摘要：液压缸是液压传动系统的关键性零部件，液压系统的工作性能受到液压缸动作可靠性的直接影响，为了提高液压系统运行的稳定性技术人员必须要明确液压缸的结构特点，对传统的液压缸结构设计方案进行优化，以提高液压缸的可靠性为目的，以液压缸的工作原理和组成结构为基础，对液压缸动作时的缓冲状态进行分析，改进液压缸的结构参数，做好液压缸的强度校验。针对于此本文结合液压缸的工作性能，就其结构设计和运行特性进行了研究。
关键词：液压缸；结构设计；运行特性
目前液压传动系统凭借平稳的工作特性、较小的惯性以及较快的动作响应在现代化工程机械中得到了广泛的应用。液压缸是液压传动系统的工作机构，通过液压缸的动作可以将液压能转化为机械动能，保障液压系统机械元件的运动。液压缸各结构部件设置的科学性会直接反映在液压缸的工作性能上，因而必须要采取合理的液压缸参数计算方法。
一、液压缸动作原理
液压传动系统的主要构成元件包括油箱、液压泵、溢流阀、滤油器、压力表、节流阀以及阀系统等等。相关技术人员在进行液压缸的结构设计时必须要以液压传动系统的整体性能需求为依据，充分考量液压系统的工作环境和液压缸的结构设计特点，确保液压缸尺寸结构设计的合理性和各项性能的顺利发挥。作为液压传动系统的执行元件，液压缸能量传递的介质为液压油，系统运行过程中通过液压缸的动作可以为机械元件的运动提供机械动能。与其他的传动系统执行原价相比，液压缸的重量及动作的功耗都比较小，较高的集成度为过载保护的设计提供了便利，液压传动系统可以进行自行的润滑，且液压油可以带走液压缸运动所产生的功率损失热量，不需要专门的散热系统，节约了系统安装和使用的成本。
二、液压缸结构设计
2.1直径计算
包括液压缸缸筒的直径计算及活塞杆直径的计算，缸筒的计算公式为
，其中s表示液压缸活塞的位移，η 表示液压缸的机械效率，D表示液压缸的直径，液压传动系统运行过程中归化在活塞当中的质量为m，d表示活塞杆的直径，p1以及p2则表示液压缸有杆腔的油压及有杆腔的油压。液压缸在动作过程中容易发生活塞杆滑动的情况，因而必须要进行合理的计算确保活塞杆直径的科学性，避免活塞杆滑动导致的液压缸动作故障。活塞杆的直径计算公式为
，其中d表示活塞杆的直径，λ表示活塞往返的速度比。由于活塞杆在动作时会受到多种力的作用，因而设计人员还需要采用恰当的方式对活塞杆的刚度和强度进行校验，确保活塞杆可以充分满足液压缸动作的要求。
2.2长度计算
在实际的液压系统运行中液压缸的活塞杆需要安装在导向套的内部进行往复的运动，如果导向套的长度不合适则有可能导致液压缸体积的不合理增大以及导向效果的弱化。导向套的长度计算公式为 
，计算完成后还需要对其进行校验，如果导向套的长度过大可以采用增加隔离套的方式达到缩减导向套长度的目的。
2.3厚度计算
液压缸缸筒壁厚也会对液压缸的使用寿命和运行效果产生直接的影响，当液压缸壁厚与直径的比例在0.1以下时表示缸筒为薄壁，反之液压缸缸筒则为厚壁。壁厚类型不同在计算方法上也有所差别，厚壁的计算公式为 
，薄壁的计算公式为
，其中σ 表示许用应力，p表示液压缸的试验压力，n表示液压缸的安全系数，K表示系数，pN表示亚也系统的额定工作压力，σb表示液压系统的抗拉强度。液压缸底部厚度的计算也是液压缸设计的重要内容，缸底的厚度计算公式为 
，其中D2表示液压缸底部的内直径，其单位为毫米。如果液压缸缸底厚度设计不达标，当液压缸系统油压过大时容易出现爆缸事故，影响液压传动系统的稳定运行及相关工作人员的生命健康安全。
2.4液压缸辅件设计
端盖是确保液压缸内部压力容腔完整性和密闭性的重要部件，且导向套、防尘圈以及活塞杆都安装与端盖之中，因而在进行端盖设计时必须要确保其具有较高的连接强度，一般来说会会采用拉杆连接的的设计方法，使端盖与液压缸底部进行连接，这种连接方法可以确保液压缸较高的便捷性和通用性。套筒也是液压缸的重要辅件，该部件的主要作用是对活塞杆进行支撑，确保缸筒作用的顺利发挥，当活塞杆深处液压缸是，套筒会与缸筒表面进行接触。套筒常采用O形密封圈对套筒的外援和缸体的内壁进行密封。
三、液压缸运行特性分析
液压缸在进行往复运动时会有液压能的输入，运动的时间及形成也会随之变化，速度就成为液压缸运动特性的主要参数。当液压缸处于正常的压力和机械效率下，液压缸在开端的状态下时只有当杆侧系统工作的油压作用之下时，液压缸的活塞才会进行运动，这时系统的工作的压力转由油箱负责提供，压力较之正常的工作系统会比较小，但是与大气压的无杆侧油压大致相等。当液压缸处于闭合状态下时动作的速度值要明显小于断开状态下，因而液压缸具有速度与加速度越大，动作时间越短的运动特性。
当液压缸的供油压力是由不同系统负责提供的，通过相应的仿真实验结果可以发现，液压系统油压的增加会导致液压缸活塞极限速度最高值的增加和加速度的增加，与此同时液压缸的动作时间也会随之降低。归化质量的改变并不会对液压缸极限速度的最高值产生影响，但是归化质量与加速度会呈现反向变化的状态。对相关研究的结果进行总结分析可以得出，在实际的生产实践中，选用强度较高且质量轻的材料，例如铝合金材料，同时对液压缸的传动流程进行简化，可以对液压系统的传动质量进行有效的控制，促进液压缸最小化目的的实现。利用仿真实验对活塞直径是否会影响液压缸的运动速度和时间进行真实检验的过程中发现，当阀口通流面积固定时，对活塞的承压面积进行增加，则液压缸的加速度和驱动力也会随之增加。此外伴随着阀口同流量的提高，液压缸活塞的背压阻力也将随之提高，液压缸的极限速度最高值可以得到有效的控制。也就是说液压缸活塞直径越大运动的加速度也越大，活塞的极限速度最小值则会随之减小。
四、结束语
结合液压缸的组成结构和设计特点，并通过相应的计算可以发现缩小液压缸运动系统质量可以实现对液压缸加速度的调节，于此同时这种处理方法不会对液压缸动作的最大速度造成负面的影响。此外保证节流阀口同流面积参数与液压缸活塞直径的相适应性有利于保证液压缸较高的输出性能和运动性能，从而为液压传动系统的稳定运行提供基础。
参考文献：
[1]赵黎明.基于标准化设计系统的液压缸设计质量控制方法[J].液压气动与密封，2016（36）
[2]刘明生，郑攀.基于运行可靠性的车载液压缸结构设计[J].机电工程技术，2015（44）
论文作者:张正彪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/13
标签：液压缸论文; 活塞杆论文; 直径论文; 液压论文; 活塞论文; 动作论文; 速度论文; 《基层建设》2017年第34期论文;