸 的可靠性和使用寿命 ．为双 作用多级液压缸的缓冲结构设计提出很好的解决方案。 参考文 献 【 1 】 张 红军， 王慧基 ． 多级 套筒伸缩 式双作 用液压 缸故 障分析 及 改进【 J ] ． 建筑机械， 2 0 1 2 ， 3 ． 『 2 1 郭敦朋 ， 呼建萍 ， 曹 常贞 ， 马龙 鹏 ， 林 志海． Y S系列油缸 的开 发与研究f J 】 ． 液压气 动与密封， 2 0 1 3 ， 3 ． [ 3 ]3 成 大先． 机 械设计手册 第 四版第 5卷 【 M】 ． 北京 化学 工业出 版社 ． 2 0 0 2 ． 【 4 ] 雷天觉 ， 杨尔庄 ， 李 寿刚． 新编液压工程手册 下册 【 M E 京 北京理工大学 出版社 ． 1 9 9 8 ． 【 5 】 吴兴奎． 一种 高可 靠的新 结构 多级套筒 液压 缸[ J ] ． 液压 与气 动 ， 2 0 0 3 ， 8 ． 【 6 ] 尹秀丽． 多级套筒液压缸密封结构的研究与改进[ J 】 ． 液压气动 与密封 ， 2 0 1 3 ， 6 ． 1 1 7 二 8