液压与气压传动 2-13某型号斜盘式轴向柱塞液压泵的斜盘倾角a=20°，柱塞直径d=22mm,柱塞分布圆直径D= 68mm,柱塞数z=7,机械效率nm=0.9,容积效率n,=0.97,泵转速n=1450r/min,泵输出压力p= 28MPa,试求： (1)理论平均流量。 (2)实际输出的平均流量。 (3)泵的输入功率。 32
第3章 液压执行元件 液压系统的执行元件是把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件，包括液压缸 和液压马达。液压缸可以实现直线运动或者往复摆动。液压缸的输入量是液体的流量和压 力，输出量是速度和力。液压马达可以实现连续的转动。液压马达的输入量是液体的流量和 压力，输出量是转速和转矩。 3.1液压缸的分类 图3】所示为液压缸实物。液压缸具有结构简单、制造容易、工作可靠、维修方便等优 点，被广泛应用于各类液压系统。液压缸种类很多，不同结构的液压缸可完成不同的动作。 单个液压缸本身虽然输出单一往复直线运动，但多个液压缸组合，就能使工作机构完成各种 空间动作。图3-2所示的液压挖掘机，所采用的液压缸有动臂缸、斗杆缸和铲斗缸，多个液 压缸协调动作，就能将土石挖出及卸下。 图3】液压缸实物 根据不同的分类标准，液压缸可分为不同的类型： 按运动形式的不同，液压缸可分为实现往复直线运 动的液压缸和实现往复摆动的摆动液压缸。 按供油方向分，液压缸可分为单作用式和双作用式 液压缸。单作用式液压缸只有一腔通压力油，液压力控 制单向运动，反向运动依靠弹簧力、自重或其他外力完 成：双作用式液压缸的双向运动都可依靠液压力控制。 按结构形式分，液压缸可分为活塞缸、柱塞缸、摆 动缸、组合缸等。 图32液压挖掘机 下面按照结构形式的不同，分别介绍各种液压缸的 1一动臂缸2一斗杆缸3一铲斗缸 结构特点。 3.1.1活塞式液压缸 活塞式液压缸可分为双活塞杆式和单活塞杆式两种结构形式，其安装方式又分缸筒固定 和活塞杆固定两种。 33
液压与气压传动 1.双活塞杆式液压缸 双活塞杆式液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形 式。图3-3所示为双活塞杆式液压缸，图3-3所示为缸体固定，图3-3b所示为活塞杆固定。 7777777 图33双活塞杆式液压缸 a)缸体固定b)活塞杆固定 通常双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，即其左、右两腔的有效工作面积相等，所以 当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则液压缸的运动速度)和推力 F分别为 =9 4q π(D-4)w (3-1) F=平(D2-d)(p,-Pn (3-2) 式中，v是液压缸的运动速度(m/s);F是液压缸的推力(N);q是输入流量(m3/s);A 是活塞有效工作面积(m)；P1、P2分别为缸的进、回油压力(P)；n、刀m分别为液压缸 的容积效率和机械效率：D、d分别为活塞直径和活塞杆直径(m)。 2.单活塞杆式液压缸 单活塞杆式液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和推 力，其简图如图3-4所示，图3-4所示为无杆腔进油有杆腔回油，图3-4b所示为有杆腔进 油无杆腔回油。 6 图3-4单活塞杆式液压缸 (1)无杆腔进油 活塞的运动速度，和推力F分别为 4=94g TD27u (3-3) F=(PIA:-PaA2 )nm=Dp -(Di-d)pa] (3-4) 34
第3章液压执行元件‘。 (2)有杆腔进油活塞的运动速度2和推力F,分别为 40 π(D2-) (3-5) R=(p,4,-A)n.=4[(D2-t)n-Dp2]n (3-6) 比较上述各式，可得1<u2,F,>F2o 作为液压缸的设计参数，定义液压缸往复运动的速度比为 ==4=D2 1=A2=D2-d乃 由上式可知，活塞杆直径越小，速度比越接近1，液压缸往 返的速度差越小。 (3)差动连接当单杆活塞缸两腔同时通人压力油时，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，活塞向右运动，活塞杆外伸；同 时，又将有杆腔的油液挤出，与液压泵输送来的压力油一起流进 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 连接方式称为差动连接。其简图如图3-5所示。 进入无杆腔的流量 图3-5差动连接液压缸 91=A13=9mv+A23 (3-7) 活塞的运动速度为 md n (3-8) 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 R=p(A,-A)nn=平dp7. (3-9) 差动连接时，液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，在相同的输入油压力和流量 下，运动速度比非差动连接液压缸无杆腔进油时的大，而输出力较小。差动连接能够在不增 加液压泵流量的条件下，实现液压缸的快速运动。 例3-1假设有一双作用单杆活塞缸，要求其差动快进和快退（有杆腔进油，无杆腔回 油)时速度均为0.1m/s。若供油流量为30.2L/min,不计摩擦损失和泄漏，试确定活塞与 活塞杆的直径。 解差动快进时，活塞运动速度为 =_9=0.1m/s (3-10) 所以 d= 30.2×10- -m=0.08m (3-11) 年×0.1×60 快退时，活塞运动速度为 35●
液压与气压传动 2= =0.1m/s (3-12) 平(D-) 由=2得 D2-d =d (3-13) 即 D=2d (3-14) 所以 D=√2d=√2×0.08m=0.1132m (3-15) 3.1.2柱塞式液压缸 活塞式液压缸由于缸孔加工精度要求高，当行程较长时，制造成本增加。在生产实际 中，某些场合的液压缸并不要求双向控制，这时可以选用价格低廉的柱塞式液压缸。 如图3-6a所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞套在导 套里，和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，制造成本低。柱塞式液压缸是单作用 的，回程需要借助自重或弹簧力或其他力来完成。如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸 成对使用，如图3-6b所示，每个柱塞缸控制一个方向的运动。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，质量较大，水平安装时下侧易产生磨损，故柱塞缸宜垂直安装。为减轻柱塞的质 量，可将其制成空心的。柱塞缸结构简单，加工方便，常用于工作行程较长的场合，如大型 拉床、矿用液压支架、大型液压机等。 777777 图3-6柱塞式液压缸 3.1.3摆动式液压缸 摆动式液压缸又称为摆动液压马达，能实现小于360°的往复摆动，输出转矩，主要有 单叶片式、双叶片式和三叶片式三种结构形式。 图3-7所示为单叶片和双叶片摆动式液压缸，主要由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶 片4、端盖及密封件等主要零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起。 当A、B油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。单叶片缸的摆动轴输出 转矩为 T=(R-2)(n-)n (3-16) 36