液壓油缸的發(fā)展歷史和未來(lái)趨勢(shì)簡(jiǎn)介

液壓油缸缸是液壓機(jī)中最早使用的液壓元件之一。從外觀上看，似乎基本結(jié)構(gòu)沒變，但實(shí)際上液壓缸有了很大的發(fā)展。這不僅體現(xiàn)在液壓缸作業(yè)功能的進(jìn)步、作業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大、品類標(biāo)準(zhǔn)的提高和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)上，還體現(xiàn)在液壓缸研究的深化和計(jì)劃會(huì)計(jì)理論的逐步完善上。

高壓化是液壓缸發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。目前液壓缸最大工作壓力已經(jīng)超過(guò)140MPa。高壓是減小液壓缸徑向尺寸的有效方法。一臺(tái)30噸，工作壓力70MPa的壓力機(jī)，可以做得像臺(tái)鉆一樣精致。2000~3000噸水壓機(jī)采用100MPa以上的超高壓液壓缸，比普通高壓水壓機(jī)重量減輕1/2~2/3。

通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)和工藝，液壓缸的操作功能有了很大的進(jìn)步。目前超高功能液壓缸能在極低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作，高速功能已超過(guò)1500mm/s，工作溫度范圍擴(kuò)展到-60~+200℃。使用壽命最長(zhǎng)的液壓缸要求運(yùn)行6000公里以上，沒有任何故障或零件損壞。為了提高液壓彩虹車的戰(zhàn)備完好性，防止行駛結(jié)束時(shí)的倒車沖擊，對(duì)緩沖裝置進(jìn)行了探討。

近年來(lái)，國(guó)外許多廠家選擇了勻速減速平穩(wěn)制動(dòng)的緩沖結(jié)構(gòu)，如拋物線環(huán)隙節(jié)省、臺(tái)階環(huán)隙節(jié)省、笛孔節(jié)省緩沖裝置等。從國(guó)內(nèi)外的技術(shù)資料和專利可以看出，各種新穎結(jié)構(gòu)的液壓缸不斷出現(xiàn)，最重要的特點(diǎn)就是復(fù)合。比如以液壓缸為主體，將泵、閥、馬達(dá)等部件組裝成一個(gè)整體，形成獨(dú)立的液壓設(shè)備；將氣缸和液壓缸安裝在一起，利用氣動(dòng)推動(dòng)液壓缸工作，將擺動(dòng)液壓缸和推力液壓缸組裝在一起，完成多自由度的動(dòng)作要求，將幾個(gè)行程的液壓缸串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)不同的動(dòng)作組合進(jìn)行各種長(zhǎng)度的點(diǎn)控制；將液壓缸分成三個(gè)工作油腔，利用差動(dòng)運(yùn)算原理完成六種不同速度的運(yùn)動(dòng)，將步進(jìn)電機(jī)、帶反作用機(jī)構(gòu)的滑閥和液壓缸組裝成電液步進(jìn)液壓缸，用于機(jī)床和其它由數(shù)字程序控制的機(jī)械設(shè)備等。這不僅使機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，而且使用方便。此外，還有許多特殊結(jié)構(gòu)的液壓缸。比如鋼索液壓缸，用包覆尼龍外皮的鋼索代替活塞桿傳遞動(dòng)力，借助滑輪可以任意改變動(dòng)力的傳遞方向，缸筒彎曲的液壓缸可以減少工作時(shí)占用的空間；大部分帶自鋇設(shè)備的液壓缸在停止運(yùn)動(dòng)時(shí)可以防止外力跳躍等等。

能源危機(jī)的出現(xiàn)，迫使業(yè)界不得不關(guān)注能耗問(wèn)題，這必然會(huì)加深對(duì)水力機(jī)械的影響。由于液壓機(jī)械不僅需要?jiǎng)恿?，而且需要液壓油作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)，因此如何提高動(dòng)力和節(jié)能也是液壓缸研究的重要課題之一。此外，正在進(jìn)行許多關(guān)于防止污染、降低噪音、降低成本和提高可靠性的研究。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)表的許多論文討論了液壓缸的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和局部應(yīng)力，液壓缸的運(yùn)動(dòng)特性和緩沖理論，液壓墊的壽命。由于電子會(huì)計(jì)機(jī)的使用，液壓缸的強(qiáng)度用有限元法計(jì)算，以零部件和成本為策略函數(shù)的優(yōu)化規(guī)劃日益增多。然而，與機(jī)械傳動(dòng)部件相比，液壓缸的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度規(guī)劃理論還處于初級(jí)階段。比如對(duì)齒輪的研究要適當(dāng)加深，很多看起來(lái)很細(xì)微的問(wèn)題都有專門的注釋，構(gòu)成了更精細(xì)的核算方法。

但在液壓缸的規(guī)劃運(yùn)算中，目前常用的一些基本公式并不合理，只能粗略核算。有時(shí)候，我們會(huì)選擇保存的核算方法，或者選擇一個(gè)更大的安全系數(shù)來(lái)彌補(bǔ)核算中的一些不足。例如，在校核液壓缸的穩(wěn)定性時(shí)，將液壓缸視為所有等截面的桿件，直接引用歐拉公式進(jìn)行核算。結(jié)果相對(duì)保留，導(dǎo)致數(shù)據(jù)消耗、體積、組件增加。另一方面。由于缺乏對(duì)液壓缸混沌應(yīng)力狀態(tài)的估計(jì)，所以選擇的安全系數(shù)雖然大，但必然不安全。因此，有必要在今后做大量的實(shí)驗(yàn)和討論，以進(jìn)一步充分和完善液壓缸的規(guī)劃理論。