QY20汽车起重机液压系统（油箱）设计（全套含CAD图纸）
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附件 1：外文资料翻译译文液压缸 3.1 液压缸的分类及基本计算液压缸是液压传动系统中应用最多的执行元件,它将油液的压力能转换为机械能,实现往复直线运动或摆动,输出力或扭矩；其作用方式可分为单作用式和双作用式两种,单作用式液压缸只能实现单用运动,即压力油只是通向液压缸的一腔,而反方向运动则必须依靠外力来实现,如复位弹簧力,自重或其它外部作用；双作用式液压缸在两个方向上的运动都由油压力推动来实现,可实现双向运动。液压缸可以看作是直线马达(或摆动马达),其单位位移排量即为液压缸的有效面积 ,当A液压缸的回油压力为零且不计损失时,输出速度 v 等于输入注量 q 除以排量 A,输出推力 F等于输入压力 p 乘以排量 A,即输入液压功率 pq 等于输入机械功率 Fv。液压缸有多种结构,但根据其具体结构特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式三类基本形式,除此以外,还有在基本形式上发展起来各种特殊用途的组合液压缸,下面分别予以介绍。3.1.1 活塞式液压缸活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式,其安装方式有缸筒固定和活塞杆固定两种形式。3.1.1.1 双杆活塞式液压缸图 3.1 所示为双杆活塞式液压缸的工作原理图,活塞两侧都有活塞杆伸出。当两活塞杆直径相同,供油压力和流量不变时,活塞式液压缸在两个方向上的运动速度和推力都相等,即(3.1)(42dDqAvv(3.2)mpF)(4212图 3.1 双杆活塞式液压缸式中 v-液压缸的运动速度 ；)/(sm-液压缸的推力 ；FN-液压缸的容积效率；-液压缸的机械效率；m-液压缸的流量 ；q)/(3sm-液压缸的有效工作面积 ；A(2-进油压力 ；p1)(Pa-回油压力 ；2-活塞直径 ；D)(m-活塞杆直径 。d图 3.1(a)为缸体固定式结构。当液压缸的左腔进油,推动活塞向右移动,右腔活塞杆向外伸出,左腔活塞杆向内缩进,液压缸右腔油液回油箱；反之,活塞反向运动。图 3.1(b)为活塞杆固定式结构,当液压缸的左腔进油时,推动缸体向左移动,右腔回油；反之,当液压缸的右腔进油时,缸体则向右运动。这类液压缸常用于中小型设备中。3.1.1.2 单杆活塞式液压缸图 3.2 所示为双作用单活塞杆液压缸,活塞杆只从液压缸的一端伸出,液压缸的活塞在两腔有效作用面积不相等,当向液压缸两腔分别供油,且压力和流量都不变时,活塞在两个方向上的运动速度和推力都不相等,即运动具有不对称性。如图 3.2(a)所示,当无杆腔进油时,活塞的运动速度 和推力 分别为1v1F(3.3)214DqA(3.4)mmpdDpPpF)()( 2212211 如图 3.2(b)所示,当有杆腔进油时,活塞的运动速度 和推力 分别为v2F(3.5)(422dDqAv(3.6)mmpDpF)( 21221 式中符号意义同式(3.1)、式(3.2),参见图 3.2。图 3.2 双作用单活塞杆液压缸比较上述各式,可以看出: , ；液压缸往复运动时的速度比为12v2F(3.7) 21dD上式表明,活塞杆直径愈小,速度比愈接近 1,液压缸在两个方向上的速度差值就愈小。如图 3.3 所示,当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时,由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积,使得活塞向右的作用力大于向左的作用力,因此,活塞向右运动,活塞杆向外伸出；与此同时,又将有杆腔的油液挤出,使其流进无杆腔,从而加快了活塞杆的伸出速度,单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。当差动连接时,有杆腔排出流量进入无杆腔,根据流量连续性方程可导出液压缸的运动速度 为3v(3.8) 22134dqAv图 3.3 双作用单活塞杆液压缸的差动连接在忽略两腔连通油路压力损失的情况下,差动连接液压缸的推力 为3F(3.9)mmpdAF1212134)(由式(3.8)和式(3.9)可知,差动连接时,液压缸的有效工作面积是活塞杆的横截面积,与非差动连接无杆腔进油工况相比,在输入油压力和流量不变的条件下,活塞杆伸出速度较大,而推力较小。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下,实现快速运动的有效办法。例题 3.1 已知单活塞杆液压缸的缸筒内径 =100mm,活塞杆直径 =70mm,进入液压Dd缸的流量 =25L/min,压力 =2Mpa, =0。液压缸的容积效率和机械效率分别为q1p20.98,0.97,试求在图 3.2 和图 3.3 所示的三种工况下,液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少?并给出运动方向。解: (1)在图 3.2(a)中,液压缸无杆腔透压力油,回油腔压力为零,因此,可推动的最大负载为 )(152379.021.046121 NpDFm液压缸向右运动,其运动速度为)/(.601.8.52321 smqv(2)在图 3.2(b)中,液压缸为有杆腔进压力油,无杆腔回油压力为零,可推动的负载为)(719.012)07.1(4)(4 62122 NpdDFm 液压缸向左运动,其运动速度为)/(.60)7.10(985)(2322 smdqv (3)在图 3.3 中,液压缸差动连接,可推动的负载为)(49.462123 NpFm液压缸向右运动,其运动速度为)/(106.07.8.5232 smdqv3.1.2 柱塞式液压缸前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛,但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高,当行程较长时,加工难度大,使得制造成本增加。在生产实际中,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。如图 3.4(a)所示,柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成。柱塞和缸筒内壁不接触,因此缸筒内孔不需精加工,工艺性好,成本低。单一的柱塞缸只能制成单作用缸,如果要获得双向运动,可采用复合式柱塞缸结构。柱塞缸的柱塞端面是受压面,其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性,一般柱塞较粗,重量较大,水平安装时易产生单边磨损,故柱塞缸适宜于垂直安装使用。为减轻柱塞的重量,有时制成空心柱塞。柱塞缸结构简单,制造方便,用于工作行程较长的场合,如大型拉床,矿用液压支架等。图 3.4 柱塞式液压缸3.1.3 摆动式液压缸摆动式液压缸输出转矩,并实现往复摆动,有时也称为摆动马达,在结构上有单叶片和双叶片两种形式。单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过 ,双叶片摆动液压缸的摆角一280般不超过 。如图 3.5 所示。单叶片式摆动液压缸由定子块 1、缸体 2、摆动轴 3、叶150片 4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上,叶片和摆动轴固连在一起,当两油口相继通以压力油时,叶片即带动摆动轴作往复摆动,当考虑到机械效率时,单叶片缸的摆动轴输出转矩为(3.10)mpdDbT)(8212根据能量守恒原理,结合式(3.10)得输出角速度为(3.11)(2dbq式中 D-缸体内孔直径 ；(md-摆动轴直径 ；)b-叶片宽度 。(图 3.5 摆动液压缸1-定子块 2-缸体 3-摆动轴 4-叶片当输入压力和流量不变时,双叶片摆动液压缸摆动轴输出转矩是相同参数单叶片摆动缸的两倍,而摆动角速度则是单叶片的一半。摆动缸结构紧凑,输出转矩大,但密封困难,一般只用于中低压系统中往复摆动,转位或间歇运动的地方。下面就摆动液压缸的计算举例说明如下。例题 3.2 如图 3.5 所示是单叶片摆动液压缸,供油压力 =10Mpa,流量 q=25L/min,1p回油压力 =0.5Mpa,D=100mm,d=40mm,若输出轴的角速度为 7rad/s,摆动液压缸的容积效2p率和机械效率分别为 0.96 和 0.98,求摆动油缸的叶片宽度和输出扭矩是多少?解(1)将单叶片摆动液压缸角速度公示(3.11)变形,得摆动液压缸叶片宽度为)(054.6)04.1(79258)( 232 mdDqb(2)由摆动液压缸输出扭矩计算公式(3.10)可得)(54098.10).)(.1(8.)(8 62212 mNpTm 3.1.4 组合式液压缸上述为液压缸的三种基本形式,为了满足特定的需要,还可以在这三种基本液压缸的基础上构成各种组合式液压缸。3.1.4.1 增压缸增压缸将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压支路使用。增压缸如图 3.6所示。大缸作为原动缸,输入压力为 ,小缸作为输出缸,输出压力为 。若不计摩擦力,1p2p根据力平衡关系,可有如下等式:(3.12)21A或 (3.13) 12p图 3.6 增压液压缸比值 称为增压比,由于 ,压力 被放大,从而起到增压的作用。21/A1/2A2p3.1.4.2 多级缸多级缸由两级或多级活塞套装而成,如图 3.7 所示图 3.7 多级液压缸前一级缸的活塞就是后一级缸的缸套,活塞伸出的顺序是从大到小,相应的推力也是从大到小,而伸出的速度则是有慢变快。相反的,缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞,收缩后液压缸总长度较短,占用空间较小,结构紧凑。多级缸适用于工
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