第四章 油缸

油缸是液压传动系统中最常用的执行元件。它与油马达一样,都是把液压能转换成机械能的能量转换装置。 油缸通常按运动形式可以分为二类:1、直线往复运动油缸;2、摆动油缸。(旋转角度小于360°) 直线往复运动油缸又分为二种:活塞杆油缸和柱塞油缸。 活塞杆油缸又分为双出杆活塞油缸,如图1所示,和单出杆活塞油缸,如图2所     

液压差动油缸活塞面积的合理设计(摘要)

<正> 设计差动油缸有杆腔活塞面积A_2与无杆腔活塞面积A_1时,若假设有杆腔压力P_2等于无杆腔压力P_1,则将给计算带来较大误差。按图示条件;P_0为油泵压力、A_3为活塞杆面积,泵输出流量、两腔输入、出流量分别为Q_0、Q_1,Q_2;现假设各压力管道的阻力系数分别为ξ_0,ξ_1,ξ_2;由实验知:P_2>P_N>P_1各相应段的压力损失为:     

往复式压缩机中活塞杆与活塞连接处结构分析

本文通过实际案例,说明活塞杆与活塞的连接处由于预紧力过大,会导致活塞杆与活塞连接的部分提前发生疲劳失效,针对该情况,本文提供了三种活塞杆与活塞连接的结构形式,并说明其安装方法。     

轨道车辆液压减振器低频阻尼特性试验研究

在轨道车辆液压减振器开发过程中,通常会存在由于减振器泄漏等原因,导致其在低频阶段阻尼力值过低而无法满足技术要求的情况。为了研究减振器在低频阶段泄漏产生的原因及其对阻尼力值的影响力程度,通过改变导向套与活塞杆间隙、活塞表面与阀片贴合度及支撑环形式等的试验对比,研究其对减振器泄漏程度所造成的低频阶段阻尼力值的变化。试验结果表明,导向套与活塞杆间隙、活塞表面与阀片贴合度对减振器低频阻尼特性有较大的影响,而受活塞支撑环的影响相对较小,导向套与活塞杆间隙主要作用于液压减振器的复原行程内。     

并联双杆液压缸偏载力和径向力分析

针对矢量喷管发动机采用的并联双杆液压缸存在不均匀磨损和运动抖动的问题,建立液压缸数学模型和等效静力学模型,研究不同负载、不同阀口开度下偏载力以及活塞与缸筒、活塞杆与导向套之间的径向力变化情况。研究结果表明:当外负载一定时,偏载力与阀口开度近似呈二次函数关系;当阀口开度一定时,偏载力与外负载呈线性关系;在空载条件下,偏载会对2根活塞杆的运动顺序产生影响;在外负载作用下,并联结构的形变导致径向力的产生,2根活塞杆的轴向偏载对径向力影响较小;活塞与缸筒之间的径向力随活塞杆伸出长度增大而增大,活塞杆与导向套之间的径向力随活塞杆伸出长度增大先减小再增大;并联液压缸之间的串联孔面积越大,2根活塞杆的轴向偏载力越小;采用增大连接块厚度或者采用高弹性模量的材料可以有效地降低液压缸的径向力。关于偏载力对2根活塞杆运动顺序的影响,实验结果与理论结果相符。     

变排量压缩机活塞行程测量方法及应用

为获得汽车空调用变排量压缩机稳态和动态特性,提出了一种变排量压缩机活塞行程测量方法并研制出测量装置。该测量方法确定容易测量的轴颈插销位移作为测量参数,然后根据活塞部件几何关系推导出活塞行程与轴颈插销位移的函数关系,计算出活塞行程。使用情况证明使用该测量方法可以得出活塞行程的大小和变化情况,是一种简单、可靠、方便的活塞行程测量方式。用该测量方法对变排量压缩机性能的试验研究发现:压缩机的相对容积效率与相对活塞行程成正比;活塞行程是否变化与摇板箱压力和吸气压力差大小有关。     

二级膨胀往复式气动发动机设计与仿真

针对传统活塞往复式气动发动机中连杆对曲柄的作用力及方向不断变化,以及连杆对活塞侧向力使活塞摩擦力增加的缺点,提出了一种新型二级膨胀往复式气动发动机总体结构。应用单向轴承和齿轮传动,设计了具有双行程驱动膨胀做功的传动结构和气动控制回路。通过研究进排气过程与动力参数的相互作用关系,建立了两级耦合膨胀系统动力学模型,在MATLAB\SIMULINK下进行了仿真研究。仿真结果表明,在该文提供的结构参数下,动力性能满足设计要求,充气行程比是影响性能的主要因素。当充气行程比超过0.8时,输出功率因排气损耗增加而不再提升,在满足负载条件下,减小充气行程比有利于提高能量利用率,可达约77%。     

防抽油杆偏磨工艺措施浅见

目前发生抽油杆偏磨的现象越来越严重，其主要原因是活塞下行时作用在活塞上的方向向上的力无法消除，在这些力的作用下，活塞下行受阻，速度降低，当阻力足够大，活塞上部的抽油杆下行速度超过活塞时就导致了抽油杆弯曲，发生偏磨，此工艺理论通过在活塞下部加装加重杆，抵消了活塞下行阻力，并配合以相应改装结构的抽油泵防止气锁现象，从而达到防止杆偏磨的目的。     

油压碎石器结构性能仿真电算的数据分析

根据微机电算分析碎石器结构参数和工作参数的变化对碎石器工作性能的影响,揭示结构参数和工作参数对碎石器性能影响的规律,并得出增加油压、前后缸面积差、冲击行程和活塞质量均可增加单次冲击能量;减小冲击行程、活塞质量可增加冲击频率;增大活塞前后缸面积差可提高冲击效率等相应的结论,对于提高碎石器的设计水平,避免设计的盲目性,缩短研制周期等具有重要作用     

单活塞液压自由活塞发动机活塞振动特性研究

研究单活塞液压自由活塞发动机原理样机活塞组件振动特性.建立活塞组件动力学模型,导出了活塞振动方程,研究了活塞的幅频特性并运用相平面法分析了活塞运动的稳定性.活塞组件运动属于单自由度变阻尼、变刚度自振振动.活塞运动频率与振幅间存在单调上升关系且受压缩比的限制,其稳定极限环存在的区域由进气口位置和活塞行程决定,下止点位置位于稳定极限环存在区域是实现自激振动的关键,工作频率可以在零和自激振动频率之间调整.     

水下液压冲击器活塞的设计分析

活塞的运动是水下液压冲击器功能实现的关键,利用“龙格-库塔方法”对活塞杆的动力学方程进行进行理论分析分析,从而建立起时间与行程的关系拟合曲线,再结合配油阀阀芯的运动进行仿真分析,对设计合理性进行了进一步的验证.也为此方面知识的研究提供了分析方法.     

基于Matlab与Ls-dyna的气缸冲击仿真解析

气缸活塞撞击到前端盖时,活塞杆和衬套间会发生较大应力导致部件磨损产生气体泄漏.为了准确了解气缸运行过程中各物理量的集中式参数和分布式参数的变化情况,提出一种采用Matlab与ANSYS/Ls-dyna对气缸运行和内部受力进行联合仿真的方法.通过Matlab获得气缸内压力的仿真结果,以此作为Ls-dyna的仿真条件可以得到更为精确的位移、速度、活塞杆与衬套间动态应力分布和径向震荡等情况.仿真结果表明气缸冲击过程中,活塞与活塞杆出现明显的倾斜,气缸衬套与缸筒上呈现一些明显的受力点,气缸的活塞杆冲击速度、负载分别与其所承受的最大等效压力近似成正比关系.      

压燃式自由活塞直线发电机工作过程数值仿真

为研究压燃式自由活塞直线发电机的动力学特性,对其启动和稳态工作过程进行了数值仿真计算,并对自由活塞直线发电机的负荷特性和频率特性进行了分析.结果表明,与曲柄连杆式发动机相比,自由活塞发动机在其上止点附近有非常大的加速度,使得在上止点附近压缩行程较慢和膨胀行程较快.随着系统输出功率的提高,自由活塞发动机的缸内峰值压力、压缩比及指示效率不断下降;而直线电机载荷系数、峰值电磁力及循环加入能量不断增加.随着系统的运转频率不断提高,直线电机的载荷系数不断降低,最大峰值电磁力将在中间某一工作频率取得;而活塞平均速度、自由活塞发动机的指示效率和系统输出功率不断增加.     

细长型液压启闭机液压缸筒活塞杆挠度的计算分析

基于改进的液压缸阶梯杆模型,对细长型液压启闭机液压缸筒及活塞杆的挠度进行了计算分析,考虑了液压缸安装角度、缸筒与活塞杆配合间隙、液压缸活塞杆自重以及油液质量对杆轴横向变形的影响;依据固体力学基础理论对缸筒、活塞杆的受力与变形进行计算推导,通过建立和求解挠度方程获得了液压缸筒、活塞杆挠度的解析计算方法,并结合工程实际给出了应用算例.结果表明,与有限元计算方法相比,文中方法的计算误差在5%以内.     

液压冲击锤瞬态冲击动力特性分析

基于弹性体一维振动瞬态应力波传播理论,建立了液压冲击锤活塞与钎杆冲击过程的双柔性杆共轴纵向碰撞计算模型.应用瞬态波函数特征值展开法求解冲击过程中各冲击部件的位移-时间瞬态响应函数,进一步分析了冲击过程中钎杆和活塞的应力波传播规律及各截面的冲击动力特性.文中还分析了液压冲击锤在不同钎杆长度、钎杆直径及活塞初始冲击速度下对冲击部件冲击过程瞬态动力响应的影响.钎杆长度变化对冲击过程撞击力影响不大,随着钎杆长度变短,活塞进入反弹的时间加快;钎杆直径增大时,撞击力幅值增大,破碎能力增强,冲击能量利用率降低;活塞初冲速度增大时,撞击力成比例增大,冲击锤破碎能力迅速提升.文中结果可为优化液压冲击锤系统结构、合理设计冲击破碎性能、合理调节冲击施工参数提供理论依据.     

新型螺杆的初步研究

在当前我国塑料工业飞速发展的大好形势下,高速高效挤出日益成为一个迫切需要解决的问题。而在高速高效挤出机的几个关键问题中,螺杆的结构与参数是否合理更具有重要的意义。生产中的大量事实表明:合理地改变螺杆结构与参数,不仅能使挤出机的产量有较大的提高,而且在改善挤出质量,例如促进各种添加剂的分散,改善混炼效果,降低挤出温度,减少径向温差,压力波动和温度波动,增加螺杆对物料的适应性等方面,都有良好的效果。几年来,在兄弟单位的大力支持下,我们前后试验了四根分离型螺杆、七根屏障型螺杆、一根双屏障螺杆,一根分流型销钉螺杆、一根DIS螺杆和三根用来对比的普通螺杆。     

双缓冲腔环形间隙对凿岩机缓冲系统动态特性的影响

分析了液压凿岩机双缓冲系统的结构特点,应用孔口节流理论确定了缓冲活塞的静平衡位置,基于应力波传递原理得到了缓冲活塞的回弹速度,考虑油液的压缩特性推导出一级缓冲腔压力公式,由间隙流量公式得到了二级缓冲腔压力,在此基础上建立了缓冲活塞的运动微分方程.应用Matlab工具对双缓冲系统的动态特性进行了仿真,分析了不同环形间隙下缓冲活塞的运动规律,探讨了环形间隙对一级和二级缓冲腔压力的影响.提出与环形间隙和活塞最大行程的比值相关的间隙行程系数η.仿真结果表明,间隙行程系数与双缓冲系统的特性密切相关,存在最优范围.搭建了实验台,通过实验对缓冲系统的数学模型进行了验证.     

油缸出现爬行现象的原因分析

油缸是液压传动系统中的一类执行元件 ,它是将液压能转换为机械能的能量转换装置。油缸工作的平稳性直接影响到驱动机构能否正常工作。油缸的爬行现象对驱动机构工作的平稳性影响较大 ,下面从 5个方面对油缸产生爬行的原因作一分析。1　油缸内部进有水分　由于油箱密封得不够 ,水分进入油中 ,会使液压油乳化 ,成为白浊状态。这种白浊的乳化油进入油缸内 ,导致活塞或活塞杆工作表面生锈 ,加大了缸筒和活塞密封圈、活塞杆和组合密封圈之间的摩擦力。由这种原因引起的爬行现象 ,在维修中会发现工作腔内的液压油成为白浊状态。防范的办法是液压油的油桶不可露天放置 ,油箱盖密封橡皮要可靠 ,油箱应放在干燥避水的地方。定期排放油水分离器的污水 ,定期检查油水分离器是否正常工作。2　装配不符合要求　油缸的装配若不符合要求 ,也会引起油缸出现爬行现象。主要原因有 :一是油缸端盖密封圈压得太死或活塞密封圈的预紧力过大 ;二是活塞或活塞杆在装配中出现偏心现象 ,防范的办法是适当地减小密封圈的预紧力或重新安装活塞和活塞杆 ,使活塞或活塞杆不受偏心载荷。3　关键的工作表面加工精度不符合要求　对油缸来说 ,缸筒内径的加工精度要求是比较高的 ,表面粗糙度根据...     

高风压无阀式潜孔冲击器的气缸结构优化及其性能分析

对高风压无阀式潜孔冲击器的气缸进行局部结构优化。通过对冲击器结构与工作原理的分析,建立起其冲击系统的模拟模型,并利用MATLAB进行模拟计算。研究结果表明:在气缸内部增加了一个过渡带,使得后气室进气长度发生了改变;在后气室进气长度等于临界值时,活塞的实际行程最短,频率最高,而活塞单次运动的冲击末速度、冲击功和耗气量基本不变。在气源压力为2 MPa时,后气室进气长度为10 mm时,冲击器的实际行程最小,频率最大,相较于上一代冲击器,频率提高了约9. 3%,其他性能参数与之基本相近,整体性能大幅度提高。研究结果对于高风压无阀式冲击器设计和优化具有参考价值。     

非线性约束在柴油机缸径与活塞行程优化设计中的应用

柴油机的结构及工作参数均为非线性变化关系,活塞行程与气缸直径的比值（S/D）将直接影响柴油机的热负荷与散热面积.文中以最小散热面积为目标函数,建立了中、高速柴油机S/D为变量的优化设计数学模型;同时,在非线性约束条件下,利用序列二次规划法（SQP）在Matlab软件系统上进行优化计算.以国产135系列和4102Q系列柴油机为实例进行对比分析,结果与实际情况相一致.