汽车机械基础：液压缸密封原理解析

液压缸属于执行元件，它是把压力能转换成往复直线运动机械能，输出推力和速度的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪及凸轮等机构配合，能实现多种机械运动，其应用比液压马达更为广泛。

按结构形式可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按作用方式可分为单作用式和双作用式两种。单作用液压缸的压力油只从缸的一侧输入，液压缸只能实现一个方向的运动，反向运动（回油）则需借助于弹簧力、重力等外力。双作用液压缸的压力油可以从缸两侧交替或同时输入，液压缸可以实现两个方向的往复运动。

1.活塞缸

活塞式液压缸是应用最多的一种液压缸，可分为单杆式和双杆式，其固定方式可以是缸体固定，也可以是活塞杆固定。

（1）单杆活塞缸如图8-11所示，活塞的一侧有伸出杆，两腔的有效工作面积不相等。当向缸两腔分别供油，且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向的推力和运动速度不相等。

图8-11 单杆活塞缸

小提示：

单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载但运行速度较低，另一个方向为空载快速退回运动的设备，例如，压力机、注射机及起重机的液压系统等。

如图8-12所示，单杆活塞缸两腔同时通入压力油，由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大，活塞向右的推力大于向左的推力，故其向右移动，液压缸这种连接称为差动连接。

单杆活塞缸差动连接时，能使运动部件获得较高的速度和较小的推力。

小提示：

单杆活塞缸的差动连接常用在需要实现“快进（差动连接）→工进（无杆腔进压力油）→快退（有杆腔进压力油）”工作循环的液压系统中。

（2）双杆活塞缸如图8-13所示，活塞的两侧都有伸出杆，当两活塞杆直径相同，缸两腔的供油压力和流量都相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等。

图8-12 单缸活塞缸差动连接

图8-13 双杆活塞缸

小提示：

这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合。

2.其他液压缸

（1）增压器增压器能将输入的低压油转变为高压油，供液压系统中的某一支油路使用。它由大、小直径分别为D和d的复合缸筒及有特殊结构的复合活塞等件组成，如图8-14所示，若油液输入增压缸大端的压力为p₁，由小端输出的压力为p₂，且不计摩擦阻力，根据力平衡关系得p₂=（D²/d²）p₁。

图8-14 增压器及其符号

小提示：

增压器只能将高压端输出油通入其他液压缸以获取大的推力，其本身不能直接作为执行元件。所以安装时应尽量使它靠近执行元件。

（2）伸缩缸伸缩缸由两级或多级活塞缸套装而成，如图8-15所示。

图8-15 伸缩缸

前一级的活塞与后一级的缸筒连为一体。活塞伸出的顺序是先大后小，相应的推力也是由大到小，而伸出时的速度是由慢到快。活塞缩回的顺序一般是先小后大，而缩回的速度是由快到慢。(www.xing528.com)

小提示：

伸缩缸活塞杆伸出时行程大，而收缩后结构尺寸小，适用于需占空间小的机械上。例如，起重机伸缩臂缸和自卸汽车举升缸等。

3.液压缸的密封装置

液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏，其对液压缸的工作性能和效率有直接的影响，因而要求密封装置有良好的密封性能，摩擦阻力小，制造简单，拆装方便，成本低且寿命长。液压缸的密封主要指活塞与缸筒、活塞杆与端盖间的动密封和缸筒与端盖间的静密封。

（1）间隙密封如图8-16所示，在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力，即间隙密封是依靠运动件间的微小间隙来防止泄漏的。

小提示：

它结构简单，摩擦阻力小，可耐高温。但加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。间隙密封还起到使活塞对中及自润滑作用。

（2）O形和Y形密封圈密封利用耐油橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。

O形密封圈安装时要有合理的预压缩量δ₁和δ₂；Y形密封圈使用时应使唇边对着有压力的油腔。

图8-16 间隙密封

小提示：

它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间以及缸筒和缸盖之间都能使用。

（3）V形密封圈V形密封圈由多层涂胶织物压制而成，它由形状不同的压环、密封环和支承环组成，当压环压紧密封环时，支承环可使密封环产生变形而起密封作用。

当密封压力很高时，可增加密封环的数量。安装时应将密封环的开口面向压力油腔。

小提示：

用V形密封圈，密封长度大，密封性能好，但摩擦阻力较大，主要用于压力较高，移动速度较低的场合。

4.液压缸的缓冲装置

当液压缸的工作部件质量较大，运动速度较高，或换向平稳性要求较高时，应在液压缸中设置缓冲装置，以免在行程终端产生很大的冲击压力和噪声，甚至机械碰撞。

常见的缓冲装置活塞端部有圆柱、圆锥形或节流沟槽式缓冲柱塞，当柱塞运行至液压缸端盖上的内孔时，封闭在缸筒内的油液只能从环形间隙处挤出去，这时活塞即受到一个很大的阻力而减速制动，从而减缓了冲击。也可在液压缸的端盖上设单向阀和可调节流阀，当缓冲柱塞伸入端盖上的内孔后，活塞与端盖间的油液须经节流阀流出，节流口的大小可根据液压缸负载及速度的不同进行调整，因此能获得最理想的缓冲效果。当活塞反向启动时，压力油可经单向阀进入活塞端部，使启动迅速。

小提示：

缓冲原理是当活塞快速运动到接近缸盖时，通过节流的方法增大回油阻力，使液压缸排油腔产生足够的缓冲压力，活塞因运动受阻而减速。

5.液压缸的排气装置

液压系统中混入空气后会使工作不稳定，产生振动、噪声、低速爬行及启动时突然前冲等现象，因此，在设计液压缸时必须考虑空气的排除。

对速度的稳定性要求高的液压缸和大型液压缸，需在其最高部位设置排气孔，用排气阀或排气塞来排气，如图8-17所示，当打开排气阀（图示位置）或松开排气塞的螺钉并使液压缸活塞（或缸体）以最大的行程空载往复运行时，缸中的空气即可排出，将排气阀或排气塞关闭，液压缸可进入正常工作。

图8-17 排气装置

小提示：

对于要求不高的液压缸可以不设专门的排气装置，而将油口布置在缸筒两端的最高处，由流出的油液将缸中的空气带往油箱，再从油箱中逸出。