快速液压缸原理及其优缺点

　　各种结构的液压缸在工业生产中应用相当广泛，其中大部分液压缸都是标准化、系列化的定型产品，除此以外的少部分特殊结构液压缸应用较少，但是却在一些特定的工作场合具有不可替代的作用，在这些特殊场合中使用特殊机构液压缸能极大地改善液压系统的工作性能和使用效率。快速液压缸 (力士乐(rexroth) 液压缸清单中称其为快速复位缸) 是一种特殊结构液压缸。本文从快速液压缸的工作原理和常见故障等方面进行讨论，便于我们在使用中更加合理有效的使用快速液压缸。以下讨论的原型为芬兰奥拓昆普公司(AUTOCUMP) 快速液压缸。

　　1 快速液压缸工作原理

　　快速液压缸又称为快速复位液压缸，是控制速度的特殊结构液压缸之一。控制速度的特殊结构液压缸还包括：差动液压缸、多速液压缸、调速液压缸和增速缸。

　　通过图1 可以看出，快速缸是在主活塞中设置了一个用于完成快速进给运动的快进柱塞缸(AB 油腔所在的油缸)，柱塞伸出时首先A 油腔注油伸出，B油腔输出液压油，返回时活塞由AC 油腔同时输出液压油，B 油腔注油。通过上述工作步骤快速液压缸进行正常往复工作。由于AB 油腔容积较小，所以在保证输入流量不变的情况下可以保证柱塞油缸具有较快往返速度，这也是快速液压缸具有的典型特征之一。根据在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点的静压传递原理 (帕斯卡原理)，假设油缸工作压力为P₁，输出压力P₂为零，则油缸输出力为：

　　油缸移动速度为：

式中，V_A：A 腔顶部圆腔的面积;V_C：C 腔顶部工作圆腔的面积;D₁：柱塞活塞杆直径;Q：液压油流量;D_A：柱塞A 腔的直径;D_C：柱塞C 腔的直径;U₁：柱塞缸A 油腔单独注油移动速度;U₂：A_C 油腔同时注油速度;U₃：B油腔注油速度。

　　1.1 快速液压缸往返运动步骤

　　油缸进给时B油腔与液压油箱连接，首先A 腔进行注油，由于柱塞油缸容积小，所以A 油腔获得的进给推力小、速度相对较高。当活塞移动到油缸设定的位置后，AC 油腔同时注油，最终达到最高位置。由于AC 油腔总容积相对A 油腔较大，所以快速液压缸进给速度变低、获得推力反而增大。快速液压缸复位时B 油腔充油，AC 油腔与液压油箱相连接直到油缸运行到设定的复位位置为止。

　　1.2 快速液压缸的速度分析

　　由上述计算公式可知柱塞油缸直径DA不变，所以B腔单独注油时返回速度快于A油腔单独注油的往返速度(B油腔往返动作时包括活塞杆所占的容积，相对于A 油腔较小)，即U₃>U₁。由图1 可知D_A²U₂，最后可知快速液压缸的运动速度U₃>U₁>U₂。