伸缩式液压缸、单出杆双作用液压缸-创新研修课论文

伸缩式液压缸、单出杆双作用液压缸-创新研修课总结报告

第一部分：伸缩式液压缸

1. 国内外发展状况

1.1 阜新市祥泽液压机械有限公司发明了一种防尘性能好，可防磨损，提高液压

缸使用寿命的伸缩式套筒液压缸[1]。该伸缩式套筒液压缸包括活塞杆、前、后端盖、内缸筒、二、三、四级缸筒、外缸筒、中间铰轴、下铰轴、进油口、密封圈，其特点是在内缸筒和二级缸筒之间，二、三级缸筒之间、三、四级缸筒之间和四级、外缸筒之间的两端头均设内、外导向环槽和挡圈槽，其中装内、外导向环和内、外挡圈;在球形座和中间铰轴配合连接的圆弧面上设数个油沟;在外缸筒的外圆周上设伸缩式防尘罩，防尘罩外面设防护罩，防护罩左端焊接固定在前端盖上，右端焊接固定在球形座上。

该实用新型的有益效果是:由于缸体变成光滑筒体，节约原材料约巧15%，加工效率提高35%，工艺性得到改善;由于中间铰轴有了充分润滑，摩擦系数减小，减轻磨损，根本上解除胶合现象的出现;由于增加了防护措施，缸体在工作时，砂石、粉尘再也接触不到缸筒，再加上防尘圈二次保护，这样大大提高了套筒缸及控制系统元件工作的可靠性。广泛适用于各种工程机械、自卸汽车、清洁车及农用车。

图1 伸缩式套筒液压缸

1.2 上海金铸机械有限公司发明了一种实用新型的多级液压缸[2]，其结构包括外

缸、中缸、内缸，其中中缸嵌套于外缸内，内缸嵌套于中缸内，中缸以及内缸上设置有中缸活塞以及内缸活塞，其特征在于，中缸活塞与外缸形成一中缸工作腔，内缸活塞与中缸形成一内缸工作腔，两工作腔通过一连通孔相连通，并且两工作腔横截面积相等。

在该多级液压缸中部还设置有中心油管，压力油通过该油管进入外缸内，并推动中缸向前运动。中缸的运动使工作腔内的油通过设置于两工作腔间的连通孔推动内缸活塞向前运动，从而给内缸前端的负载施加推力。由于两工作腔的横截面积相等，所以，当注入中心油管的压力油流量恒定时，中缸以

及内缸的推进速度、各自所受的推力亦保持恒定。该实用新型的多级液压油

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缸，采用独特的工作腔设计，可以实现在工作时推力和速度保持恒定，在对推力和速度要求较高的液压设备中，具有较高的推广使用价值，已获得专利。

图2实用新型的多级液压缸

1.3 长春工程学院、吉林大学、吉林省第一建筑集团公司兴达劳务公司的研究员

共同研制了一种四级同步伸缩液压缸[3]，其工作原理如下：

( 1) 四级伸缩液压缸同步外伸

T1 为进油口, T2 为出油口。压力油由进油口T1 经孔道及单向阀7 作用于各级缸底部, 在缸将动未动瞬间, 若不计孔道及单向阀的压力损失, 缸中压力由外负载决定均相等。由于A1面积最大承载能力强, 第一级活塞率先克服外负载运动, 与此同时A1b外腔的油液通过孔道进入A1a内腔, 由于A1a + A1b < A1, 所以P2 的压力将高于P1, 在此压力差作用下将其右边单向阀关闭,使A1a内腔压力升高达到工作压力P2, 第二级活塞克服外负载随之做牵连运动。依此类推, 第三级活塞受第二级活塞带动, 第四级活塞受第三级活塞带动, 最后A4b 腔内的油液经孔道由T2 流出。这样就完成了四级伸缩液压缸同步外伸。

( 2) 四级伸缩液压缸同步缩回:

改变进出油口, T2 口为进油口, T1 口为出油口。压力油由T2进入, 经孔道进A4b 腔, 第四级活塞率先开始缩回, 与此同时,A3a 内腔油液经孔道进入A3b外腔, 第三级活塞因此被牵连缩回,依此类推, 第二、第一级活塞亦被牵连缩回, A1腔的油液经孔道由出口T1 流出, 使四级伸缩液压缸同步缩回而处于图示位置。

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图3 四级同步伸缩液压缸

该四级同步液压缸有以下特点：

( 1) 同步伸缩 具有同步伸缩是这种液压缸的最大特点, 而且缩回速度远大于伸出速度, 因而使四级同步伸缩液压缸要比一般四级伸缩液压缸工作效率提高8 倍左右。

( 2) 工作速度连续平稳 由于四级同步伸缩液压缸工作速度连续平稳, 并且当负载变化时, 液压缸中的工作压力又能随负载平稳自行调节, 使这种液压缸工作时, 既平稳又无冲击振动, 大大改善了液压系统的工作性能。 ( 3) 具有广义性, 此原理同样适用于二级、三级以及多级伸缩液压缸。

1.4 鹤岗矿务局富力矿有限公司研制出一种内外柱支撑力相等的双伸缩液压缸

[4]。该液压缸采用在内柱活塞的内腔布置一个反向运动的活塞和活塞杆的方法，使得内外柱支撑力相等。工作原理如下：

双伸缩液压缸工作原理如图4所示。升

柱时: 操纵阀右移, 压力液体经液控单

向阀同时进到A、B、C 腔, E、F 腔经f 孔、

操纵阀回液, 内柱升起; 当内柱升到最

大位置时( 相对外柱和反置活柱) 外柱

又与内柱一起升起,此时G 腔回液。降柱

时: 操纵阀左移, 压力液体经f、g 孔进

到G、F、E 腔, 同时液控单向阀打开, A、

B、C 腔回液, 内柱、外柱同时下降, 且

内柱下降速度较快。

该液压缸具有以下特点：

( 1) 内、外柱支撑力相等, 外伸速度

一致, 回程速度快, 操作容易, 效率高。

图5内外柱支撑力相等的双伸缩液压缸 ( 2) 可省去外柱活塞上的底阀和差动安

全阀, 简化了结构, 拆装和检修方便。

( 3) 工作原理与传统的双伸缩液压缸相反。

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( 4) 其他特点与一般双伸缩液压缸相同。

该种液压缸的出现, 不仅使双伸缩液压缸的种类增多, 而且使它的应用范围增大、能力增强。

1.5

一位叫黄培华的研究员发明了一种单作用伸缩式套筒液压缸[5]。该发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于:

（1）该发明由于增加了缸筒端部与连接盘的接触面，从而使受力面积扩大了数倍。避免自卸车在行驶中因颠簸和倾斜对末级缸筒产生的径向力导致的变形。当一级缸伸出，同时外缸端面与连接盘脱开。在压力的作用下，一级缸端面与对应连接盘平面紧密贴合，形成受力梁一个新的支撑点。在每节缸筒依次伸出时，其端面都保证与连接盘的对应台面紧密贴合。这样缩短了梁的跨度即油缸两受力支撑点的距离，使其弯矩减小。间接增加了缸筒的刚度，解决了末级及各级缸筒的变形问题。另外，由于连接盘厚度的增加，加大了其内孔表面与末级缸外圆表面的接触面积，起到了良好的导向作用。

（2）通过对两种密封基理不同的密封圈合理搭配，使其能满足低、中、高范围内的系统压力的密封。从而拓宽了密封性能，解决了超出允许范围值的外渗漏.

（3）由于使用放气装置，当油缸全伸出后松动其顶部阀堵，这时油缸及管路等系统中存留的空气通过排气阀排出，然后关闭阀堵，反复1-3次即可轻松排除系统中的残留气体。避免因系统内压缩气体而造成的爬行、乱缸等不协调动作所造成的车毁人伤等严重后果。

图4 单作用伸缩式套筒液压缸

2. 伸缩式液压缸的分类

由于各种设备的使用环境和条件各不相同，所使用的方法各异，分类方式主要有以下几种：

1.1 按复位方式分类：

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

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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。

[6]

图 5 多节伸缩缸结构示意图

1.2 按复位分步种类可分为同步伸缩液压缸和非同步伸缩液压缸。

1.3 按作用效果可分为单作用伸缩液压缸和双作用伸缩液压缸。

3. 应用范围

伸缩式液压缸是多级液压缸,因其安装距离短、行程长的特点,在船舶、车辆等要求安装空间有限而行程要求却很高的场合得到广泛应用，作用非常大。

主要应用于汽车天线、舰船天线、起重设备伸缩臂、消防设备伸缩装置、舰船载体设备以及各种工程机械、自卸汽车、清洁车及农用车辆。其中，多级同步伸缩液压缸主要用于液压电梯及高空作业车等垂直载人工具上；一种带磁致伸缩位移传感器液压缸已在注塑业、钢铁业、印刷业、锯木业、木材加工、飞行模拟台、汽车业、流体流量计、水利水电和船闸工程等好多行业中应用。

4. 关键技术

4.1 密封

密封是防止工作介质从机器和设备中泄漏或防止外界杂质侵人机器和设备内部的一种装置或措施。密封的功能是阻止泄漏, 保证系统的工作性能和效率。其中起密封作用的元件被称为密封件。泄漏是工作介质越出密封容腔的现象。泄漏包括内泄漏（是指液压元件内部有少量液体从高压腔泄漏到低压腔）和外泄漏(指少量液体从元件内部向体外泄漏)。

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密封分类的方式有多种。根据与密封部位相联系的工作零件的状态可将密封分为静密封(工作零件间无相对运动的密封)与动密封(工作零件间有相对运动的密封)两类。根据密封间间隙状态, 又可将密封分为接触密封与非接触密封。弹塑性接触方式的密封件主要有橡胶O形密封圈, 唇形(标准唇形及其他)密封圈等。满足特殊要求的密封有防尘密封、组合密封和全封闭密封等。

除间隙密封外, 都是利用密封件, 使相邻2个偶合表面间的间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间隙以下(此间隙由液体的压力、豁度、分子量等决定)。在接触式密封自封式压紧型密封中是通过压紧力包括预压缩力和介质工作压力所产生的所得的密封件与偶合面之间的接触力, 使动密封圈在密封面上磨合, 以阻塞泄漏通路, 达到自密封的目的。如O形密封圈的密封。唇形密封(自封式自紧型密封)是利用密封圈自身变形所产生的反力进行初始密封, 在介质压力作用下, 撑开密封唇缘, 使之紧贴偶合件表面, 从而达到自密封的作用。如Y、YX形密封圈的密封。[7]

4.2 行程检测技术

在一个伺服控制系统中,系统的控制精度在很大程度上取决于检测装置的精度检测装置的精度是系统控制精度的上限。因此, 液压缸行程检测装置就成为以液压缸为执行元件的电液位置伺服系统的关键部件。液压缸行程检测装置的精度分辨率、可靠性响应频宽等成为影响电液位置伺服系统跟踪精度和快速性的关键指标。液压缸行程检测装置,按安装形式可以分为外置式和内置式两种 。外置式行程检测装置维护方便、检修也容易, 缺点是占用空间大容易损坏。外置式行程检测装置的位移传感器可以使用任何一种测量范围和精度符合要求的位移传感器。内置式行程检测装置与外置式相反, 维护、检修都不方便, 优点是占用空间小 受外界环境干扰小, 不易损坏。内置式行程检测装置形式多样。

按行程检测装置位移检测原理可以分为电阻式、电磁感应式、光电式、磁致伸缩式、超声测距式、磁栅式等。电阻式液压缸行程检测装置使用直线式电位器作位移检测元件, 其测量范围一般为：10~150mm线性度为±10（0.1~1）%。电位器的分辨率取决于电阻的粗细和绕线的均匀性, 滑动速度有限, 电刷接触不良时容易产生杂波。由于磨损, 电位器的寿命较低。其优点在于电位器简单、价廉, 常在实验室或简单的系统中应用。电位器行程检测结构简图如图a)所示。

直线式差动变压器做成的行程检测装置属于电磁感应式检测元件。差动变压器检测范围为±25mm或±100mm, 一般差动变压器的线性度为1%~2% ,高精度差动变压器可以达到0.1% 。差动变压器的结构简单, 精度高,线形范围大, 无机械磨损、寿命长, 维护也简单, 因此, 在电液位置伺服系统中得到广泛的采用。差动变压器传感器结构简图如图b)所示。

直线型感应同步器也是通过电磁感应原理做成的行程检测元件。由定尺和滑尺组成, 一根定尺的测量范围为250mm,可接长。直线型感应同步器测量精度高, 可达±1μm,响应时间短。直线光栅是光电式行程测量元件, 由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量电路组成。

光栅行程测量装置结构简图如图c)所示。其行程检测原理是Ι 刻有同样密

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度线纹的指示光栅与标尺光栅平行安放, 间距适合, 两光栅刻线保持一定夹角。 光经标尺光栅透射（或反射）后在指示光栅上便出现了许多较粗的明暗条纹—莫尔条纹。标尺光栅沿其刻线垂直方向移动,莫尔条纹便有移动, 标尺光栅每移动一个栅距,莫尔条纹移动一个条纹间距。用计数器计录下指示光栅移过的条纹数,便测出了标尺光栅的移动位移。一根标尺光栅长1000~1500mm,可以接长, 测量精度为±1μm, 用于高精度的位移测量。使用光电编码器的开度仪将测量的角度量转化为位移量, 也是一种光电式行程检测器。特点是检测的行程长, 但不能耐高压, 结构较复杂。

磁致伸缩式行程检测装置是利用周向磁致伸缩效应的原理进行检测,超声测距式行程检测装置则是利用超声测距原理进行检测, 而磁栅式行程检测装置则是通过测量磁场来对位移进行检测。这3种行程检测装置当前研究的比较多,是现代行程检测的发展方向。基于磁致伸缩效应液压缸行程检测装置结构如图d)所示。[8]

件

6.检测电路

c)使用直线光栅

1.液压缸 2.直线电位器 DC.直流电源

a)使用电位器

b) 差动变压器结构简图

d）使用磁致伸缩效应

1.光源 2.聚光镜 3.标尺光栅 4.指示光栅 5.光电元

图 7 行程检测结构简图

5. 前景分析

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5.1 伸缩式液压缸在结构方面的趋于简单、紧凑化发展。新型液压缸越来越注重

材料的利用率、缩短加工周期以降低生产成本。

5.2 伸缩原理上，随着内外缸级别的不同而变化，液压缸对负载提供的推动力以

及速度变化的特性，常使得液压缸的负载能力剧烈变化，进而给液压缸的操作以及使用效果增加了很大的负担。新型液压缸越来越注重使其在使用过程中推力以及速度始终处于稳定状态。另外，在速度控制上将趋于同步伸缩方向发展。

5.3 由于现有液压缸在超载或在举升过程中缸体倾斜时，很容易造成缸筒的弯曲

变形等问题。新型液压缸将趋于增加缸筒的刚度，解决渗漏问题，克服了爬行、乱缸现象等方面改进。

5.4 行程检测技术：

（1）在检测装置的系统设计上向一体化设计方向发展。

（2）在检测性能上向高精度、响应快、高可靠性、大行程和长寿命方向发展。

（3）检测原理上使用新的位移检测技术。

（4）在可维修性设计方面液压缸行程检测装置还向结构简单、安装检修容易和

价格低廉的方向发展。

参考文献：

[1] 阜新市祥泽液压机械有限公司。伸缩式套筒液压缸[P]。中国专利。ZL

200920013792.0。2010.02.17。

[2] 上海金铸机械制造有限公司。多级伸缩的液压缸[P]。中国专利。ZL

200620039211.7。2007.05.23。

[3] 孙伟,范成岩,张丽萍。四级同步伸缩液压缸[J]。工艺与装备，2005(8),87-88。

[4] 李广济,王军,张殿坤。新型双伸缩液压缸设计[J]。煤矿机械，1999（3），6-7。

[5] 黄培华。 改进的单作用伸缩式套筒液压缸[P]。中国专利。101532522A。

2009.04.22。

[6] 肖定国。多节伸缩式液压缸的探讨[J]。液压与气动，2005（3），61-62。

[7] 吴兴奎。一种高可靠的新结构多级套筒液压缸[J]。液压与气动，2003（8），

39-41。

[8] 邓飘,邱义,张宝生。液压缸行程检测技术研究现状[J]。液压与气动，

2008(11),60-63。

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第二部分：单出杆双作用（对称）液压缸

1. 国内外发展状况

我国目前对单出杆双作用液压缸的研究较少，浙江大学一直致力于开发研究单出杆双作用液压缸，已公布了一些产品。

1.1 浙江大学2003年11月推出一种内置位移传感器的单出杆双作用对称液压缸。将对称液压缸和单出杆液压缸的优点很好的结合在一起，提出了一种结构紧凑的理想集成方案，具有单出杆、液压缸两作用面的有效面积相等、内置位移传感器的特点。可在液压系统中广泛应用，尤其适用于空间有限、控制性能要求较高的使用场合。

图 1内置位移传感器的单出杆双作用对称液压缸

该液压缸的工作原理如下：

液压缸只有一个作用杆，即活塞杆3，液压缸的两个作用面为活塞2及活塞的两面一一面I和面Ⅱ，设计液压缸时将此两作用面的面积进行匹配近似相等，以实现对称缸的控制性能。内活塞杆4不承受高压，并且内活塞杆4及活塞杆3的直径大小不会影响液压缸作用面积大小，所以在设计时可以将内活塞杆4和活塞杆3设计得比较粗,这样保证液压缸具有较强的稳定性，而且不会提高液压缸工作时的流量。

工作时，T口通大气，活塞杆4伸出过程中，液压缸A口进油，液压油通过a腔、C口到达c腔，通过c腔的有效作用面推动活塞杆伸出，B口出油，b腔的液压油通过B口排出;活塞杆4缩回过程中，液压缸B口进油，液压油进入b腔，通过b腔的有效作用面推动活塞杆缩回，A口出油，c腔的液压油经C口、a腔、A口排出。液压缸内置了位移传感器6，安装在中空的活塞杆4和内缸筒2的内部，结构紧凑，在液压缸工作时，位移传感器滑套5固定不动，位移传感器6的主体跟随活塞杆4伸缩，实时的准确反馈活塞杆4的位移信号。

1.2 浙江大学2004年9月推出了一种能平衡重量的单出杆等面积双作用液压缸

[2]，将平衡重物重量的液压缸或气缸复合在激振液压缸内，并采用单出杆等面积双作用结构与三位四通电液伺服/比例阀配合使用，具有振动频率高，结构简单，刚度大的优点。可广泛应用于液压振动台、游艺机和试验机等系统上。

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该液压缸的工作原理如下：

三位四通电液伺服/比例阀10得电进

行阀芯向下切换，液压源11供出的

高压油通过三位四通电液伺服/比例

阀10的P口、A口、孔15、孔13进

入油腔Do油腔E中的液压油通过孔

14、三位四通电液伺服/比例阀10的

B口、T口回油箱，活塞杆2与活塞

12驱动被振重物1向上运动，空腔F

中的气、油压力由于储气罐或蓄能器

4及恒压控制器5的输出通过管路7、

孔6进行补充，气、油压力基本不变，

平衡被振重物1的重量。

三位四通电液伺服/比例阀10得

电进行阀芯向上切换，液压源11供

出的高压油通过三位四通电液伺服/

图 2能平衡重量的单出杆等面积双作用液压缸 比例阀10的P口、B口、孔14进入

油腔E。油腔D中的液压油通过孔13、

孔15、三位四通电液伺服/比例阀10的A口、T口回油箱，活塞杆2与活塞12驱动被振重物1向下运动，空腔F中的气或油通过孔6、管路7排回储气罐或蓄能器4，或由恒压控制器5排出，气、油压力基本不变，平衡被振重物1的重量。

1.3 浙江大学2004年6月又公开了一种内置位移传感器的单出杆双作用面近似对

称液压缸[3]，其工作原理与1.1所述的液压缸基本相似，相比之下，其不同点在于：

（1）增加了内活塞6，不仅具有密封和导向的作用，而且作为内活塞杆4顶端的支点，提高了内活塞杆4的稳定性。

（2）增加了双向缓冲装置，活塞2移动到接近缸底12时，活塞2和缸底12的缓冲机构使活塞2及活塞杆3进入液压缸缓冲行程;活塞2移动到接近缸盖13时，活塞2和缸盖13的缓冲机构使活塞2及活塞杆3进入液压缸缓冲行程。

图 3 内置位移传感器的单出杆双作用对称液压缸

1.4 山东新汶矿业集团通力机械公司研制出了一种双作用伸缩式液压缸[4]，

采用

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置伸缩式实现有杆腔进液,伸缩套筒采用双筒套合焊接式(最后一节可不用) ,中间约1～2 mm的间隙作为油路,套筒内筒的前端及外筒的后端(图示B、C 处) 沿径向均布钻6～8 个孔,将各有杆腔互相连通。这样,液压缸伸出时,不论套筒在何位置,需回程时,P2 口进液,压力油经中间伸缩套管,经A 口到C口,又沿环型隙缝到B 口,这样,套筒及柱筒在液压力的作用下全部复位。

图 4 双作用伸缩式液压缸

1.5 南通液压机械有限公司公开了一种多级同步伸缩双作用液压缸[5]，包括外缸

筒，外缸筒内设置一级活塞，一级活塞的活塞杆即是下一级液压缸的缸筒，依此设置多级液压缸，相邻两级缸筒之间的环形面积与其中较低一级液压缸活塞作用面积相同，每级缸体底部均设有进油孔。本实用新型结构合理，升降平稳性好，能实现多级同步伸缩。

图 5 多级同步伸缩双作用液压缸

1.6 德国Haenchen公司是目前已知唯一具有单出杆对称缸产品的公司，撼神单

活塞杆对称液压缸是目前世界上尚无竞争对手的高端产品，液压缸的外形尺寸是普通非对称液压缸的尺寸，但内部结构是对称设计，对加工要求，及密封配合极为严格，最显而易见的特点就是，相比普通双活塞杆对称液压缸，大大减小了液压缸的尺寸。空客A340、A380检测试验系统全部采用撼神此种方案。目前国内有些科研院所已成功订购撼神单活塞杆对称高端液压缸。图1.12为Haenchen公司生产的单出杆对称液压缸原理图。[6]

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图 6 Haenchen公司生产的单出杆对称液压缸原理图

2 优缺点

2.1 单出杆双作用液压缸的优点：

(1) 压力油可以交替向活塞两侧供给，驱动活塞往复运动，其推、拉两个方向上的运动速度和供油压力都能控制。

(2) 由于活塞杆伸出时能产生较大的推力，返回时又有较快的运动速度，所以很适合用于一个方向上承受负载而空载快速退回的场合。液压刨床工作台的慢速进给和快速退回，就是利用单活塞杆液压缸的性能实现的。

(3) 工作空间小，构造简单，成本低廉。

2.2单出杆双作用液压缸的缺点

(1) 单出杆双作用液压缸由于是双向控制的，所以其控制系统比单作用液压缸要复杂得多。

(2) 由对称阀控制所构成的液压系统在运动方向发生变化时，其特性是不对称的，特别是速度特性，往复运动时差异很大，且动态特性也变化较大，尤其是非线性变参数系统，通过常规补偿方法改变系统特性的措施由于补偿环节的参数不可调而不能满足系统随机控制要求。为实现系统高精度控制，为了在满足系统稳态精度要求的前提下提高系统的动态性能，为了对系统参数变化、非线性等具有自适应能力和鲁棒性，需要在已建立的适用模型条件下研究自适应控制方法的应用，实现在线实时控制，以求得最优控制结果。另一种方法就是用非对称阀开控制常见的单出杆液压缸，但非对称阀需要订做，成本昂贵，互换性差。

3 应用范围

单出杆双作用液压缸因其工作空间小、构造简单、可双向控制等特点，在液压系统中应用十分广泛，尤其适用于空间有限、控制性能要求较高的使用场合。机床工作台的往复运动液压缸、液压振动台、游艺机和试验机等系统、六自由度平台、工程机械中的各种动作液压缸都采用单出杆双作用液压缸。Airbus的A340以及最新的A380的地面动态仿真系统全部采用Haenchen公司的单出杆对称缸及测试缸。

4 关键技术

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4.1 密封

密封是防止工作介质从机器和设备中泄漏或防止外界杂质侵人机器和设备内部的一种装置或措施。密封的功能是阻止泄漏, 保证系统的工作性能和效率。其中起密封作用的元件被称为密封件。泄漏是工作介质越出密封容腔的现象。泄漏包括内泄漏（是指液压元件内部有少量液体从高压腔泄漏到低压腔）和外泄漏(指少量液体从元件内部向体外泄漏)。

密封分类的方式有多种。根据与密封部位相联系的工作零件的状态可将密封分为静密封(工作零件间无相对运动的密封)与动密封(工作零件间有相对运动的密封)两类。根据密封间间隙状态, 又可将密封分为接触密封与非接触密封。弹塑性接触方式的密封件主要有橡胶O形密封圈, 唇形(标准唇形及其他)密封圈等。满足特殊要求的密封有防尘密封、组合密封和全封闭密封等。

除间隙密封外, 都是利用密封件, 使相邻2个偶合表面间的间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间隙以下(此间隙由液体的压力、豁度、分子量等决定)。在接触式密封自封式压紧型密封中是通过压紧力包括预压缩力和介质工作压力所产生的所得的密封件与偶合面之间的接触力, 使动密封圈在密封面上磨合, 以阻塞泄漏通路, 达到自密封的目的。如O形密封圈的密封。唇形密封(自封式自紧型密封)是利用密封圈自身变形所产生的反力进行初始密封, 在介质压力作用下, 撑开密封唇缘, 使之紧贴偶合件表面, 从而达到自密封的作用。如Y、YX形密封圈的密封。[7]

4.2 行程检测技术

在一个伺服控制系统中,系统的控制精度在很大程度上取决于检测装置的精度检测装置的精度是系统控制精度的上限。因此, 液压缸行程检测装置就成为以液压缸为执行元件的电液位置伺服系统的关键部件。液压缸行程检测装置的精度分辨率、可靠性响应频宽等成为影响电液位置伺服系统跟踪精度和快速性的关键指标。液压缸行程检测装置,按安装形式可以分为外置式和内置式两种 。外置式行程检测装置维护方便、检修也容易, 缺点是占用空间大容易损坏。外置式行程检测装置的位移传感器可以使用任何一种测量范围和精度符合要求的位移传感器。内置式行程检测装置与外置式相反, 维护、检修都不方便, 优点是占用空间小 受外界环境干扰小, 不易损坏。内置式行程检测装置形式多样。

按行程检测装置位移检测原理可以分为电阻式、电磁感应式、光电式、磁致伸缩式、超声测距式、磁栅式等。电阻式液压缸行程检测装置使用直线式电位器作位移检测元件, 其测量范围一般为：10~150mm线性度为±10（0.1~1）%。电位器的分辨率取决于电阻的粗细和绕线的均匀性, 滑动速度有限, 电刷接触不良时容易产生杂波。由于磨损, 电位器的寿命较低。其优点在于电位器简单、价廉, 常在实验室或简单的系统中应用。电位器行程检测结构简图如图a)所示。

直线式差动变压器做成的行程检测装置属于电磁感应式检测元件。差动变压器检测范围为±25mm或±100mm, 一般差动变压器的线性度为1%~2% ,高精度差动变压器可以达到0.1% 。差动变压器的结构简单, 精度高,线形范围大, 无机械磨损、寿命长, 维护也简单, 因此, 在电液位置伺服系统中得到广泛的采用。差动变压器传感器结构简图如图b)所示。

直线型感应同步器也是通过电磁感应原理做成的行程检测元件。由定尺和滑尺组成, 一根定尺的测量范围为250mm,可接长。直线型感应同步器测量

伸缩式液压缸、单出杆双作用液压缸-创新研修课总结报告

精度高, 可达±1μm,响应时间短。直线光栅是光电式行程测量元件, 由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量电路组成。

光栅行程测量装置结构简图如图c)所示。其行程检测原理是Ι 刻有同样密度线纹的指示光栅与标尺光栅平行安放, 间距适合,

两光栅刻线保持一定夹角。 光经标尺光栅透射（或反射）后在指示光栅上便出现了许多较粗的明暗条纹—莫尔条纹。标尺光栅沿其刻线垂直方向移动

,莫尔条纹便有移动, 标尺光栅每移动一个栅距,莫尔条纹移动一个条纹间距。用计数器计录下指示光栅移过的条纹数,便测出了标尺光栅的移

动位移。一根标尺光栅长1000~1500mm,可以接长, 测量精度为±1μm, 用于高精度的位移测量。使用光电编码器的开度仪将测量的角度量转化为位移量, 也是一种光电式行程检测器。特点是检测的行程长, 但不能耐高压, 结构较复杂。

磁致伸缩式行程检测装置是利用周向磁致伸缩效应的原理进行检测,超声测距式行程检测装置则是利用超声测距原理进行检测, 而磁栅式行程检测装置则是通过测量磁场来对位移进行检测。这3种行程检测装置当前研究的比较多,是现代行程检测的发展方向。基于磁致伸缩效应液压缸行程检测装置结构如图d)所示。[8]

1.液压缸 2.直线电位器 DC.直流电源

a)使用电位器

1. 光源 2.聚光镜 3.标尺光栅 4.指示光栅 5.光

电元件 6.检测电路

c)使用直线光栅

b) 差动变压器结构简图

d）使用磁致伸缩效应

图7 行程检测结构

5. 前景分析

（1）出于速度控制的需要，单出杆双作用液压缸将趋于双向作用面积相等的方

伸缩式液压缸、单出杆双作用液压缸-创新研修课总结报告

向发展。新型液压缸越来越注重材料的利用率、缩短加工周期以降低生产成本。

（2）随着伸缩式液压缸技术的不断进步，双作用液压缸渐渐出现在伸缩式液压缸的舞台上，这必将成为一种趋势。

参考文献：

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[3] 浙江大学。一种内置位移传感器的单出杆双作用面近似对称液压缸[P]。中国

专利。CN 1584350A。2005.02.23。

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[8] 邓飘,邱义,张宝生。液压缸行程检测技术研究现状[J]。液压与气动，

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