平行式气液增力装置的技术探究

申家顺

摘 要：文章简要的介绍了通用的增压技术及其工作原理，分析了气液组合增压设备的技术优势。介绍了气液增压技术和平行气液增压缸的工作过程，对平行气液增压缸的结构组成，技术特点和工作参数进行了探究分析。

关键词：气液组合增压 平行式 技术优势 参数分析

中图分类号：TH1文献标识码：A文章编号：1003-9082（2019）04-0-01

一、平行气液组合增压技术的原理

增压技术应用广泛，工业应用广泛的增压技术有：纯气动气体增压、纯液动液体增压和气体液体组合增压三种。纯气动增压的装置一般动作迅速，功耗较低，且动力装置结构相对简单，但运行的速度难以控制，负载变化大，容易产生爬行或自行推进。纯液体的增压设备，优缺点都比较突出，运行稳定，输出力密度大，但需要额外建设液压站，对企业来说增加了运营成本和噪音污染。

气液增压技术结合了气动传动和液压传动的优点，采用封闭式液压缸，仅需要液压元件，如止回阀和节流阀。油泵和油箱等供油系统无需单独建设。

外接气源压力为Po，油液压力为P，液压缸和气压缸左右平行设置。当气源供应压力气体时，气缸活塞Do被推动，根据活塞面积比使油缸小活塞d侧压力成倍增加。通过联通的油缸中的压力油进行压力传递，输出活塞D向外运动并输出最终作用力。为便于原理推导进行模型简化，再实际设备应用计算中还需涉及运行的往返过程、设备的整体密封性以及零件工艺水准等。

忽略摩擦力，阻尼力等，可以导出P，Po和F之间的以下关系：

公式（1-1）为内部增压式，设Φ=，则为内部增压比，公式（1-3）为实际对外输出增大式。

从上式可以看出，增加Do或减小d可以增加系统的增压比，但是Do的增加和d的减小是有限的。如果d太小，液压缸的输出将太小，这将影响对外输出，而随着Do增大，整个增压设备的体积也将失衡。

结构参数Do，d，D的选择应与增压缸的实际使用进行权衡，同时考虑结构，输出力和压力油密封等因素。

二、气液增压系统技术分析

气液组合增压设备按结构可为平行式和串联式，增压缸体部分和工作输出缸体部分直线连接的为串联式，该种结构技术要求相对简单，但轴向工作空间要求较大;增压部分和工作输出部分平行连接的为平行式，该种结构复杂，技术要高，但适合轴向空间狭小又需要较大力行程的工况。

气液增压系统的核心是增压部分——气液增压缸，主要由快进气缸，增压缸和气液转换回路组成。在快速移动的汽缸和增压缸之间是一个封闭的油密室，油封室中的油是一种力增大的转换介质。

气液增压缸的工作循环可分为三个冲程段：

一是软到位行程：前增压室充入压缩空气，气压驱动输出活塞快速接近工件，在输出活塞完全接触工件前增力缸体不输出工作压力，该过程称为气液增压缸的快速“软到位”过程。

二是工作行程：当工作杆完全接触工件后，输出活塞受到来自工件的反作用力。当腔室的气压达到阈值，缸体外部差压阀打开，压缩空气充入后增压室。增力活塞在前进过程中逐步分离储油室和工作油室，分离后工作油室压力显著增加驱动工作活塞输出工作力。开始冲压，该过程称为工作行程。

三是返回行程：在工作行程完成后，两个增压室中的压缩空气排出，工作活塞和增压活塞返回。为下一工作循环做好准备。

1.平行式气液增压缸结构

平行式气液增压缸的结构特点：

第一，在气液增压缸上安装精密螺纹连接板，以便将气液增压缸精确定位在阀体上。

第二，高寿命缓冲构件安装在工作活塞的两侧，这是确保高效运行时噪音低的关键。

第三，完整的油气隔离装置是确保气液增压缸长期无故障驱动的基本前提。

第四，双支撑工作活塞杆是一种动力驱动的执行器，尺寸小但冲击力大，适用于气液增压缸。是保证其安全、准确、可靠工作的关键。

第五，补油装置。除了简单快速的补充外，它还可以防止在填充油箱时出现操作错误。

第六，恒压储油系统储存足够的液压油，用于气液增壓缸的长期可靠运行。

2.平行气液增力缸参数分析

平行气液增力缸由两个增压缸组成。结构简单，便于工业企业制造、安装与应用，其中端盖和活塞两部分为通用件，但平行缸受行程长度、设计工作压力以及内径等限制。安装过程中的细微偏差便会导致气缸末端出现泄漏。当缸体内径太大或设计工作压力太高时，由于未知的径向尺寸和拆卸与组装问题，空杆的直径将受到影响。限制是拉杆的拉应力可超过屈服极限所以常用行程≤125m;缸内径≤250mm，额定工作压力P≤20mpa，个别可达25mpa。

增压缸体上的内部增压活塞端部的直径是不同的。当低压油或气体进入缸左端时，活塞向右运动，输出高压油。

根据活塞杆的力平衡关系可得P2=P1A1/A2=P1K。

式中P1——输入的低压，P2——输出的高压，

A1——大活塞的面积，A2——小活塞的面积。

式中K——压力放大倍数。面积和的差异越大，K值越大。当油或空气反转时，它是一个空的返回行程，没有高压输出。