星空体育电竞:快速气—液增压缸的原理、设计与应用

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  摘要：本文介绍了快速气-液增压缸的工作原理、结构特点。着重阐述快速气-液增压缸的设计过程，并介绍其应用场景范围。根据结果得出，快速气-液增压缸结合了气动、液压两方面优点，具有广阔的应用空间。

  快速气-液增压缸克服了传统液压系统的制造使用成本高、能耗大、速度慢、易对环境能够造成污染以及气动的压力低、易产生滞后、冲击等缺点[1]；快速气-液增压缸集成了两者优点，具有动作速度快且平稳，输出力大且可在其压力调整范围内随意调整，无污染且使用成本低等优点。由于其拥有非常良好的综合性能，现已被大范围的应用于各种自动化机械设备，尤其是机床加工行业。

  快速气-液增压缸由增压气缸、增压油缸、快进气缸、储油箱组成[2]。其工作原理是利用液体的不可压缩性，通过增压气缸的活塞与活塞杆的面积比将气压作用在增压油缸的液压油上，通过液压油将力作用在增压活塞上，从而输出增压压力。其工作过程分以下三个阶段：

  第一阶段：向快进气缸C口通入压缩空气，同时D口通大气。此时，b腔压力大于a腔。在压缩空气压强作用下，快进气缸活塞带动与之活塞杆相连的增压油缸一起动作，直至抵住工件并进行低压保压。此过程中，增压油缸有杆腔（c腔）内液压油通过单向阀进入增压腔（d腔），同时储油腔内的液压油通过补油机构也注入增压腔，使增压腔内快速充满液压油，为增压动作做好准备。

  第二阶段：向增压气缸A口通入压缩空气，同时B口通大气。此时，f腔压力大于e腔。增压气缸的活塞在压缩空气的作用下，带动液压增压腔（d腔）内的增压活塞杆推向增压油缸的增压腔，同时增压活塞杆切断增压腔与补油机构之间的通路，使之不再连通。此时，增压腔内充满液压油并处于封闭状态。随着增压活塞杆的进入，增压腔内容积变小，从而腔内压强增大。增大后的压强作用在腔内的液压活塞上，使油缸输出更大的力，通过与之相连接的快进气缸的活塞杆将增大后的力作用于工件上，直至达到工作要求。（对于增压缸的出力，可通过改变压缩空气的压力来调节。也可通过调整增压缸上的压力调整旋钮进行调节）

  第三阶段：工作完成后，同时向快进气缸的D口（C口通大气）和增压气缸的B口（A口通大气）通入压缩空气，气缸进行快退动作。此过程中，补油机构被接通，增压腔内的液压缸通过补油机构回到储油腔和油缸的有杆腔。此时，气-液增压缸恢复到初始状态，为下一个循环做好准备。

  图1为快速气-液增压缸的工作原理图，其中E为测压口，可接压力表，或者接压力继电器来设置不受压缩空气影响的增压力，达到预设压力后自动返程。F为注油口。另外：因不同工件所需的夹紧力不同，该增压缸添加了增压油缸的调压功能。

  为加快该增压缸的动作速度，该缸设计时各进出气口的通径比普通缸大；使用时，增压缸外围管件、阀类等配件的通径要与之相匹配，并安装快速排气阀；另外需保证气源充足。

  具体设计参数:增压缸工进推力:，kN；压缩空气压力:，Mpa；增压压力:,Mpa；

  为使缸体更加紧凑,一般增压油缸内液压压力设定范围在5-20Mpa，当油缸输出工进推力时,增压油缸内径为:

  查表（机械设计手册，液压缸筒缸径对照表）获得标准缸径,求出增压油缸实际在做的工作压力：

  查表获得与油缸内径及增压压力相对应的缸筒，得到缸筒外径。缸筒选材可选Q235、Q345的经退火的冷拔或热轧无缝钢管。

  根据不同使用场合，可设计不同的增压行程，通常增压行程在5～30mm选取。设增压柱塞杆杆径为，增压气缸缸径。增压柱塞杆径与增压气缸缸径比（即增压比），不宜过大，也不宜过小，一般选取范围为0.15～0.40,即：。

  查表获得增压气缸外径。气缸缸筒选材可选无缝钢管或硬质铝合金管，为减少密封件的磨损，可采用热轧铜管（H63）作为气缸缸筒材料。

  由于是气-液组合缸，从强度及防锈等方面考虑，端盖材料选取为硬铝合金LY12（）为宜。

  式中:最高工作所承受的压力；D对应缸筒内径。；端盖实际厚度尺寸根据几何关系确定,但不能小于最小厚度。

  为了提高增压缸输出的稳定性,将快进活塞杆与增压活塞杆杆径均取为缸径的0.3～0.7倍,其长度根据几何关系确定。活塞材的选材一般为优质碳素钢Q345，经调质，表面镀硬铬并研磨处理。

  气-液增压缸中的气缸，其活塞选材可参照端盖选材方式，选用硬铝合金LY12；增压油缸活塞选材，因该活塞上作用力较大，可选用优质碳素钢Q235或Q345作为活塞材料。

  气-液增压缸的密封件可按一般气缸、油缸选材方式来进行，气缸一般都会采用丁氰橡胶材料；油缸一般都会采用聚胺脂橡胶材料。

  本系列气-液增压缸根据不同设备的使用特点，在气缸、液压缸的缸筒、密封件、活塞等配件的材料选用方面做不同的组合，从而使增压缸达到最理想的使用状态。当气-液增压缸输入压缩空气0.2～0.8MPa时,输出力可在1.6kN到20kN范围内做调整。最大快进速度为900mm/s,增压工进速度为120mm/s。由于气-液增压缸可进行[4]:打孔、切槽、冲压、压制、弯曲、剪切、拉伸等加工，以及装配、包装、焊接等作业，因此被大范围的应用于塑料橡胶、包装、五金、电子电器、汽车与船舶制造、石油化学工业等行业。

  当今，集成多项功能的工业器件已成为机械制造业的发展趋势。本文所述的快速气-液增压缸就是集成了气动、液压两项技术的气动缸。它具有很多气动和液压的优点,同时克服了两者的缺点,并能大大降低成本,减少能耗。目前现代化的车间厂房都配有气源,因此从技术和市场的角度来讲都具有很大应用空间。

  [1] 张保松,曾韬.气-液增压器在机床夹具中的应用[J].液压与气动,2006（12）：61-62.

  [4] 傅朝春,李指俊. 气-液增压技术及其应用发展[J].机械制造，1998(5):9.

  ^1 作者简介：赵文华（1978），男（汉），籍贯（河北省武邑县），广州广日专用汽车有限公司，职称（液压工程师），学历（本科），主要研究方向（液压技术应用），联系电线，E-mail：fhq80@163