一种新型节能液压缸的设计.pdf

2 0 1 1年 3月 第 3 9卷 第 6期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS Ma r ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 6 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． 0 1 8 一 种新型节能液压缸的设计 田灵飞 ，陈龙淼 南京理工大学机械 工程学院，江 苏南京 2 1 0 0 9 4 摘要 为提 高液压 缸的工作效率 ，从改进 液压 缸结构 以及液压 回路 的设计 出发 ，设计一种 基于柱 塞缸与活 塞缸 的组合 式新型节能高效液压缸 。使 用该液压缸既能节 约液 压能 ，又能提高液压 系统效 率。 关键词 节能液压缸 ；液压 回路 ；结构设计 中图分类号 T H1 3 7 文献标识 码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 6 0 6 1 2 De s i g n o f a Ne w Ene r g y s a v i n g H y d r a ul i c Cy l i nd e r T I AN L i n g f e i ． CHEN L o n g mi a o S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 9 4，C h i n a Abs t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e t h e e ffic i e n c y o f h y dr a ul i c c y l i nd e r ，o n t h e b a s i s o f i mpr o v i n g h y d r a ul i c c y l i n de r s t r u c t u r e a nd hy d r a u l i c c i r c u i t d e s i g n，a n e w e n e r g y s a v i n g h y d r a u l i c c y l i n d e r s wa s d e s i g n e d wh i c h wa s a c o mb i n a t i o n o f p i s t o n c y l i n d e r a n d p l u n g e r c y l i n de r ． Th e hy d r a u l i c c y l i n de r h a s t h e c ha r a c t e r i s t i c s o f s a v i ng e n e r g y a nd i mp r o v i ng t he e f f i c i e nc y o f hy d r a u l i c s y s t e m． Ke ywo r dsEn e r gy s a v i n g h y dr a ul i c c y l i n de r；Hy dr a u l i c c i r c ui t ；St ru c t u r e de s i g n 随着液压元件 制造技 术水平 的提高 以及液 压技术 的快速发展 ，液压控制系统已在诸多行业发挥着不可 忽视 的作 用 。然 而 液压 系 统 因为 传动 中存 在 机 械损 失 、压力损失 、泄漏损失 ，液压 系统 的效率很低 。而 降低能耗 、提高液压 系统效 率已成为 目前液压技术 的 发展趋势 。 影响液压系统传动效率的因素遍布液压传动系统 的各个组成单元 ，其 中导致传 动效率低 下的最主要原 因是液压缸和液压 回路 。液压缸是液压 系统 中将液压 能转换为机械能的执行元件 ，它 消耗 了 回路 中的主要 液压能 ；液压 回路 的设 计 也直 接 影 响液 压 传动 系统 的性能 ，复杂 的液压 回路 效 率 普遍 偏低 。因此 对节 能高效 的液压缸 和液 压 回路 的研 究设 计 是非 常 重要 的⋯ 。 工程 机械设 备像 挖土机 、起重机 、千斤顶 等大量 使用液压传动系统并作为动力执行机构。其在工作的 时候都要先经过 一段 空行程 ，待接触到工件时 才开始 真正工作 ，而在这两个 过程 中，工进元件 的速度却几 乎没有发生变化 。 作者 主要 针对 空 行程 活 塞 杆开 始 运行 但 未接 触工件 阶段 相 对较 长 的液 压 缸 ，从 改 变两 个 过程 中执行元件 的运行速度 的角度 人手 ，节约液压能 ，提 高液压缸效率 。 1 新型节能液压缸的结构原理 该新 型节 能液压 缸的结 构原理如图 1 所示 。采 用柱塞式液压缸 和活塞式液压缸的组合结构 。活塞杆 7在缸体 3内 ，柱塞 1 在 活塞杆 7内。与活塞杆 7连 接 的活塞 4将缸体分为左缸 8和右缸 9两个密封 的部 分 。柱塞 1 与活塞杆 7之间形成柱塞缸 ，高压液压 油 由柱塞 1中心的小孔进入推动活塞杆 7移动做功 。 2 I 一壁 塞 2 一 底缸 盖 3 一 缸 体 1 4 -- 活 塞 5 _ 上 缸盖 6 一 导 向套 卜 活塞 杆 8 一 左 缸 9 _ _ 右缸 图 1 液压缸 的结构原理 2新型 节 能液压 缸 的工 作原 理 该 节能液压缸在工进时分为快速移动和慢速移动 两个 阶段 。在快速 移动阶段 ，柱塞缸容积小 ，柱塞截 面积小 ，只须少许 液压油就可 以使活塞缸活塞杆快速 伸 出和收回 ，另外 活塞缸左缸的液压油流入右缸 以补 充活塞缸右 缸的负压 。在慢速移动阶段 ，液压油进入 活塞缸右端 ，活塞 缸右缸 的液压油直接流人油箱 ，左 右缸压差较 大 ，以利于提高工进效率 。因液压缸截面 积变大 ，液压 缸容积增大 ，活塞缸活塞杆工进速度变 收稿 日期 2 0 1 0 0 42 7 作者简介田灵飞 1 9 8 8 一 ，男 ，硕士，主要从事液压与气动技术方面的研究工作。电话 1 5 2 9 5 5 8 8 2 7 5 ，Em a i l t l f 9 8 1 63 ．c o rno 6 2 机床与液压 第 3 9卷 小 ，因而产生较大的推力 ，对外做 功 。 3新型节能液压缸的液压系统装置 如图 2 所示新型节能液压缸 的液压系统装置图。 图 2 液压 系统装置 图 系统采用 P L C控 制。工作 原理 空行 程 时 ，柱 塞杆腔进油 ，因端面截面积很小 ，活塞杆运行 的速度 比较快 ，以节 约时间。同时 ，左缸液 压油进 入右 缸 ， 弥补右缸产生 的负压 ；工进时 ，因进 口压力大于顺序 阀的调定压力 ，顺序阀打开 ，同时液控单 向阀 2开始 工作 ，右缸进液压油 ，左 缸出油直接 回油箱。因右缸 截面面积大 ，活塞移 动速 度慢 ，可 以提 供较 大 的推 力 ；回程时 ，2 Y A接通，3 Y A接通 ，左缸进油 ，右缸 以及柱塞杆腔内的液压油直接 回油箱 ，左缸右缸压差 较大 ，回程速度较快 。 4结论 该节能液压缸结构及 液压 回路 的创 新之处在 于 1 与普 通柱塞 缸相 比，该液压 缸在设 计 巧妙 的液 压 回路的控 制下 ，可 以实现双向运动 ，不需要外加力 或者采用对称 式柱塞缸 结构 ； 2 采用柱塞缸与 活 塞缸 的结合并充分利用各 自的优 点 活塞缸可 以提供 较大的推力 ，而 柱塞 缸 缸 腔体 积 小 ，移 动 速度 快 ； 3 空行程 消耗 的液压 油量 很少 ，而且 移动速 度很 快 ，既节省能源又节约时间 ，同时提高 了液压系统 的 效率 。 在能源 日益宝贵的今 天 ，此节能液压缸 、结构简 单 、制造方便 、节 能效果 明显 。 参考文献 【 1 】 王积伟． 液压传动[ M] ． 2版． 北京 机械工业出版社 ， 2 00 7． 【 2 】杨乃乔． 液力调速与节能[ M] ． 北京 国防工业出版社， 2 00 0． 【 3 】梁利华． 液压传动与电液伺服系统[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨 工程大学出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 4 】刘延俊． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 o0 8． 【 5 】 刘延俊． 实用液压技术丛书 液压 回路与系统 [ M] ． 北 京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 重型装备和中高档机床性能显著提升 通过专项 “ 十一五”的实施，“ 高档数控机床与基础制造装备”专项突破了高速高精运动控制、可靠性设计等一批关 键技术，研制完成了十多种具备国际先进水平的大、重型装备，对于装备制造业应对金融危机发挥了积极作用，可满足航 空航天等四大领域的部分需求，完成了专项 “ 十一五”的研究目标。 世界最大的3 ． 6万吨黑色金属垂直挤压机已于日前投入生产，解决了传动与控制操作系统设计制造等多项关键技术， 取得 了挤压工艺技术上 的重大突破 。 该设备的研制成功 ，使得国外企业将大直径厚壁钢管的价格由l 8万元／ 吨降至5万多元／ 吨，预计每年可为我国使用上 述产品的相关 企业节约成本 1 0 0亿元 以上 。 用于大型核电机组汽轮机壳体及其他关键零部件加工的 1 0 m数控桥式龙门车铣复合加工机床，掌握了三段式横梁组 装、加工工艺等关键技术 ，保证了机床的加工精度，已有两台机床交付用户。回转直径 5 m、承重5 0 0 t 的超重型卧式镗车 床，突破了超重型高精度静压主轴技术等核心技术，机床主要技术性能指标达到国际先进水平，已交付用户使用，并完成 了一件 1 1 0万千瓦超临界核电半速转子的加工。 对进口量大、市场需求面广的高档数控机床进行了重点部署。通过机床骨干企业与高校、用户联合开发，开展了结构 优化设计、热补偿等关键技术研究。宁江机床、北京工研精机等单位已完成了三十多种型号精密、高速立卧式加工中心、 数控车床、五轴联动加工中心等新产品的研制，精度和速度可达到 “ 十一五”末国际先进水平，主机平均无故障时间 MT B F 达到 9 0 0 h 。随着该批新产品逐步投入市场，将有效提升国产中高档数控机床的技术水平，并推动国产中高档数 控系统、功能部件的配套验证工作。 在数控系统方面，已开发出多轴多通道、总线式高档数控装置样机，在多轴联动插补算法、误差补偿等核心技术方面 形成了 自主知识产权 。 目前华中数控、广州数控等单位已完成 5 0台套开放式全数字高档数控装置样机的生产，相关配套验证工作正在进行中。 专项在实施过程中积极创造共性技术与主机 、部件相互间支撑合作的科研环境，要求承担共性技术课题的高等院校和 转制科研院所整合优势资源，帮助企业解决生产、研发的实际问题。在可靠性技术研究方面，吉林大学制定了多项数控机 床可靠性技术规范，研制了可靠性试验与测试试验台，为沈阳机床 、大连机床等重点企业的产品可靠性设计和试验提供了 参考依据。 内容来源机 电商情网