三级同步液压缸设计与仿真研究

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三级同步液压缸设计与仿真研究三级同步液压缸设计与仿真研究
奚永新， 徐
兵， 傅
新， 杨华勇
Design and Simulation Research of the Telescopic Jack
Xi Yong -xin， Xu Bing，Fu Xin， Yang Hua -yong
(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江 杭州
310027)


摘
要: 该文以实际设计和制造的液压电梯用三级同步伸缩液压缸为基础讨论了这种液压缸的工作原
理和结构设计要点，按照欧洲液压电梯EN81 -2 标准对该液压缸进行了稳定性校核和同步特性仿真。校核和
仿真结果表明这种同步液压缸设计是合理可行的。
关键词: 液压缸;三级同步; 校核;仿真
中图分类号: TH137
5
文献标识码: B
文章编号: 1000 -4858( 2004) 07 -0049 -04

液压电梯由于特殊需要必须使用长行程液压缸，
在种类繁多的液压缸中能应用在液压电梯中的液压缸
主要有柱塞缸和多级同步液压缸两种。多级同步液压
缸主要用于中心直顶式液压电梯中，提升高度大， 结构
复杂， 加工难度比较大。我们参考相关资料自行设计
了-种三级同步液压缸， 本文主要论述这种液压缸的
结构设计、 稳定性校核和同步特性仿真。

结构设计
三级同步液压缸结构简图如图1 所示。它由-级
图 1
三级同步液压缸结构简图
柱塞和两级活塞套叠而成，直径最小的-级为柱塞。
在两级活塞的底部各有1 个单向阀， 它们在正常运行
时是关闭的，从而形成独立容腔1 和2，容腔 3 通过油
口与液压系统相连。当液压缸上行时， 压力油进入容
级的同步动作， 而且相对速度相同。下行过程也可作
同样的分析。值得注意的是在运行过程中， 由于各容
腔中的压力 p 1 > p 2> p 3， 所以两个单向阀始终关闭，
在下降行程接近极限位置时，单向阀阀芯的导向杆碰
到缸底，使阀口打开，油液流出直至各级间达到平衡状
态，使其消除累积的同步误差。
要使三级液压缸的活塞上下运动， 速度基本相同，
行程也相同，这要求第三级活塞的环形面积等于第二
级活塞下腔面积，依此类推。用公式表示如下:
v1


4
d1
2
v2


4
(D2
2
- d2
2
)
v2


4 D2
2
v3


4 ( D3
2
- d3
2
)
其中， v1， v2， v3 为相对下-级柱塞的相对速度。设 v1
v 2 v3，方程组简化为:
D2
2
d1
2
d1
2
D3
2
D2
2
d 3
2
由基本参数可知:
d1 85 mm， d2 125 mm， d3 170 mm
解方程得:
D2 150 mm， D3 230 mm
计算相对速度之比: