目前，大多数企业生产的油压机都较好地解决了工作吨位大但重量轻、能耗低的问题，但在保证动作可靠前提下提高效率方面大都不尽人意。本文对油缸结构和参数选择与提高油压机效率、可靠性的关系方面进行了分析，提出了解决方法。并在实际应用中达到了较好的效果。
1 上移式油压机的油缸及其系统简介
在选定液压系统其它元件的情况下，油压机的工作效率取决于油缸的快进、压制、回程三个过程中的功率利用情况。采取上移式、子母缸的结构为各厂家所共识，已较好地解决了油缸的快进、压制过程的高效工作问题，但在解决回程速度问题上，各厂家方法不同，效果都不理想。这种油缸的结构及液压系统原理图见图1，图1(a)为定量泵系统，只适用于无保压要求的工况，图1(b)为限压式变量泵系统，不论有无保压要求的工况都适用，效率高。
(a) (b)
图1
2 现有厂家油压机油缸设计存在的问题
下表为省内几个主要厂家的油缸结构、参数及回程速度表(以200吨油压机为例，各厂家均采用电动机Y132M-4，国产10MCY14-1B高压柱塞泵(定量泵)，Q=253750mm3/s=15.255L/min。
从下表中可以看出：A厂采用柱塞缸，为自重回程方式，结构简单，但回程速度太慢，而且受油缸柱塞和工作台自重的限制；B、C二厂都采取油压回程方式，B厂油缸动作正常，但回程速度仍比C厂慢，C厂油缸回程速度虽较理想，但使用中却经常出现回程不稳定，有时甚至活塞不能落下，有卡死的现象，动作可靠性差。
如何进行图1系统的油缸的结构设计和参数选择，才能既保证油缸动作可靠，又能达到理想的回程速度，就是本文所要研究和解决的问题。
3 解决方法探讨
对于图1所示采用高挂油箱提供快速上升时实现补油功能的系统，A厂采用柱塞式油缸，靠柱塞和工作台自重回程的方案是不合理的，虽然油缸结构简单，但回程速度受柱塞和工作台自重的限制，难于达到理想的效果。回程时，需满足下面的条件：
W＞f0μ＋πD2Lγ／4（1）
式中：W—柱塞和工作台的重力(N)；
f0—预紧力(N)；
μ—摩擦系数，μ＝0.05～0.1；
D—缸孔直径(m)；
L—活塞行程(m)；
γ—油液的重度(N/m3)
W越大，回程速度越快，但W的大小受结构要求的限制，不能随便加大W；而且W增大时，意味着柱塞直径也增大，缸孔直径增大，则(1)式右边第二项也增大，所以回程速度总是受限的，难于按人们的理想来提高。所以，图1所示系统不宜采用柱塞缸。
B厂和C厂采用的油缸结构，对于图1所示系统来说，无疑是科学和合理的，但其结构参数应如何选择，才能既能保证油缸动作可靠又能达到理想的回程速度?现分析如下：
油缸活塞在运动中密封圈摩擦力f为：
f＝（KpπDH＋f0）μ
式中：K—侧压力系数，K＝0.6～0.9；
p—系统压力，MPa；
H—密封圈与油缸的接触宽度，mm；
其它符号意义如前述。
理论上，要使活塞下移，则活塞下移作用力F＞f，即π(D2－d2)p/4＞(KpπDH＋fo)μ
D2－d2＞4KDHμ＋4f0μ/(πp)
因4f0μ/(πp)与4KDHμ相比小得多，略去不计，得活塞杆直径为：
略去预紧力后，为确保计算参数的安全可靠，K和μ应分别取其上限值，即K＝0.9，μ＝0.1。
从式中可以看出，当设计此种类型油压机的油缸时，在已知最大工作负载条件下，选定了系统压力，油缸缸径D可随之确定，查手册可得相应的H值，d也就可以确定。
目前，省内各主要厂家油压机大都采用上海或邵阳生产的高压柱塞泵，使用压力为20～27MPa,油缸直径D为Φ300mm～Φ360mm，采用的橡胶密封圈的宽度H＝20mm，考虑回程时必须克服两个密封圈的磨擦力。
因此，要在保证动作可靠性的前提下尽可能提高回程速度，油缸设计参数必须满足(2)式要求。
4 设计实例
前面提及的B厂产品如按本文的方法设计，由式(2)算得d应为：
取d＝332mm。
C厂产品如按本文的方法设计，由式(2)算得d应为：
取d＝356mm。
图2
我们根据上述原则设计生产的200吨快速上移式油压机的油缸，选定D＝328mm缸径(见图2)，由式(2)算得：
取d＝320mm。
我们仍采用10MCY14-1B泵，回程速度为：
v回＝Q/［π（D2－d2）/4］
＝253750/［3.14×（3282－3202）/4］＝62mm/s
快进速度为：
v进＝Q／(πd20/4)＝253750／（3．14×802／4）＝50mm/s
最大工作压力为：
pmax＝Gmax／(πD2/4)
＝2×10６/（3.14×0.3282／4）
＝23681687.8Pa≈23.68MPa
电动机功率为：
N＝pmaxQ／(61．2η)
＝23.68×15．225／（61．2×0．85）＝6.93kW
我们同样采用Y132M-4型7.5kW电机。在实际工作中，动作平稳、可靠,较好地解决了油缸结构和速度、动作可靠性之间的关系问题，自投放市场以来，深得用户好评。
