液压缸及其主要技术参数及计算

Question

如题所述

Answer 1

液压缸按其结构型式可分为单作用缸和双作用缸，钻机多使用双作用单活塞杆液压缸。通常，设计前已定的技术参数为负荷F（N）及其速度v（m/s）、工作压力p（Pa）、容积效率ηv（ηv1）、机械效率ηm（表3-3）。

表3-3 液压缸空载启动压力及效率

注：活塞杆密封圈也采用V形时，表中pmin值要增大50％。

1.单活塞杆液压缸两腔面积比（速度比）φ

单活塞杆液压缸其面积比（速度比）φ可由下列公式计算：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：A₁为活塞无杆侧有效面积，m²；A₂为活塞有杆侧有效面积，m²；v₁为活塞杆伸出速度，m/s；v₂为活塞杆退回速度，m/s；D为活塞直径（缸筒内径），m；d为活塞杆直径，m。

单活塞杆液压缸两腔面积比（速度比）φ值应符合国家标准GB7933-87（等效于ISO7181—1982）规定的面积比（速度比）φ值系列见表3-4 。

表3-4 单活塞杆液压缸两腔面积比（速度比）φ

注：（摘自GB7933-87）D、d为缸径、杆径（mm）

2.活塞线速度v

（1）活塞瞬间线速度v（m/s）

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：Q为液压缸瞬间流量，m³/s；A为活塞的有效作用面积（活塞无杆侧为A₁；活塞有杆侧为A₂）。

图3-12 活塞线速度随时间的变化

当Q＝常数时，v＝常数。但实际工况中，活塞在行程两端各有一个加速阶段或一个减速阶段（图3-12）。当供油流量Q保持不变时，活塞在行程的中间大部分保持恒速。

（2）活塞最高线速度v_max

在活塞杆外推时，活塞的最高线速度v_max1（m/s）为：

液压动力头岩心钻机设计与使用

在活塞杆内拉时，活塞的最高线速度v_max2（m/s）为：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：Q₁、Q₂分别为杆外推、内拉时流量，m³/s。

活塞的最高线速度，受到活塞和活塞杆的密封件和行程末端缓冲装置所能承受的动能所限制。

过低的活塞最高线速度，可能会出现爬行现象，不利于液压缸正常工作。故v_max应大于0.1～0.2m/s。

另外活塞的最高线速度，根据活塞和活塞杆选用的密封件形式是有所不同，应参照密封件制造厂所推荐的活塞的最高线速度。液压缸一般v＜0.5m/s。

3.液压缸活塞的理论推力和拉力

以双作用单活塞杆液压缸为例，如图3-13所示。

当活塞杆伸出时的理论推力F₁（N）：

图3-13 液压缸活塞受力示意图

液压动力头岩心钻机设计与使用

当活塞杆缩回时的理论拉力F₂（N）：

液压动力头岩心钻机设计与使用

当活塞差动前进时（即活塞两侧同时进压力相同的液压油）的理论推力F₃（N）：

液压动力头岩心钻机设计与使用

以上三式中：D为活塞直径（缸筒内径），m；d为活塞杆直径，m；A₁为活塞无杆侧有效面积，m²；A₂为活塞有杆侧有效面积，m²；p为工作压力，MPa。

4.液压缸功率

功率为P＝F·v （W）

由于F＝p·A，v＝Q/A，代入上式

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：F为液压缸的负荷（推力或拉力），N；v为活塞运动速度，m/s；p为工作压力，Pa；Q为输入流量，m³/s。

即液压缸的功率等于压力与流量的乘积。