内回流面积差动液压行程放大装置

　　1引言

　　行程放大装置在机械中的应用极为广泛。从工作原理上来说,行程放大装置可分为机械传动与液压传动两大类。当所需要的行程放大倍数较小时,一般采用结构简单且成本低的机械传动行程放大装置,如齿轮一齿条传动机构等。而当所需要的行程放大倍数很大时,机械传动行程放大装置就显得无能为力,这时便转而采用基于帕斯卡原理的面积效应行程放大装置。但采用传统的面积效应行程放大装置时,常常会因为输出活塞杆的刚度不足而感到棘手。而采用外回流差动液压回路,虽然可使得活塞杆的直径尺寸加大,从而提高刚度,但这样做无疑会造成装置的结构不紧凑,制造成本也将显著提高。

　　最近,我们设计了一种基于内回流差动液压缸的面积效应行程放大装置,从根本上克服了上述两种技术方案的缺点。

　　2工作原理

　　2.1传统的面积效应行程放大装置

　　传统的面积效应行程放大装置如图1所示。根据帕斯卡原理,当一个装置以密闭的流体为传动介质,加在密闭液体上的压强,能够大小不变地被液体向各个方向传递。若以小直径活塞推动大直径活塞运动时,是一个力放大装置,但同时也是一个行程缩小装置,液压千斤顶就是基于这一原理。反之,如图1所示的装置,是以大直径活塞来推动小直径活塞运动,则是一个行程放大装置,同时也是一个力缩小装置。

　　图1所示装置中,行程放大系数iS的计算公式为：

　　式中S、、S。分别为主动活塞与输出活塞的位移,D_i、D_o分别为主动活塞与输出活塞的位移。面积效应行程放大装置的突出优点,是能在结构尺寸较小的条件下,得到相对很大的行程放大系数i_s。例如，设，则可计算得i_s=64。这样大的行程放大系数i_s，对于基于长度效应原理的机械行程放大装置来说，几乎是难以想象的。

　　图1所示装置的显著缺点是，为了安放复位弹簧，在输人活塞直径及行程放大系数一定的条件下，会造成输出活塞杆的直径很小,以致刚度不足。这时,设计人员往往迫不得已而加大输人活塞直径,导致整个装置体积趋于庞大,从而无谓增加制造成本。

　　2.2外回流面积差动行程放大装置

　　有的设计人员则采取外接差动回路的方法来解决上述矛盾,即让输出液压缸有杆腔内的液体,通过外回油路回流到无杆腔内而实现面积差动,如图2a所示。面积差动装置的行程放大系数is,与输出活塞的直径无关,而是取决于输人活塞的直径D_i与输出活塞杆的直径d,其计算公式为