活塞式液压缸

5.1.2　活塞式液压缸

活塞式液压缸分为双杆式和单杆式两种。

1．双杆式活塞缸

双杆式活塞缸的活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出，它根据安装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。如图5-1（a）所示为缸筒固定式的双杆活塞缸，它的进、出油口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台的移动，当活塞的有效行程为L时，整个工作台的运动范围为3L，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床。当工作台行程要求较长时，可采用如图5-1（b）所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定的机床上，动力由缸体付出。这种安装形式中，工作台的移动范围等于液压缸有效行程L的两倍（2L），因此占地面积小。进出口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，使油液从活塞杆中进出，也可设置在缸体的两端，但必须使用软管连接。

图5-1　双杆式活塞缸

由于油杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等，当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p₁和p₂，输入流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v为：

式中，A为活塞的有效工作面积。

对活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得很细。

2．单杆式活塞缸

如图5-2所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。

图5-2　单杆式活塞缸

由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度值分别为：

F₁=（p₁A₁-p₂A₂）=π［（p₁-p₂）D²-p₂d²］/4　　　　　　　　 （5-3）

v₁=q/A₁=4q/πD²　　　　　　　　　　　　　（5-4）

v₂=q/A²=4q/π（D²-d²）　　　　　　　　　　（5-5）

由上式可知，由于A₁＞A₂,所以F₁＞F₂，v₁＜v₂。

图5-3　差动液压缸

3．差动油缸

单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为“差动连接”，如图5-3所示。差动连接缸左右两腔的油液压力相同，由于左腔（无杆腔）的有效面积大于右腔（有杆腔）的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液（流量为q′）也进入左腔，加大了流入左腔的流量（q+q′），从而加快了活塞移动的速度。事实上，活塞在运动时，由于差动连接时两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力，而这个差值一般都较小，可以忽略不计，则差动连接时活塞推力F₃和运动速度v₃为：

F₃=p₁（A₁-A₂）=p₁πd²/4　　　　　　　　　　　　　 （5-6）

进入无杆腔的流量：

v₃=4q/πd²　　　　　　　　　　　　　　　 （5-8）

由以上三式可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。如果要求机床往返快速相等时，则可得：

把单杆活塞缸实现差动连接，并按2Dd=设计缸径和杆径的油缸称为差动液压缸。