伺服液压缸结构
及
密封
设计

天津工
程机械研究所沈延
康贾春

梅程楷

液压缸是液压传动中主要执行元件之一已得
到广泛地应用它通常是以力为输出由换向阀实现换向位移静压传动的开关量控制随着工程技术的发展需实现动态控制模拟量输出的液压技术显然一般液压缸不能满足要求因此液压伺服技术不断被采用经参数匹配动态参量计算后的伺服系统设计的重要环节之一就是伺服液压缸它主要由高精度形位尺寸的液压缸伺服阀及附加功能的阀元件位移传感器等组成是实现模拟量输人和模拟量输出的执行元件其性能直接影响伺服系统动态技术指标设计中必需考虑伺服缸所驱动的负载及运动特性一般伺服缸驱动的载荷多为惯性󰀁静载󰀁载荷若遇到外扰󰀁动载󰀁载荷特别是当动载大于静载󰀁󰀂󰀁以上时除系统刚性计算要考虑外在伺服缸设计中应给予足够的重视即使在设计伺服系统中其载荷性质动态参量系统刚性误差及非线性因素都应进行充分的计算分析还应对伺服缸结构上作相应的特殊设计󰀁合理选择伺服阀在液压缸上的安装位置原输人值不变如图󰀁所示若主阀芯位移方向产生控制油路与驱动活塞位移方向反向连接时
󰀁
图
󰀁

所示为正向连接󰀁阀输人一个
士

󰀁󰀂

开
口

量对应活塞有士󰀁值的位移输出当受
外扰
冲

击

力士瓜时对应缸体产生一个匆位置变
化
由
于

阀体是刚性连接在缸体上同
样有一个󰀁󰀂的位
移
变化使得阀口开度减小为士酝干匆消弱了系
统抵抗外扰的能力使系统产生抖动反
之

若

主

阀芯位移产生控制油口󰀁󰀁与驱动活塞位移
方向

同向连接时受扰动冲
击力士练作用对
应阀

口

增大为士酝土少起到补偿和克服扰动力
的

作用

使系统没有明显的抖动现象因此当伺服缸水
平

放置或小角度倾斜时建议伺服缸设计中
将伺服
阀主阀芯轴向运动方向和液压缸活塞轴向运动方
向

保持
一
致

伺服阀安装在液压缸上的位置间接影响到
伺
服系统的线性因素特别是在长行程驱动中液压
缸安装姿态是多方位变化的有扰动负载源的场
所由于以长量程位移传感器为反馈元件的闭环系
统电控灵敏度并非很高因此需要考虑伺服
阀
在液压缸的安装位置其原因在于伺服阀中阀芯与
对应安装的缸体在运行中受到外扰力而产生附加
位移它将影响系统的动态响应特性以大惯性
负
载受大扰动载荷的长行程位置控制伺服阀为
例
该伺服缸在运行中受扰动冲
击载荷或承受换

向大惯性载荷冲击时由于受力状态变化瞬间
因

轴承间隙缸体应变等因素引起缸体在
士
勿
范
围

内变化󰀁一般细二士󰀁巧󰀁󰀁受电控灵敏度影
响该值不能测出󰀁而高形位精度的伺服阀
芯

在颤振信号的激励自身质量惯性作用下
仍保持

󰀁土󰀁
󰀁
‘
了
州

󰀁

图
󰀁
当
伺服缸垂直或大角度倾斜
位置安装时伺服

阀主阀芯轴向方向与液压缸轴向方向设计为
相

互垂

直最佳这样能避免因阀芯重量引起的阀
开口偏置

的问题减少调节环节提高动态控制品质因
素
对小行程位置伺服系统一般电控测量的灵敏
度和分辨率能做得很高推荐
采用伺服阀主阀芯与

液压缸轴线相互垂直的安装方位设
计

󰀁
合
理选择密封结构

影响伺服缸动态品质的另一个主要因素是
活
塞与缸筒间的摩擦力以及活塞杆与导向套
之间的

摩擦力这是由运动部件密封结构决定的一
般容

工程
机械

󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁
󰀁

—
󰀁
󰀁

—
易在设计中被简化忽略密封结构的好坏直接影响
伺服缸的性能在结构设计中必须重点考
虑一般

液压缸自身的加工精度能做到但密封材料结构形
式各异在此推荐一种低摩阻耐磨密
封效果
好工艺简单成本低的组合
密封结构形式特别适

用
液压刚度要求高无泄漏及动静摩阻小的伺
服

缸如图󰀁所吞该密封为󰀁型圈和滑环组
滑

环材料采用填充聚四氟乙烯或聚四氟其结构形式
如图󰀁尺寸范围选择
在

󰀁
󰀁

󰀁
󰀁󰀁一󰀁
󰀁

󰀁󰀁

󰀁
󰀁
󰀁󰀁一󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁一󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁粗糙度要求在󰀁󰀁拼
󰀁
以
下这种滑
环

结

构具有良好的密封性能和贴服特点同时保证滑动
面之间有一定的润滑油膜是伺服缸
动态控制所希
望的较理想的工作条件轴用圈外侧一组
采
用
斯特

封结构能有效地控制外漏
滑环背后
为

󰀁
型

圈设计沟槽尺寸时应以
压缩量控制

󰀁
󰀁
一
󰀁󰀂

范

围内为原则󰀁型截面小的取大数反之
取
小

数橡胶材料硬度选中睛或低睛为宜一般为
邵

氏

󰀁󰀁一󰀁󰀂
度除此之外活塞和导向套滑配面应有

一定数量的匀压槽有条件还可采用喷涂
󰀁
巧
一

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁
厚度的尼龙层起到稳定支承减小磨损的

作
用
皿
血
󰀁
粉
鱼

暴

图
󰀁
󰀁
󰀁󰀂

活塞用密封及应力分布󰀁󰀁󰀂活塞杆用密封及应力

分
布

󰀁
小
结

采用上述方法进行了伺
服缸结构和密封
的设

计用于大惯性大扰动载荷长行程位置控制
伺
服

系统其参数是静载󰀁󰀁󰀂扰动冲击载荷󰀁󰀂行
程

士
󰀁󰀂
󰀁
󰀁
󰀁

经试验运行得到满意的效果此类
型

的伺服缸设计方法可运用到工程机械当中如
作
为推土机和平地机自动调平执行缸工
程机械结构
件
强度疲劳试验的模拟加载缸
工程机械液压
伺

服操作机构等均可实现高精度输出
控制
󰀁
收稿日期
󰀁
󰀁󰀂󰀂󰀁刁󰀁一󰀁󰀁
󰀁

工
程
机
械液力传动系统工作油的选

用

重庆建筑大学刘
振军高春
林
灼
霉
穷

劣

摘要工程机械液力传动系统工作油的选用正确与否直接影响主机动力性和经济
性的发挥本文阐述了液

力传动系统对工作油的要求工作油的正确选用鉴别及更换
布公公‘己‘七‘布公公之乡卜公乡今石己‘乡公‘乡󰀁‘二石‘

拿
霉󰀁

吩

叙
词󰀁液力传动传动油工程机械

装载机推土机等采用液力传动的工程机械
使用中常出现驱动无力的故障这种故障除系统
中

某些元件损坏所致外还有一个往往被忽视的原
因
即液力传动系统工作油的选用是否正
确
油液

是否变质尤其是一些进口二手机械一般无
随机
资料用户对液力系统用油要求不清楚而加错油
导致机械驱动无力的情况时有发生如一
台小松
󰀁
󰀁󰀂
󰀁履带式装载机用户在换油时将󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁
齿

轮油加人液力传动系统结果机械驱动无力温升
很高无法正常作业
后改用液力传动油机
械恢复

—󰀁󰀁—

正常工程机械液力传动系统工作油选用正确与
否直接影响主机动力性能和经
济
性能
的发挥

还

会对变矩器变速器及整个液力传动系统的工作
寿

命
有很大影响

液力传动系统对工作油的要求
液力传
动系统中的工作油主要有四个方面的作

󰀁󰀂 作为变矩器中动力传递的介质
󰀁
󰀁󰀂󰀁作为变速器换档离
合
器

的
压力控制油液

󰀁

工
程机
械

󰀁󰀂󰀂

󰀁
󰀁
󰀁