液压缸的结构组成和主要参数详解

液压缸的结构组成和主要参数详解

液压传动技术在现代工业中得到广泛应用，液压缸作为实现直线往复运动或小于360度往复摆动运动的液压机构，结构简单，工作可靠，是液压系统中应用极广泛的主要执行元件之一。本文将详细介绍液压缸的分类、结构组成、主要参数以及发展动态。

液压缸的分类

液压缸可以根据不同的标准进行分类：

• 按结构形式：可分为活塞式、柱塞式、套筒式和齿轮齿条式等；
• 按运动方式：可分为直线往复式和回转摆动式；
• 按作用形式：可分为单作用式和双作用式；
• 按安装形式：可分为拉杆式、耳环式、底脚式、铰轴式等；
• 按压力等级：可分为低压、中压、中高压、高压、超高压。

液压缸的结构组成

以单杆双作用活塞液压缸为例，液压缸通常由以下主要部分组成：

1. 缸筒：缸筒是液压缸的主体零件，它与缸盖、活塞等零件构成密闭的容腔，推动活塞运动。常用的缸筒结构有8类，通常根据缸筒与端盖的连接形式选用。

2. 缸盖：缸盖装在液压缸两端，与缸筒构成紧密的油腔。通常有焊接、螺纹、螺栓、卡键和拉杆等多种连接方式，一般根据工作压力，油缸的连接方式，使用环境等因素选择。

3. 活塞杆：活塞杆是液压缸传递力的主要元件。材料一般选择中碳钢（如45号钢）。油缸工作时，活塞杆受推力、拉力或弯曲力矩等，故保证其强度是必要的；并且活塞杆常在导向套中滑动，配合应合适，太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损，这就要求其表面粗糙度、直线度和圆度等合适。

4. 活塞：活塞是将液压能转为机械能的主要元件，它的有效工作面积直接影响液压缸的作用力和运动速度。活塞与活塞杆连接有多种形式，常用的有卡环型、轴套型和螺母型等。当无导向环时，活塞用高强度铸铁HT200~300或球墨铸铁；当有导向环时，活塞用优质碳素钢20号、35号和45号。

5. 导向套：导向套对活塞杆起导向和支撑作用，它要求配合精度高，摩擦阻力小，耐磨性好，能承受活塞杆的压力、弯曲力以及冲击振动。内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止杂质、灰尘和水分带到密封装置处，损坏密封。金属导向套一般采用摩擦系数小、耐磨性好的青铜、灰铸铁、球墨铸铁和氧化铸铁等；非金属导向套可采用聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯等。

6. 缓冲装置：活塞和活塞杆在液压力的驱动下运动时具有很大的动量，当进入油缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击压力和噪音。采用缓冲装置，就是为了避免这种碰撞。其工作原理（如下图所示）是使缸筒低压腔内油液（全部或部分）通过节流把动能转换为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外。最常用的是节流口可调式和节流口变化式两种。

液压缸的主要参数

液压缸的主要参数包括压力、流量、尺寸规格、活塞行程、运动速度、推拉力、效率和液压缸功率等。

1. 压力：压力是油液作用在单位面积上的压强。计算公式p=F/A，即作用在活塞上的载荷除以活塞的有效工作面积。从上式可知，压力值的建立是由载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。平常我们说的额定压力，是液压缸能以长期工作的压力。

按额定压力，液压缸压力分级见下表：单位MPa

最高允许压力指液压缸在瞬间所能承受的极限压力；而耐压试验压力是指检查液压缸质量时需承受的试验压力，这两种压力各国多数规定小于等于1.5倍额定压力。

2. 流量：流量是单位时间内油液通过缸筒有效截面积的体积。计算公式Q=V/t=vA，其中V表示液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，t表示液压缸活塞一次行程所需时间，v表示活塞杆运动速度，A表示活塞的有效工作面积。

3. 活塞行程：活塞行程指活塞往复运动时在两极之间走过的距离。一般在满足了油缸的稳定性要求后，按实际工作行程从下表选取与其相近似的标准行程。

4. 活塞的运动速度：运动速度是单位时间内压力油液推动活塞移动的距离，可表示为v=Q/A。液压缸的速度要适当，速度过高时常常会引起密封件的过热和磨损，同时也会加剧活塞杆、导向套和缸筒的磨损。速度过低时，则容易产生爬行等不稳定情况。采用橡胶密封件时，液压缸的最快速度一般不宜超过(24～30)m/min，即(0.4-0.5)m/s，也不宜低于6m/min (0.1m/s)。参照同类液压缸的速度取值是一种稳妥的方法。

5. 尺寸规格：尺寸规格主要包括缸筒的内外径、活塞直径、活塞杆直径和缸盖尺寸等，这些尺寸根据液压缸的使用环境，安装形式，所需提供的推拉力以及行程等来计算，设计和校核后从下表取整。

液压缸常见问题及维修

液压缸作为一种元件、一种工作装置，与所有机械设备一样，在长期运行过程中不可避免地在其结构零部件中会产生不同程度的磨损、疲劳、腐蚀、松动、老化变质甚至损坏等现象，使得液压缸工作性能、技术状况恶化，进而直接造成整台液压设备的故障，甚至失效。因此，对液压缸日常工作中常见问题的排除和维修是非常重要的。

液压缸的发展动态

随着液压技术的深入普及和应用领域、场合的日益扩大，对液压缸的工作性能、构造、使用范围、制造精度、外观、材料、试验方法都不断提出新的要求，因此不断推动着液压缸的发展和进步。其总的趋势为：

1. 高压化、小型化：高压化是减少液压缸径向尺寸和减轻重量，并缩小整套液压装置体积的有效途径。

2. 新材质、轻量化：随着高压化、小型化，液压缸使用环境的考验等，新材质、轻量化也成了解决办法之一。

3. 新颖结构复合化：为了适应液压缸应用范围的扩大，各种新颖结构的液压缸不断出现，液压缸、自锁液压缸、钢缆式液压缸、蠕动式液压缸和复合化液压缸等。

4. 高性能、多品种：液压油缸的设计将趋向于集成化和模块化，简化液压系统的安装和维护工作，同时提高系统的灵活性和扩展性。

5. 节能化与耐腐蚀：液压油缸将采用更高效的密封技术，减少内部泄漏，同时优化设计以降低能耗，满足日益严格的环保标准。

6. 智能化、数字化：随着工业4.0的推进，液压油缸将集成更多智能传感器和控制单元，实现自我诊断、预测维护和智能监控，提高系统的可靠性和效率。