浅谈一种多节伸缩式液压缸

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。

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（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）。

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。

第四章液压缸液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。

一、液压缸的类型和特点液压缸的种类很多，其详细分类可见表4-2。

表4-2 常见液压缸的种类及特点图4-5双杆活塞缸下面分别介绍几种常用的液压缸。

1.活塞式液压缸活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。

(1)双杆式活塞缸。

活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，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。

如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。

它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为l时，整个工作台的运动范围为3l，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。

这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l的两倍(2l)，因此占地面积小。

进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。

由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。

当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v为：F=A(p1-p2)=π (D2-d2) (p1-p2) /4 (4-18)v=q/A=4q/π(D2-d2) (4-19) 式中：A为活塞的有效工作面积。

双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。

(2)单杆式活塞缸。

如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。

五节伸缩臂的结构原理.25吨汽车起重机回转支撑是什么材质？42CrMo，5CrMnMo，50Mn都可以1.绳排系统绳排系统在中国已经应用的比较成熟，也是一种历史比较悠久的技术。

此技术的优点是臂长变化容易、工作臂长种类多、可以带载伸缩、实用性很强，缺点是自重重、对整机稳定性的影响较大。

现在在100吨以下的起重机上应用的比较广泛，其原理如图，就是简单的滑轮原理。

对于四节臂以上起重臂的伸缩机构又分为以下两种：多缸或多级缸加一级绳排、单缸或多缸加两级绳排。

DEMAG和TADANO部分产品采用第一种伸缩机构，这种伸缩机构的特点是最末一节伸缩臂采用钢丝绳伸缩，其它伸缩臂采用多级缸或多个单级缸或多级缸和单级缸套用等方式直接用液压缸伸缩。

因而最末伸缩臂的截面变化较大，其它臂节截面的变化较小。

在过去，徐重、浦沅、长起跟随LIEBHERR技术多年，普遍使用第二种伸缩机构，使用单缸或双缸加绳排实现四节或五节臂的伸缩。

这种伸缩方式在国内最先进，但解决五节臂以上起重臂的伸缩难度很大。

北起、泰起、锦重等厂家采用第一种伸缩机构（多个单级缸加一级绳排），但由于技术落后，第二缸、第三缸的进回油依靠软管卷筒输送。

现在，大多数5节臂的起重机使用的是双缸双绳排的技术，一般为第2节臂独立伸缩，第；4节臂的一般单缸双绳排为，其它伸缩臂用油缸伸缩，因而最末伸缩臂的截面变化较大，大大降低了起重机在大幅度下的起重性能；同时，对于大吨位的起重机，对钢丝绳的要求也非常高，符合要求钢丝绳非常难加工。

虽然有些日本企业有将绳排技术发展到6节甚至更多，但是对于中大吨位起重机，一般企业还是优先考虑单缸插销技术。

2.单缸插销系统单缸插销式伸缩臂技术是典型的机、电、液一体化系统.以较典型的德国利勃海尔为例，作为伸缩臂伸缩的执行机构，主要由（见图）1．伸缩缸、2．拔销机构、3．缸销等组成，为保证伸缩臂伸缩过程的安全性、可靠性，该机构采用内置式互锁系统即在伸缩油缸上装的弹簧驱动缸销销定伸缩臂后，才机械释放该节臂和其他节臂的连接。