德国REXROTH液压缸的类型、特点及应用

    力士乐液压缸有多种类型，按其结构形式不同，液压缸可以分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和组合缸四类。活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度，摆动缸则能实现小于360°的往复摆动，输出转矩和角速度；组合缸具有较特殊的结构和功用。

    REXROTH液压缸按液体压力的作用方式，又可分为单作用液压缸和双作用液压缸。单作用液压缸是利用液体压力产生的推力推动活塞向一个方向运动，反向复位靠外力来实现。双作用液压缸则是利用液体压力产生的推力推动活塞作正反两个方向的运动。

    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。其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。

    (1)双杆活塞式液压缸  图A所示为双杆活塞式液压缸的工作原理。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞杆直径相同（即有效工作面积相等）、供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向的运动速度和推力也都相等，即

                        v=q_v/A=4qv/π(D²-d²)                    (4-9)

                    F=(p₁-p₂)A=π/4(D²-d²)(p₁-p₂)              (4-10)

式中v——活塞（或缸体）的运动速度；

q_v——输入液压缸的流量；

     F——活塞（或缸体）上的液压推力；

    p_l——液压缸的进油压力；

    p₂——液压缸的回油压力；

     A——活塞的有效作用面积；

     D——活塞直径（即缸体内径）；

     d——活塞杆直径。

这种两个方向等速、等力的特性使双杆液压缸可以用于双向负载基本相等的场合，如磨床液压系统。

    缸体固定式结构，缸的左腔进油，推动活塞向右移动，右腔则回油；反之，活塞向左移动。这种液压缸上某一点的运动行程约等于活塞有效行程的三倍，一般用于中小型设备。

    活塞杆固定式结构，缸的左腔进油，推动缸体向左移动，右腔回油，反之缸体向右移动。这种液压缸上某一点的运动行程约等于缸体有效行程的两倍，常用于大中型设备。

(2)单杆活塞式液压缸  双作用单杆活塞式液压缸。它只在活塞的一侧装有活塞杆，因而两腔有效作用面积不同，当向缸的两腔分别供油，且供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力也不相等。方向的运动速度和输出推力也不相等。

    ①无杆腔进油活塞的运动速度v₂为

                            v₁=q_v/A₁=4q_v/πD²                  (4-11)

    推力F₁：F₁=p₁A₁-p₂A₂=(π/4)D²p₁-(π/4)(D²-d²)p₂ =(π/4)D² (p_l-p₂)+( π/4)d²p₂(4-12)

    ②有杆腔进油时[图B(b)]。活塞的运动速度v₂为

                           v₂=q_v/A₂=4q_v/π(D²-d²)              (4-13)

    推力F₂

F₂=p₁A₂-p₂A₁=(π/4)(D²-d²)p₁-(π/4)D²p₂=(π/4)D² (p₁-p₂)-(π/4)d²p₁  (4-14)

式中q_v——输入液压缸的流量；

p₁——液压缸的进油压力；

p₂——液压缸的回油压力；

D——活塞直径（即缸体内径）；

d——活塞杆直径；

A₁，A₂——分别为液压缸无杆腔和有杆腔的活塞有效作用面积。

    比较上述各式，由于A₁＞A₂故v₁＜V₂，F₁＞F₂。活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。因而它常用于实现机床的工作进给（用v₁、F₁）和快速退回(v₂、F₂)。

    由式(4-11)和式(4-13)得液压缸往复运动时速比为

                            λ_v=v₂/v₁=D²/(D²-d²)               (4-15)

    式(4-15)表明，当活塞杆直径愈小时，速比愈接近于1，两个方向的速度差值愈小。

③有杆腔和无杆腔同时进油。在忽略两腔通油路压力损失的情况下，两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔受力面积，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快活塞杆的伸出速度。通常把单杆液压缸有杆腔和无杆腔同时进油的这种油路连接方式称为差动连接。

    差动连接时，有杆腔排出流量g′_v=v₃A₂进入无杆腔，则根据连续性方程有

v₃A₁=q_v+q′_v=q_v+v₃A₂

    则活塞速度v₃        v₃=q_v/(A₁-A₂)=4Q_v/πd²                   (4-16)

    若要使活塞往返速度相等，即v₃=v₂，则D=d。

    差动连接时，p₂≈p₁

活塞推力F₃     F₃=p₁A₁-p₂A₂≈(π/4)D²p₁-(π/4)(D²-d²)p₁

=(π/4)d²p₁                               (4-17)

    由式(4-16)和式(4-17)可知，差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截面积。

    单杆缸往复运动范围约为有效行程的两倍，其结构紧凑，应用广泛。实际生产中，单活塞杆液压缸常用在实现“快速接近(v₃) →慢速进给（v₁）→快速退回（v₂）”工作循环的组合机床液压传动系统中。