活塞式液壓缸及柱塞式液壓缸
活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種。
(1)雙桿式活塞缸。雙桿式活塞缸是活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。圖B(a)所示為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進、出油口布置在缸筒兩端,活塞通過活塞桿帶動工作臺移動,當(dāng)活塞的有效行程為l時,整個工作臺的運動范圍為3l,所以機床占地面積大,一般適用于小型機床。當(dāng)工作臺行程要求較長時,可采用圖B(b)所示的活塞桿固定的形式,缸體與工作臺相連,活塞桿通過支架固定在機床上,動力由缸體傳出。在這種安裝形式中,工作臺的移動范圍只等于液壓缸有效行程l的2倍(2l),因此占地面積小。進、出油口可以設(shè)置在固定不動的空心的活塞桿的兩端,但必須使用軟管連接。
由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑通常是相等的,因此它左、右兩腔的有效面積也相等。當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時,液壓缸左、右兩個方向的推力和速度相等?;钊闹睆綖镈,活塞桿的直徑為d,液壓缸進、出油腔的壓力為P1和p2,輸人流量為q,雙桿活塞缸的推力F和速度口為
F1=F2=A(p1-p2)=(π/4)(D2-d2)(p1-p2) (5-1)
v1=v2=q/A=4q/π(D2-d2) (5-2)
式中,d為活塞桿直徑;D為活塞直徑;p1、p2為液壓缸進、出油腔的工作壓力,q為輸入液壓缸的流量。
雙桿式活塞缸在工作時,設(shè)計成一個活塞桿是受拉的,而另一個活塞桿不受力,因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細些。
(2)單桿式活塞缸。如圖C所示,活塞只有一端帶活塞桿,單桿式活塞缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式,但它們的工作臺移動范圍都是活塞有效行程的2倍。
由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等,因此它在兩個方向上的輸出推力和速度也不等,其值分別為
F1=(p1A1-p2A2)=π/4[p1D2-p2(D2-d2)] (5-3)
v1=q/A1=4q/πD2 (5-4)
F2=p1A2-p2A1=π/4[p1(D2-d2)-p2D2] (5-5)
v2=q/A2=4q/π(D2-d2) (5-6)
式中,d為活塞桿直徑;D為活塞直徑;p1為液壓缸的工作壓力;q為輸入液壓缸的流量。
由式(5-3) ~式(5-6)可知,由于A1>A2,所以F1>F2,v1<v2。如果把兩個方向上的輸出速度v2和v1的比值稱為速度比,記為φ,則
Φ=v2/v1=[4q/π(D2-d2)]/(4q/πD2) (5-7)
因此,活塞桿直徑越小,Φ越接近于1,活塞兩個方向的速度差值也就越小。如果活塞桿較粗,活塞兩個方向運動的速度差值就較大,可用于快速退回運動。在已知D和Φ的情況下,可以較方便地確定d,即
D=D√ ̄[(Φ-1)/Φ] (5-8)
(3)差動油缸。如果向單桿活塞缸的左、右兩腔用油管連通并同時通入高壓油,即差動連接,如圖D所示。作差動連接的單出桿液壓缸稱為差動液壓缸,開始工作時差動缸左、右兩腔的油液壓力相同,但是由于左腔(無桿腔)的有效面積大于右腔(有桿腔)的有效面積,故活塞向右運動,同時使右腔中排出的油液(流量為q′)也進入左腔,加大了流入左腔的流量(q+q′),從而也加快了活塞移動的速度。實際上活塞在運動時,由于差動連接時兩腔間的管路中有壓力損失,所以右腔中油液的壓力稍大于左腔油液壓力,而這個差值一般都較小,可以忽略不計,則差動連接時活塞推力F3和運動速度v3為
F3=p1(A1-A2)=p1(πd2/4) (5-9)
進入無桿腔的流量為
Q1=v3(πD2/4)=q+v3[π(D2-d2)/4] (5-10)
式中,d為活塞桿直徑;D為活塞直徑;p1為液壓缸的工作壓力;q為泵輸出流量。
由式(5-9)、式(5-10)可知,差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小,速度比非差動連接時大。利用這一點,可使在不加大油源流量的情況下得到較快的運動速度,這種連接方式被廣泛應(yīng)用于組合機床的液壓動力系統(tǒng)和其他機械設(shè)備的快速運動中。如果要求機床往返快速相等時,即使v1=v2,則由式(5-6)和式(5-10)可得
4q/[π(D2-d2)]=4q/πd2 即D=(√ ̄ 2)d (5-11)
2.柱塞缸
圖E(a)所示為單向柱塞缸,它只能實現(xiàn)一個方向的液壓傳動,反向運動要靠外力。若需要實現(xiàn)雙向運動,則必須成對使用,如圖E(b)所示。這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸,運動時由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向,因此缸筒的內(nèi)壁不需精加工,它將別適用于行程較長的場合。
柱塞缸輸出的推力和速度各為
F=pA=p(πd2/4) (5-12)
V=q/A=4q/πd2 (5-13)
式中,d為柱塞直徑,p為輸入柱塞缸的壓力;q為輸入柱塞缸的流量。