活塞杆实心制式双作用多级液压缸的设计

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双作用多级液压缸基于其安装距短、工作行程长等优点被广泛应用于工程机械、运输车辆、起重机械和专用机械等领域。但是传统的双作用多级液压缸由于存在着-些弊端，限制了它的应用和发展。这些弊端归纳为以下几点：-是其末级活塞杆均为空心制式，油缸无杆腔的液压油通过空心活塞杆中设置的油管抵达，此结构决定了-只输油口必定设置在末级活塞杆伸出端，与输油口外部相接的油管必须是柔性的橡胶软管，该软管随着末级活塞杆的伸出或缩回而被拉直或卷曲，油缸的总行程有多长，该橡胶软管也应设置多长，在油缸运行中该油管不可避免地会与各级往复动作的各级活塞杆外表面发生干涉碰擦，长久以往，各级活塞杆表面精度和橡胶软管表面会遭到破坏；二是传统的双作用多级液压缸均在二、三级及之后级的缸筒筒壁径向上设通油孔，液压缸运行时，在缸筒内孔中往复运动的各级活塞上的孔用密封圈不可避免地通过相应缸筒径向上的通油孔，这时密封圈唇边在油压的作用下很容易被挤入通油孔而被划伤或翻边损坏，油缸的可靠性不高、耐久性不长、密封性不好；三是传统的双作用多级液压缸在各级缸筒伸出时有杆腔有背压的状况(即各级缸筒伸出时无杆腔与有杆腔同时通有液压油)，使得液压油缸在运行过程中存在有杆腔背压的阻力，油缸的负载效率不高，增加了能耗，损失 了能源。

为了克服传统双作用多级液压缸存在的弊端，拓宽双作用多级液压缸的应用领域，使其得到更有效的应用，本人结合大型水平定向钻机液压系统的设计，根据油缸的使用工况、技术指标和性能参数，设计研制了- 种末级活塞杆实心制式的双作用三级液压油缸。经大型水平定向钻机的实际应用，这款油缸克服了传统双作用多级液压缸存在的弊端，满足了工程使用的实际需要，各项性能取得了满意的效果。

1 结构设计末级活塞杆实心制式双作用三级液压油缸的结构如图1所示：实心活塞杆 1上安装三级活塞 18；实心活塞杆与三级活塞组成末级(三级)活塞杆组件，安装在三级缸筒 13中。三级活塞杆外圆与三级缸筒螺纹连接的三级导向套 2内孔成间隙配合；三级导向套作为三级活塞杆的支承定位装置并作为三级活塞杆的密封装置。

收稿 日期 ：2012-12-25作者简介 ：沈姝君(1965-)，女，上海浦东人，副教授，工学学士 ，主要从事机电-体化，液压、数控技术等专业的科研和教学工作。

2013年第5期 液压与气动 1231.实心活塞杆 2.三级导 向套 3.二级导 向套 4.防尘5.-级导向套 6.轴用密封圈 7.斯特封 8、21.0形圈 9.油口10.复合衬套 11.-级缸筒 l2.二级缸筒 l3.三级缸筒14.孔用密封圈 15.-级活塞 16.二级活塞 17.孔用铜丝挡圈18.三级活塞 19.缸底 2O.支承环图 1 -种实心活塞杆双作用三级液压缸三级缸筒外圆右端上安装二级活塞 l6，三级缸筒与二级活塞组成二级活塞杆组件。二级活塞杆组件安装在二级钢筒 12内孔中。

二级活塞杆外圆与二级缸筒螺纹连接的二级导向套 3内孔成间隙配合；二级导向套作为二级活塞杆的支承定位装置并作为二级活塞杆的密封装置。

二级缸筒外圆右端安装-级活塞 l5，二级缸筒与- 级活塞组成-级活塞杆组件。-级活塞杆组件安装在-级缸筒 11内孔中。二级缸筒与-级活塞组成-级活塞杆组件。-级活塞杆组件安装在-级缸筒 1 1中。-级活塞杆组件与-级缸筒螺纹连接的-级导向套 5内孑L成间隙配合，-级导向套作为-级活塞杆的支承定位装置和作为-级活塞杆的密封装置。

在各级导向套上分别装有相应规格的防尘圈4、轴用密封圈6和斯特封7和 O形圈 8。

在各级活塞上分别装有相应规格的支承环20、孑L用密封圈 14和 0形圈。

实心活塞杆(三级活塞杆)、二级缸筒和-级缸筒分别与三级活塞、二级活塞和-级活塞用螺纹连接成组件，各级活塞上分别装有支承环、孔用密封圈和 0形圈。在二、三级缸筒右端内孔装有钢丝挡圈，分别用于二、三级活塞的轴向定位。-级导向套、二级导向套和三级导向套分别与-级缸筒、二级缸筒和三级缸筒螺纹连接，导向套上装有斯特封、轴用密封圈、防尘圈和 O形圈。各级导向套起到导向、支承、定位和密封作用。

2 工作原理当压力油通过缸底油口进入油缸无杆腔时，-级活塞杆组件、二级活塞杆组件和三级活塞杆组件在压力油的作用下依次左向伸出，油缸中各级有杆腔的空气和液压油通过二、三级缸筒筒壁中的通孔通过油口9排出至油箱。当各级活塞杆组件需要缩回时，则压力油通过油口9和二、三级缸筒筒壁中的轴向通油孔进入各级有杆腔，将各级活塞杆组件依次右向缩回，有杆腔的油液通过缸底上的油孔排出至油箱。

3 结构特点与优势(1)将传统的双作用多级液压油缸末级活塞杆由先前空心制式改为实心制式的优点是：① 便于活塞杆的制造加工，省去了油管与空心活塞杆的焊接工序，制造工艺更为简捷；② 实心活塞杆的直线度、圆度和尺寸公差等质量指标较之空心活塞杆更容易保证；③ 避免了空心活塞杆与油管焊接因焊接缺陷引起的漏油现象；④ 由于末级活塞杆为实心制式，减小了末级活塞杆的直径，油缸的径向尺寸更为紧凑。

(2)将传统的双所用多级液压缸二只油口设置在末级活塞杆的伸出端改为将二只油口固定在-级缸筒外圆和-级缸筒的缸底上，其目的是与油口连接的油管可制成刚性的固定油管 ，油管不随末级活塞杆的往复运动而伸长、缩短和弯曲，避免了原先的柔性油管与往复运动的各级活塞杆外圆表面发生碰擦干涉。

(3)将传统的双作用多级液压缸在二、三级缸筒筒壁径向上设置通油孑L改为二、三级缸筒筒壁的轴向上设置通油孔，活塞上的孔用密封圈在缸筒中的往复运动中不再经过筒壁上的径向通油孔，避免了各级活塞上的孔用密封圈过缸筒内孔油孔而被挤入或划伤，从根本上保证了油缸的可靠性、耐久性和密封性能。

(4)本设计消除了传统的双作用多级液压缸在二、三级缸筒伸出时有杆腔有背压的状况(Up-、三级缸筒伸出时无杆腔与有杆腔同时通有液压油)，使得液压油缸在运行过程中避免了有杆腔背压的阻力，大大地提高了油缸的负载效率，降低 了能耗，节省了能源。

4 结论将末级活塞杆制成实心形式、将各级缸筒的通油孔制成筒壁轴向形式、将油口固定在最外-级的缸筒外圆上均是本设计的独到之处。实心制式双作用多级液压缸在其结构上具有新颖性、实用性和先进性，必将在更多的机械工程领域得到应用和推广。

124 液压与气动 2013年第5期DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.05.036某液压油源节能降噪的改进设计与研究朱 伟Improved Design on Energy-saving and Noise Reduction ofHydraulic Oil SourceZHU Wei(驻北京地区舰船设备军事代表室，北京亦庄开发区永昌南路 5号 100034)摘 要：该文论述了某液压油源进行节能降噪的改进设计和研究，通过对改进后油源的构成、工作原理、性能及设计计算的论述，以及与改进前油源的对比研究，认为在同样满足液压系统要求的压力和流量的前提下，可将油源电机功率降低，实现油源的节能；同时通过改进高低压力切换控制单元，可消除系统频繁的压力切换时产生的冲击和噪声，降低油源噪声。

关键词：改进；节能；降噪中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)O5-l24 3引言某液压油源是为某型装备液压系统配套的液压动力源，主要为其液压系统输出满足要求的工作压力和流量。

该液压系统主要负载为4个马达组件，因系统工作状态不同，4个马达输出功率不同，即在-定的工作压力下，4个马达转速不同，所需的输人流量不同。待机和准备状态，只需小的输人流量；单个或部分马达中速工作时，需要中等输入流量；4个马达同时高速工作时，需要最大的输人流量，此种工况仅为十多秒的短时工作。

该型液压油源通过采用恒流量输出、设定上下限压力切换、液压泵交替加压和卸荷、蓄能器储能和补油的工作原理来实现其功能。在实际使用过程中存在系统要求功率高、压力周期性波动大等问题。系统压力切换频繁产生的冲击对设备使用寿命有影响，同时不利于设备的减震降噪。为提高设备的工作可靠性与适装性，实现节能降噪的目的，对液压油源进行了改进设计。改进后液压油源采用恒压变量的工作原理(工作压力恒定，输出流量变化)，与改进前相比降低了电机功率、减少了压力冲击、降低了油源噪声。

下面就对改进前后油源的构成和工作原理进行详细的介绍与比较分析。

1 改进前液压油源的构成和工作原理改进前液压油源主要由电机、齿轮泵、逻辑阀块(包括电磁换向阀、二通插装阀、直动型溢流阀、压力传感器和压力表)、蓄能器等构成。液压原理图见图1。

该油源电机泵机组由55 kW 电机和齿轮泵组成，齿轮泵为定量泵，与逻辑阀块内的直动溢流阀组成恒压油源。为实现低负载工况下节能工作，通过逻辑阀收稿 日期 ：2013-043作者简介 ：朱伟(1969-)，男 ，辽宁黑山人，工程师，学士 ，主要从事舰炮武器系统工作。