任务一：液压缸的类型和特点

项目四：液压执行元件任务一：液压缸的类型和特点授课教师：某某某液压传动系统的作用

是用于驱动设备的工作装置，比如挖掘机上的液压传动系统用来驱动抓斗和履带，平面磨床上的液压传动系统用来驱动工作台。液压传动系统上的这些驱动装置就是液压执行元件。液压执行元件是将液压能转换成机械能的能量转换装置，有液压缸和液压马达两种类型，两者的区别在于液压缸将液压能转换成往复运动的机械能而实现直线运动或摆动，而液压马达则将液压能转换成连续回转的机械能而实现旋转运动。项目描述知识目标项目目标01掌握液压缸的类型与结构特点；02掌握单杆活塞液压缸三种通油方式下的活塞运动速度和推力的计算；05掌握液压马达的特点、分类及主要性能参数。04了解液压缸的典型结构；03掌握差动液压缸的工作原理和活塞运动速度及推力的计算；能力目标能够计算液压缸的速度和推力；01能够计算液压马达转速和转矩；02能够计算液压缸输出的功率。04能够根据通油情况判断液压缸的运动方向；03分析问题、解决问题的能力。培养01优良学风、创新理念及科学家严谨的工作精神。培养02良好的设备维护和保养意识。培养04积极向上的人生态度、自我学习能力和良好的心理承受能力。具备03素质目标职业能力会根据液压缸的特点、分类、主要性能正确选用液压缸；01会根据液压马达的特点、分类、主要性能正确选用液压马达；02会计算液压马达的转速、转矩和功率。04会计算液压缸的速度、推力和功率；03目录CATALOG活塞缸01柱塞缸02摆动缸03其它液压缸04任务概述1了解液压缸的类型及其特点；掌握活塞式液压缸和柱塞式液压缸的推力及速度的计算方法。知识与技能液压缸结构特点则能实现小于360°的往复摆动，输出转矩和角速度。能实现直线往复运动，输出推力和速度；在液压力的作用下只能向一个方向运动，其反方向运动需要靠重力或弹簧力等外力来实现；靠液压力可实现正、反两个方向的运动。作用方式1活塞缸2柱塞缸3摆动缸1单作用式2双作用式01活塞缸活塞式液压缸一、活塞缸结构安装方式单杆式02双杆式01缸筒固定式01活塞杆固定式02如图4.1所示，活塞只有一端带活塞杆的液压缸称为单杆活塞缸。但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程L的2倍。缸体固定活塞杆固定单杆活塞缸01图4.1

单杆活塞式液压缸固定形式由于单杆活塞缸活塞两侧有效面积不等，当向两腔分别提供相同压力和流量的液压油时，在两个方向上的推力和运动速度也不相等。活塞向右运动的速度：(4-1)

活塞向右的推力：(4-2)

（1）无杆腔进油时，如图4.2(a)所示图4.2单杆活塞式液压缸(a)无杆腔进油活塞向左运动的速度：(4-3)

活塞向左的推力：(4-4)

（2）有杆腔进油时，如图4.2(b)所示

图4.2单杆活塞式液压缸(b)有杆腔进油当单杆式活塞缸的左右两腔同时进压力油时，因无杆腔的有效面积大于有杆腔的有效面积，活塞向右运动；同时右腔中排出的油液也进入左腔，加大了流入左腔的流量，从而加快了活塞向右运动的速度。液压缸的这种连接称为差动连接，差动连接的单杆液压缸称为差动液压缸。实际上活塞在运动时，由于管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力，而这个差值一般都很小，可忽略不计。活塞向右运动的速度：

（3）两腔同时进油时，如图4.2(c)所示图4.2单杆活塞式液压缸(c)两腔同时进油(差动连接)

(4-5)活塞向右的推力：差动连接时，一般设p₁≈p₂，则有活塞推力为：（3）两腔同时进油时，如图4.2(c)所示

(4-6)图4.2单杆活塞式液压缸(c)两腔同时进油(差动连接)由上式可以看出，差动连接的实际有效作用面积是活塞杆的横截面积，它使活塞向右运动速度变快，但推力变小。所以，差动连接速度的提高是以降低推力为代价的，它可在不增加泵流量的前提下（可用小流量泵）实现快速运动。实际生产中，单杆活塞式液压缸一般用在有以下工作循环的场合：快进（两腔同时进油）-工进（无杆腔进油v1

）-快退（有杆腔进油v2）01两腔同时进油，实现差动连接v3，活塞杆伸出，活塞运动的速度大，推力小，可作为设备的空载运动（快进）；02无杆腔进油，活塞杆伸出，活塞运动的速度小，推力大，可作为设备的工作进给运动（工进）；03有杆腔进油，活塞杆缩回，活塞运动的速度大，推力小，可作为设备的空载运动（快退）。

(4-7)缸筒固定活塞杆固定双杆活塞缸固定方式双杆活塞缸02特点双杆活塞缸的活塞两端均装有活塞杆，且一般活塞杆直径相同。当液压缸两腔输入的压力油和流量相等时，液压缸在两个方向上输出的运动速度和推力也相等。因此这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合，如各种磨床、研磨机等。应用图4.3(a)所示为缸筒固定的双杆式活塞缸

图4.3双杆活塞式液压缸固定(a)缸筒固定(b)活塞杆固定图4.3(b)所示为活塞杆固定的形式液压缸缸体固定，活塞通过活塞杆带动工作台移动，工作台的移动范围大约为活塞行程的三倍。因这种液压缸占地面积大，故一般只适用于小型机床。缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上。工作台的移动范围约为液压缸有效行程的两倍，因此占地面积小，常用于行程较长的大、中型设备的液压系统中。图4.4双杆活塞式液

(4-9)活塞式液压缸虽然应用广泛，但其缸筒内孔加工精度要求高，大工作行程时缸筒内壁加工困难，制造成本较高。

(4-8)如图4.4所示，双杆活塞缸的活塞左、右运动的速度为：活塞左、右的推力：02柱塞缸柱塞式液压缸是一种单作用液压缸，只有一个油管。其工作原理如图4.5所示：柱塞与运动工作部件连接，缸筒固定在机上。可实现一个方向。当压力油进入缸筒时，推动柱塞带动运动部件向右运动，但反向退回时必须依靠其它外力或自重。如图4.5(a)对于设备工作行程较长的液压系统，一般采用柱塞式液压缸。图4.5柱塞式液压缸(a)单柱塞(b)双柱塞(c)图形符号为获得双向往复运动，柱塞缸通常成对反向布置使用。如图4.5(b)为柱塞式液压缸的图形符号。如图4.5(c)(4-11)

柱塞式液压缸运动的速度：柱塞式液压缸产生的推力：(4-10)

图4.5柱塞式液压缸(a)单柱塞(b)双柱塞(c)图形符号柱塞式液压缸具有以下特点01柱塞端面受压，它应有足够的面积产生推力，且应有一定的刚度防止弯曲，所以，柱塞较粗；因柱塞呈悬空状态，为减轻重量，它应做成空心的。02缸筒内壁和柱塞不直接接触，用导向套配合导向，则缸筒内壁可粗加工，降低成本。所以，它主要用于行程较长的机床(最大6~8m)中，如龙门刨床、大型拉床和压力机等设备的液压系统中。03摆动缸分类活塞式摆动式液压缸也称摆动液压马达，它是一种输出转矩和角速度、并能实现往复摆动的液压执行元件。叶片式工程实际中，叶片式摆动液压缸使用较多。图4.6(a)所示为单叶片式摆动缸。当压力油从左下方油口进入缸筒时，叶片和叶片轴在压力油作用下作逆时针方向转动，回油从缸筒左上方的油口流出，摆动角度一般小于300°。

叶片式摆动缸01叶片式摆动液压缸结构原理如图4.6所示。这种摆动缸结构简单，输出转矩大，但密封困难。摆动式液压缸主要用来驱动作间歇回转运动的工作机构，例如回转夹具、液压机械手、分度机械等装置。图4.6叶片式摆动液压缸(a)单叶片式摆动缸(b)双叶片式摆动缸摆动轴缸体定子块叶片叶片式摆动缸分为单叶片和双叶片两种形式。图4.6(b)所示为双叶片式摆动缸。它的摆动角度较小，它的输出转矩是单叶片式的两倍，而角速度则是单叶片式的一半。图4.6叶片式摆动液压缸(a)单叶片式摆动缸(b)双叶片式摆动缸摆动轴缸体定子块叶片叶片式摆动缸分为单叶片和双叶片两种形式。叶片式摆动缸的输出转矩：叶片式摆动缸输出角速度：(4-12)

(4-13)

叶片式摆动缸的输出转矩：(4-12)

叶片式摆动缸输出角速度：(4-13)

T

转矩，N·m；b

叶片宽度，m；z

叶片数；D

缸体内径，m；d

摆动轴直径，m；

活塞杆上加工有齿条结构。当压力油通入缸的左腔时，活塞向右移动，通过齿条、齿轮带动摆动轴上的负载旋转；当缸的右腔通入液压油时，摆动轴反转。活塞式摆动缸02如图4.7所示为齿轮齿条活塞式摆动液压缸。图4.7齿轮齿条活塞式摆动液压缸图4.8液压摆动缸的图形符号04其它液压缸它是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸。左边的大直径活塞缸称为低压缸（原动缸），右边的小直径柱塞缸称为高压缸（输出缸）。增压缸可将左腔输入的低压油转变为右腔的高压油输出，供液压系统中某一高压油路使用（增压缸不能直接驱动负载）。在某些短时间或局部需要高压液体的液压系统中，常采用增压缸与低压大流量泵配合使用。增压缸常用于压铸机、造型机等设备的液压系统中。增压缸01图4.9增压缸(a)结构原理图(b)图形符号增压缸又称增压器。增压缸的工作原理如图4.9所示式中比值𝐷²∕𝑑²称为增压比，此处增压是以降低输出流量为代价的。

(4-14)

由上式得

伸缩液压缸由两个或多个活塞式或柱塞式液压缸组装而成，它的前一级缸的活赛杆或柱塞是后一级缸的缸筒。这种伸缩液压缸在各级活塞杆或柱塞依次伸出时可获得很长的行程，而当它们缩入后又能使液压缸的轴向尺寸很短。伸缩缸02图4.10（a）所示为一种双作用式伸缩液压缸。当压力油通入缸筒的左腔或右腔时，各级活塞按其有效作用面积的大小依次动作。伸出时作用面积大的先动，小的后动；缩回时动作次序反之。图4.10（c）为双作用伸缩缸的图形符号。伸缩缸各级活塞的运动速度和推力是不同的，其值可按活塞液压缸的有关公式来计算。伸缩液压缸特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。(a)双作用伸缩液压缸的原理结构图图4.10伸缩液压缸1一活塞；2一套筒；3—()形密封圈；4一缸筒；5一缸盖（c）双作用式伸缩缸符号图4.10伸缩液压缸除双作用伸缩液压缸外，还有一种柱塞式单作用伸缩液压缸。如图4.10（b）所示。当油口接通压力油时，柱塞由面积大的至面积小的逐次伸出；当油口接回油箱时，柱塞在外负载或自重的作用下，由小到大逐个缩回：在此结构中，负载与最小面积的柱塞直接相连。(b)单作用式伸缩缸符号图4.10伸缩液压缸总结伸缩式液压缸有以下特点：01伸缩缸工作的行程可以相当长，不工作时整个缸的长度可以缩得较短；03单作用伸缩缸的外伸依靠油压，内缩依靠自重或负载作用，因此伸缩式液压缸多用于倾斜或垂直放置的场合。02伸缩缸逐个伸出时，有效工作面积逐次减小，因此当输入流量相同时，外伸速度逐次增大；当负载恒定时，液压缸的工作压力逐次提高；训练1利用进企业参观实习的机会，观察设备中的液压系统，找出几种液压缸的应用场合。技能训练训练2有一差动连接的液压缸，其供油泵的流量为25L/min，设活塞运动的快进和快退速度均为6m/min，确定液压缸的内径和活塞杆的直径。解因液压缸是差动连接，根据公式（4-5）得活塞杆直径为液压缸快进快退速度相同，则由公式（4-7）得液压缸的内径为技能训练解①在图4.2

(a)中，液压缸的无杆腔进压力油，回油腔压力为零，因此，可推动的最大负载为活塞杆向右运动，其运动速度训练3

图4.2单杆活塞式液压缸(a)无杆腔进油图4.2单杆活塞式液压缸(b)有杆腔进油解②在图4.2

(b)中，液压缸为有杆腔进压力油，无杆腔的回油压力为零，可推动的负载为活塞杆向左运动，其运动速度为技能训练

训练3

将单杆活塞缸的三种进油连接做比较，可见F1>F2