浅谈一种多节伸缩式液压缸
液压支架用伸缩式两级液压缸设计
25国内外煤矿生产支架使用的液压缸已经有了许多种类型，如单缸单作用、单缸双作用、多缸单作用、多缸双作用。
文中主要设计双作用伸缩液压缸。
这种液压缸的优点是调高范围大、属液压无极调高、操作方便灵活，但结构复杂、加工要求高、成本高。
本文基于伸缩式两级液压缸简要地分析了这类液压支架的设计，这一研究对于组合式液压缸的推广具有一定的意义。
1 系统设计分析1.1 液压系统图1是一个典型的液压系统，其构成要素是：动力元件——液压泵或送风装置，其作用是把原动力输入机械能转变为流体压力，使其可以为系统提供能源；执行元件——液压缸或气缸、液压马达或压缩空气发动机，其作用是把流体压力能转化为机械能，输出力和速度或力矩和转速，驱动负载做直线运动或旋转运动；控制元件——压力、流量和方向操控阀，作用是操纵和调整系统的流体压力、流量和流动的方向，以确保执行组件达到所需的输出力（或力矩）、移动速度和运动轨迹；辅助元素，确保系统正常运行所需要的辅助装置，包括管道、管接头、油箱或存储罐、过滤器皿和压力计；工作介质——液压油。
图1 典型的液压系统1.2 双级液压缸设计原理液压缸是将液压能转换为机械能的装置，驱动运行机制做来回式线性（或摆动）运动的液压执动器，根据作用方式分有单、双式，双作用式代表两腔都可以进出压力油，活塞（缸体）可以有正反两个相对方向的运动。
采用的组合液压缸即缸筒是由两个阶段或多个阶段的活塞缸套装而成，也叫做多阶段缸体。
伸出的顺序是：由大到小，推力则从大到小，速度从慢到快；缩回的顺序是：从小到大，速度从快至慢。
双伸缩类型的立柱工作机理如图2所示，立柱上升时高压液柱从A口注入立柱，B口和C口连接回液通道，在立柱1上升的时候，该过程液压支架用伸缩式两级液压缸设计分析朱纯才（阜矿集团机械制造分公司，辽宁 阜新 123000）摘要：双作用伸缩液压缸具有调高范围大、属液压无极调高、操作方便灵活的优点，但结构复杂、加工要求高、成本高。
液压支架用伸缩式两级液压缸设计讲解
第1章绪论1.1课题背景山西介休倡源煤炭有限责任公司是山西凯嘉能源集团有限责任公司属下企业。
公司前身为介休市连福镇镇办煤矿，2005年8月，由山西义棠煤业有限公司整体并购，2006年4月，省煤整办批准山西介休倡源煤炭有限责任公司整合金山坡煤矿和西兴煤矿, 2007年12月, 山西义棠煤业有限公司、山西中通投资有限公司、介休义民投资有限公司三方签署合作协议，共同投资建设山西介休倡源煤炭有限责任公司。
公司注册资本为1.6亿元，现有资产总额 8亿多元，员工1600多名，其中:中专以上学历员工450多名，初级以上职称员工 90多名。
公司位于介休市连福镇，朝南相望是生态原始、风景独特的天峻山，西距介休市20km，北距大运高速、108国道及南同浦铁路干线义安站20km，东与介沁公路相邻, 地理位置优越，交通便利。
公司井田面积4.62km2，可采煤层6层，可采储量32702kt，设计能力为90万吨/年。
公司实行董事会领导下的总经理负责制，股东会、董事会、监事会、党总支、工会组织齐全，有14个职能部门以及综采、普采等9个生产基层队。
倡导文明，源远流长。
公司秉承“以德为魂，诚信为本”的企业精神，近年来，在生产经营、企业管理、员工队伍、企业文化、环境建设、后勤保障等方面都发生了巨大的变化,使一个名不见经传的小煤矿改造成为年产90万吨原煤的新型煤炭企业，使一个生态恶化的旧矿井改造成为环境优美的绿色生态矿井。
公司被介休市人民政府授予“优秀管理先进单位”等荣誉称号。
在凯嘉集团的统领下，公司将以“高水平规划、高标准建设、高质量管理”为指导思想，致力于基础建设和未来发展，全体员工将以百折不挠的精神和敢为人先的勇气，高起点、高标准，努力把公司打造成为管理科学、装备先进、安全文明、集约高效的标准化煤炭企业。
1.2液压支架简述20世纪50年代前在国内外煤矿生产中基本上采用木支架，木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。
1954年英国首先研制出液压支架，通过对液压支架的逐步完善改进，进而普遍推广使用使采煤工作面采煤过程中的落煤,装煤，运煤和支护等工序全部实现了机械化。
液压缸
液压缸（又称油缸）是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。
3.1 液压缸的类型及特点液压缸可按运动方式、作用方式、结构形式的不同进行分类，其常见种类如下。
3.1.1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形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
3.1.1.1双杆活塞液压缸双活塞杆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，如图3．1所示。
图3.1 双活塞杆液压缸安装方式简图因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，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。
则缸的运动速度V 和推力F 分别为：)(422d D q A q v v -==πη （3.1）m p p d D F ηπ))((42122--= （3.2）式中: 1p 、2p --分别为缸的进、回油压力；v η、m η--分别为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；q--输入流量；A--活塞有效工作面积。
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
3.1.1.2单活塞杆液压缸单活塞杆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输出力，其简图及油路连接方式如图3.2所示。
(1)当无杆腔进油时[图3.2（a ）]，活塞的运动速度1v 和推力1F 分别为v v D q A q v ηπη2114==（3.3）m m p d D p D A p A p F ηπη])([4)(2221222111--=-= （3.4）(2)当有杆腔进油时[图3.2(b)]，活塞的运动速度2v 和推力2F 分别为v v d D q A q v ηπη)(42222-==（3.5）m m p D p d D A p A p F ηπη])[(4)(2212211222--=-= （3.6）式中符号意义同式（3.1）、式（3.2）。
液压与气压传动_习题集(含答案).
A、1
B、2
C、3
D、4
34.负载大,功率大的机械设备上的液压系统可使用(
A.齿轮泵
B.叶片泵
C.柱塞泵
D.螺杆泵
35.为保证负载变化时,节流阀的前后压力差不变,是通过节流阀的流量基本不变,可以将节流阀与(并联组成旁通型调速阀。
(A减压阀(B定差减压阀(C溢流阀(D差压式溢流阀
36.下列液压马达中,(不是高速马达。
(A齿轮马达(B叶片马达(C轴向柱塞马达(D径向柱塞马达
37.双伸出杆液压缸,采用缸筒固定安置,工作台的移动范围为活塞有效行程的(。
(A1倍(B2倍(C3倍(D4倍
38.一单杆活塞式液压缸差动连接时,要使V3=V2,则活塞与螺杆直径之比应为(
(A1 (B2(C3(D2
A.K型
B.M型
C.H型
D.Y型
64.变量轴向柱塞泵排量的改变是通过调整斜盘的(来实现的。
A、角度
B、方向
C、形状
D、A和B和C都不是
65.在三位换向阀中,其中位可使液压泵卸荷的哪种类型(
A.O
B.H
C.K
D.Y
66.图3所示的系统中,各溢流阀的调整压力分别为MPa p A 4=,MPa p B 3=,MPa p C 2=,如系统的外负载趋于无限大,泵的工作压力是: (
39.双作用多级伸缩式液压缸,外伸时推力和速度的逐级变化,结果是:(
A.推力和速度都增大
B.推力和速度都减小
C.推力增大,速度减小
D.推力减小,速度增大
40.当控制阀的开口一定,阀的进、出口压力差Δp<(3~5×105Pa时,随着压力差Δp变小,通过节流阀的流量(。
液压缸的分类和特点
缸体固定式
进油腔 左 右
回油腔 右 左
运动方向 活塞右移 活塞左移
运动范围不小于3倍有效行程，合用于小型液 压设备 。进油腔位置与活塞运动方向相反。
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活塞杆固定式
进油腔 左 右
回油腔 右 左
运动方向 缸体左移 缸体右移
运动范围不小于2倍有效行程，合用于行程长旳 大、中型液压设备， 进油腔位置与活塞运动方向相 同。
第三章 液压缸
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液压缸旳功用
将液压泵供给旳液压能转换为机械 能而对负载作功，实现直线往复运动 或旋转运动。
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第一节 液压缸旳分类和特点
按构造不同可为三类:
1.活塞缸 2.柱塞缸 3.摆动缸（摆动液压马达）
按运动形式不同:
1.直线运动 活塞缸、柱塞缸（推力和速度）
叶片式摆动液压缸工作原理
当缸旳一种油口进压力油，另 一油口回油时，叶片在压力油作用 下往一种方向摆动，带动轴偏转一 定角度（不大于3600），当进回油 口互换时，摆动缸反转。
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双叶片摆动式液压缸
T双 = 2T单 ω双=1/2·ω单
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2．齿轮齿条式摆动缸
齿轮齿条式摆动缸旳原理是将液压 缸旳往复运动经过齿条带动齿轮，转化 成齿轮轴旳正反向摆动旋转，将缸旳推 力转化成齿轮轴旳输出扭矩。
1.双活塞杆缸
（1）工作原理
缸体固定式
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活塞杆固定式
双活塞缸推力和速度计算 F = pA
F = (D2 d2)p
4
v
q A
4q
(D2 d 2)
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液压缸原理
F Ap
4
(D2 d 2 ) p
v
q 1 （D 2 d 2 ) 4
式中：p-供油压力；A-活塞有效面积；q-供油量；d-活塞杆 直径；D-活塞直径。
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2.单活塞杆液压缸
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(1)结构特点：
这种液压缸的活塞只有一端从缸的端头伸出。其结构组 成与双活塞杆液压缸相似。
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摆动式液压缸的输出扭矩和转速计算方法如下:
Mt
D 2 d 2
1 D 2 d 2 1 pbrdr pb[( ) ( ) ] pb( D 2 d 2 ) 2 2 2 8
1 pb( D 2 d 2 ) 8
由于存在摩擦， M<Mt
输出角速度：
M 所以机械效率为： Mt
为了实现双向往复运动，即实现两个方向的液压驱动，可 采用双柱塞缸并排安装的方案。
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(6)柱塞只靠钢套支撑而不与缸体接触，这样缸筒易于加工， 故适于做长行程的液压缸。太长，有时需要加辅助导向机 构。
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四、摆动式液压缸
摆动式液压缸是一种作往复旋转运动的执行元件。 符号：
1 2 扇形的面积（中心角α ）为： F ( D d 2 ) 8
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则摆动油缸（转子叶片）转过α 角所排出的液体体积为：
1 2 V （D d 2 )b 8
V 1 ( D 2 d 2 )b Qt t 8 t 1 2 ( D d 2 )b 8 Qt 2 ( D d 2 )b
液压缸的类型和特点
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（4.6）
由于A1＞A2，所以F1＞F2，v1＜v2，即无杆腔进油工作时，推力大 而速度慢；有杆腔进油工作时，推力小而速度快。因此，单杆活塞式 液压缸常用于一个方向有较大负载但运行速度较慢，另一个方向为空 载快速退回运动的设备。
液压缸的类型和特点
1.2 柱塞缸
如图4.3（a）所示为单向柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动，反 向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用，如图4.3(b)所 示。
图4.4 伸缩缸
（4.9） （0）
液压缸的类型和特点
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图4.5 双作用式伸缩缸
液压缸的类型和特点
（2）摆动式液压缸 摆动式液压缸当通入液压油，它的主轴能输出小于360°的摆动
运动的缸称为摆动式液压缸，如图4.6所示。 双叶片式摆动角度一般小于150°。但在相同条件下，输出转矩是
单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。
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液压缸的类型和特点
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图4.6 摆动式液压缸
液压、液力与气压传动技术
液压、液力与气压传动技术
液压缸的类型和特点
液压缸又称为油缸。液压缸与马达一样，是将液压能转变为机械能的装 置。它是液压系统中的一种执行元件，其功能是将液压能转变为直线运动 或摆动的机械能。
按结构形式分：
①活塞缸，又分单杆活塞缸、双杆活塞缸；
②柱塞缸；
③摆动缸，又分单叶片和双叶片摆动缸。
按作用方式分：
缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。根据 安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
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图 双杆式活塞缸
多级伸缩液压缸结构
多级伸缩液压缸结构
多级伸缩液压缸是一种特殊的液压缸结构，它由多个液压缸组成，并通过连接杆件将它们连接在一起。
这种结构可以实现更大的行程范围和更高的推力。
多级伸缩液压缸的结构主要包括以下几个部分：
1. 液压缸筒体：由一系列的圆筒形筒体组成，每个筒体的直径和长度可能不同。
筒体内部有活塞和密封装置，用于实现液压缸的伸缩运动。
2. 活塞杆：连接在各个液压缸的活塞上，起到连接作用。
活塞杆通常由高强度材料制成，以承受高压和大推力。
3. 连接杆件：用于将各个液压缸连接在一起，通过连接杆件的伸缩运动，实现多级液压缸的整体伸缩。
连接杆件通常由高强度材料制成，以保证结构的稳定性和安全性。
4. 密封装置：在液压缸的筒体和活塞之间设置密封装置，以防止液压油泄漏和外界杂质进入。
常见的密封装置有O型圈、密封环等。
多级伸缩液压缸工作原理基本与普通液压缸相同，通过控制液压油进出，实现活塞的伸缩运动。
不同的是，多级伸缩液压缸的结构可以在有限的空间内实现
更大的行程范围，适用于需要长行程和大推力的工况，如起重机械、挖掘机、船舶等设备。
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目前使用多节伸缩液压缸的应用范围很广，主要用于汽车天线、舰船天线、起重设备伸缩臂、消防设备伸缩装置、舰船载体设备等，应用范围广，作用非常大。
但是由于各种设备的使用环境和条件各不相同，所使用的方法也各异，目前主要有以下几种方式：第一种是利用液压力伸出，然后利用活塞杆的重量或被支撑体的重量使其复位；第二种是利用液压力推动活塞使缸伸出，缩回是利用中心导油管把液压油引到液压缸的缩腔，利用液压力推动缸缩腔的活塞使其复位；第三种是利用液压力推动活塞，使其向外运动，收回时利用外力把伸腔的油排出，使其处于抽真空状态，利用分子表面张力和大气压力使其复位。
下面分别介绍这三种伸缩缸。
2 无中心导油管的非重力缩回的伸缩缸
这种缸主要结构示意如图1a，可根据情况确定由3节或更多节组成。
件3安装在其他装置上，是固定的。
液压油从件1下端的油口进入，推动件2的活塞向上运动，当件2运动到上限位时，件1在油压的作用下开始运动，直到件1运动到上限位，伸出动作完成。
在这个运动过程中，由于件2在未到上限位时，油压作用在件1上的面积比作用在件2上的面积小很多，所以能够保证件2伸到上限位时件1才开始动作，当件2伸到位时，作用在件1上的油压升高，从而克服阻力开始运动，直到件1伸到上限位。
当液压缸要缩回时，外部力使件3下部的油排出(可采用泵或其他方式)，从而使件3下部腔处于负压状态，由于液体表面张力和大气压力的作用，使件1向下运动，当件1缩回到下限位后，件2也在同样的力的作用下向下缩回。
这就是无中心导油管非重力缩回多节伸缩缸的工作原理。
此缸要注意的是件2和件3的下腔不能有气体，如果下腔体有气，则会影响液压缸缩回时的动力，液压缸可能无法缩回。
可采取在件1上设置一个放气装置的办法，解决此问题。
3 无中心导油管的重力缩回的多节伸缩缸
这种缸的结构示意如图1b，可根据情况确定由3节或更多节组成。
件3是固定的。
在液压缸伸出时，动作和前面的缸是一样的，都是通过下部油孔的液压力推动各节活塞，动作顺序是先伸出件2，再伸出件1。
在液压缸缩回时，由于活塞的重力较大，可以克服各种摩擦力和阻力，使件1先缩回到下限位，然后件2缩回到下限位。
这就是这种液压缸的工作原理。
此种缸主要用于支撑较重的物体，或者缸的活塞本身重量较大，缩回时阻力小于重力的情况下使用。
4 中心导油管多节伸缩缸
此种缸的结构示意图如图1c。
件3是固定的。
液压油从a口进入件3的下腔，液压力推动件2下面的活塞向上运动，当件2运动到上限位时，液压油从d口进入件2的下腔，件1下端面的压力升高，推动件1向上运动，直到件1到达上限位。
当要使缸缩回时。
液压油从e口进入件1的上腔，经b口进入件2的上腔，液压油推动件1活塞的上端面，使其向下运动，当件1活塞缩回到下限位时油从C口进入件3的上腔，推动件2的活塞，使其向下运动，直到件2的活塞到达下限位。
这样液压缸即可全部缩回。
在这伸出过程中，之所以能够保证液压缸能够按既定的程序运动，是因为当件2未到上限位时，油压作用在件1上的面积只是孔d这一小块，面积很少，作用力很小，不足以推动件1，当件2伸到上限位时，压力升高，从而推动件1向上运动。
在液压缸缩回时，由于件1没有到下限位时，压力油不能进入件3的上腔，所以件2不会运动。
5 结束语
这三种液压缸各有各的优点，分别适用于不同的工作环境和工作要求。
但是在某种意义上，无中心导油管的非重力缩回的多节伸缩缸可以替代有中心导油管的多节伸缩缸，这样可以避免中心导油管对强度和精度要求较高的问题。
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