CN101629590A - 一种三段式活塞短行程液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三段式活塞短行程液压缸，包括缸筒及其中所装的活塞，其特征在于：所述缸筒的内孔为中间小两头大的阶梯孔，所述活塞是由前活塞、中间活塞和后活塞组成的三段式活塞，三活塞分别位于缸筒阶梯孔的三段孔内并与孔壁密封配合，活塞杆与缸盖间隙配合；在所述缸筒阶梯孔的前、后孔内侧端与所述三段式活塞及其密封之间形成前封闭油腔和后封闭油腔，两所述油腔上分别开有与外部油路连通的油道；在前、后缸盖与所述前、后活塞和缸筒之间形成前气腔和后气腔。本发明取消了活塞杆动密封，避免了活塞杆动密封的失效，缸筒两端的静密封不会因油液压力和机械撞击而失效，从而提高了液压缸的可靠性和灵敏度，大大延长了液压缸的使用寿命。

Description

一种三段式活塞短行程液压缸

技术领域

本发明涉及液压技术，尤其涉及一种三段式活塞短行程液压缸。

背景技术

目前的液压缸通常由以下几部分组成：装在圆柱形缸筒内部的活塞、与活塞连接的活塞杆、前后缸盖以及密封件，在活塞的两端与缸筒和缸盖之间形成两个油腔，而活塞杆穿过缸盖伸出液压缸。为实现缸体内两油腔的密封，密封件有静密封和动密封，而动密封分为活塞动密封和活塞杆动密封。静密封用于防止液体从缸盖处向外泄漏，活塞动密封用于防止液压缸两个油腔之间的内泄漏，而活塞杆动密封用于防止液体从活塞杆处向外泄漏。往复运动的活塞杆与密封件之间会产生摩擦磨损，这种摩擦磨损随着压力波动和使用时间的延长而加剧，液压缸活塞杆短行程快速往复运动时，一般是活塞杆先磨损，活塞杆动密封先失效，液体从活塞杆处向外泄漏，造成液压缸不能继续使用。由于缸盖处的静密封要承受油液压力以及活塞运动到两端极限位置时的机械撞击，缸盖处的密封件在交变冲击压力下会被挤出沟槽而损坏，造成密封处间隙过大而产生泄漏，静密封的长期使用也易老化变质而损坏，造成液体向外泄漏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种三段式活塞短行程液压缸，它能有效避免活塞杆动密封因摩擦磨损而造成的动密封失效，还能解决缸筒两端静密封因油压易失效的问题，从而有效防止液压缸活塞杆和缸盖处的泄漏，提高液压缸的可靠性和灵敏度，延长液压缸的使用寿命。

本发明的技术方案如下：一种三段式活塞短行程液压缸，包括缸筒及其中所装的活塞，分别装在所述缸筒前、后端的前缸盖和后缸盖，其特征在于：所述缸筒的内孔为中间小两头大的阶梯孔，所述活塞是由前活塞、中间活塞和后活塞组成的三段式活塞，三活塞分别位于所述缸筒阶梯孔的三段孔内并与孔壁密封配合；在所述前活塞或后活塞的外端设有同轴的活塞杆伸出缸盖，该活塞杆与缸盖间隙配合，在所述三活塞上分别装有导向环和密封圈；在所述缸筒阶梯孔的前、后孔内侧端与所述三段式活塞及其密封之间形成前封闭油腔和后封闭油腔，两所述油腔上分别开有与外部油路连通的油道，在外部油路上设有控制所述油道进、出油的控制阀；在前、后缸盖与所述前、后活塞和缸筒之间形成前气腔和后气腔，两所述气腔通过通气孔相通，在其中一个所述气腔设有通正压气体的进气孔。

为了使活塞运动到两端极限位置时不和缸盖接触，避免缸盖及其静密封的损坏引起液压缸失效，作为对上述技术方案的进一步改进，当所述前活塞的内侧端面与所述缸筒的前孔内侧端面接触时，所述后活塞与后缸盖之间留有间隙；当所述后活塞的内侧端面与所述缸筒的后孔内侧端面接触时，所述前活塞与前缸盖之间留有间隙。这样，当三段式活塞运动到前、后极限位置时，分别由后活塞、前活塞的内侧端面与缸筒的后孔、前孔内侧端面接触，内力施加在缸筒上，而两缸盖并不与活塞接触。

为便于加工，作为对上述技术方案的进一步改进，所述中间活塞与后活塞为整体件，所述中间活塞的前端设有带外螺纹的连接轴段；所述活塞杆与前活塞为整体件，所述连接轴段伸入所述前活塞通过螺纹连接。

作为对上述方案的进一步设计，所述进气孔设在所述前缸盖上并与所述前气腔相通，所述通气孔与所述进气孔相通。

为了实现有效的活塞动密封，作为进一步改进，在所述前活塞和后活塞上分别装有至少两个密封圈。

为有效地防止外部环境的灰尘、蒸汽等污物进入液压缸内部，所述前缸盖和后缸盖分别通过气密封圈与所述缸筒密封。

为使上述技术方案的液压缸可以作为电液伺服系统的伺服液压缸，所述控制阀为电液伺服阀，在与所述活塞杆相反侧的缸盖上装有用于检测活塞位移的位移传感器，该位移传感器的测量杆轴向伸入该端的活塞内；在所述缸筒上装有分别检测前封闭油腔和后封闭油腔压力的前压力传感器和后压力传感器。

为使上述技术方案的液压缸可以作为电磁换向阀控制的传动液压缸，所述控制阀为电磁换向阀。

进一步地，所述前活塞和后活塞的直径相等，使上述技术方案的液压缸作为双作用对称液压缸。

进一步地，所述前活塞和后活塞的直径一大一小，使上述技术方案的液压缸也可以作为双作用差动液压缸。

本发明采用了三段式活塞和中间小两头大的阶梯孔缸筒，将位于传统缸筒两头的前、后油腔设在了缸筒中部的前、后侧，前、后油腔全部采用活塞动密封，而缸筒内表面是内凹面，较之于活塞杆外凸的圆柱表面，缸筒内表面的耐磨性相当高，故活塞运动不易使缸筒内壁磨损，活塞动密封不易失效；在缸筒两端设有具有较低正气压的气腔，三段式活塞运动时有气体不断从活塞杆与缸盖的配合间隙中逸出，灰尘等污物被吹扫到液压缸外部，形成气体防护系统。这样，就取消了活塞杆动密封，避免了活塞杆和活塞杆动密封的摩擦磨损，也就避免了活塞杆动密封的失效，可以有效防止液压缸活塞杆处的液体泄漏；由于两缸盖内侧是气腔，缸盖静密封只承受很低的气压，解决了缸筒两端静密封因较高油液压力易失效的问题，提高了液压缸的可靠性和灵敏度，延长液压缸的使用寿命。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、取消了活塞杆动密封，避免了活塞杆和活塞杆动密封的摩擦磨损，也避免了活塞杆动密封的失效，能有效防止液压缸活塞杆处液体的泄漏，提高液压缸的可靠性和灵敏度，延长液压缸的使用寿命；

2、缸盖静密封只承受很低的气压，缸筒两端的静密封不会因较高的油液压力而失效；

3、活塞运动到两端极限位置时不与缸盖接触，而是与缸筒的内端面接触，形成内力，能有效避免缸盖及其静密封因机械撞击而造成的损坏；

4、液压缸正常工作时两封闭气腔保持正气压，防止外部灰尘、蒸汽等污物进入液压缸内部，取消了常规的接触式防尘圈，避免了防尘圈和活塞杆的摩擦磨损。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图中：1、活塞杆；2、前缸盖；3、气密封圈；4、前活塞；5、前活塞副密封；6、前活塞导向环；7、前活塞主密封；8、缸筒；9、控制阀；10、后活塞导向环；11、后活塞主密封；12、后活塞副密封；13、后缸盖；14、进气孔；15、连接轴段；16、中间活塞；17、中间活塞密封；18、中间活塞导向环；19、后活塞；20、通气孔；21、位移传感器；22、前压力传感器；23、后压力传感器；24、油道；A、前油腔；A1、前气腔；B、后油腔；B1、后气腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，一种三段式活塞短行程液压缸，包括活塞杆1、前缸盖2、气密封圈3、前活塞4、前活塞副密封5、前活塞导向环6、前活塞主密封7、缸筒8、控制阀9、后活塞导向环10、后活塞主密封11、后活塞副密封12、后缸盖13、进气孔14、连接轴段15、中间活塞16、中间活塞密封17、中间活塞导向环18、后活塞19、通气孔20、位移传感器21、前压力传感器22和后压力传感器23。其中，缸筒8为整体式，其内孔是中间小两头大的阶梯孔，阶梯孔的前孔和后孔的直径相等并大于中间孔直径，使阶梯孔呈哑铃状。活塞是由同轴的前活塞4、中间活塞16和后活塞19组成的三段式活塞，前活塞4、中间活塞16和后活塞19分别位于缸筒8阶梯孔的前孔、中间孔和后孔这三段孔内，并且三活塞与缸筒8孔壁密封配合。在缸筒8的前、后端分别装有前缸盖2和后缸盖13，前缸盖2和后缸盖13分别通过O形气密封圈3与缸筒8密封。在前活塞4的外端设有同轴的活塞杆1，活塞杆1伸出前缸盖2，该活塞杆1与前缸盖2间隙配合。如图1所示，本实施例为双作用对称缸，前活塞4和后活塞19的直径相等，若是前活塞4和后活塞19的直径不相等，一大一小，则为双作用差动缸。

为便于加工，如图1所示，中间活塞16与后活塞19为整体件，中间活塞16的前端设有带外螺纹的连接轴段15；活塞杆1与前活塞4为整体件，连接轴段15伸入前活塞4的螺纹孔中，通过螺纹副将前活塞4和中间活塞16连接。

如图1所示，在前活塞4、中间活塞16和后活塞19上分别装有导向环和密封圈构成密封导向系统，每段活塞上均有两个采用非金属耐磨材料制成的导向环，在前活塞4和后活塞19上分别装有两个密封圈，各密封圈与活塞之间预置了初始压缩量，可以使之产生合适的初始接触应力。具体地，前活塞4上装有两个前活塞导向环6、前活塞主密封7和前活塞副密封5，中间活塞16上装有两个中间活塞导向环18以及中间活塞密封17；后活塞19上装有两个后活塞导向环10、后活塞主密封11、后活塞副密封12。这样的密封系统，既能使密封阻止流体的泄漏，又可避免过大的摩擦损失和过快的磨损，使液压缸具有无泄漏、摩擦力低、可靠性高、寿命长的特点。

在缸筒8阶梯孔的前、后孔内侧端与三段式活塞及其密封之间形成前封闭油腔A和后封闭油腔B，在两油腔上分别开有与外部油路连通的油道24，在外部油路上设有控制阀9，控制阀9安装在缸筒8上，用于控制油道24的进油或出油，从而使两油腔进油或回油，实现活塞的往复运动。

在前缸盖2与前活塞4前端以及缸筒8之间形成前气腔A1，在后缸盖13与后活塞19后端以及缸筒8之间形成后气腔B1，前气腔A1设有通正压气体的进气孔14，进气孔14开设在前缸盖2上；前气腔A1和后气腔B1通过通气孔20相通，通气孔20是加工在后缸盖13和缸筒8上的孔道，通气孔20一端开在后气腔B1上，另一端接在进气孔14上。前气腔A1、后气腔B1、进气孔14和通气孔20构成的气体防护系统，前气腔A1和后气腔B1充满正压气体，有压气体可以是压缩空气或氮气，有压气体通过进气孔14和通气孔20进入前气腔A1和后气腔B1。三段式活塞向前运动，前气腔A1的容积变小，气体从活塞杆1和前缸盖2的配合间隙中逸出，灰尘等污物被吹扫到液压缸外部，也有部分气体被压缩经过通气孔20进入容积变大的后气腔B1；三段式活塞向后运动，后气腔B1的容积变小，气体被压缩经过通气孔20进入容积变大的前气腔A1。这样就不断有气体从活塞杆1处逸出，起到防尘、防蒸汽作用，使液压缸在有粉尘和蒸汽的环境中也能长期稳定工作。

当前活塞4的内侧端面与缸筒8的前孔内侧端面接触时，后活塞19与后缸盖13之间留有间隙；当后活塞19的内侧端面与缸筒8的后孔内侧端面接触时，前活塞4与前缸盖2之间留有间隙。这样，当三段式活塞运动到前、后极限位置时，分别由后活塞19、前活塞4的内侧端面与缸筒8的后孔、前孔内侧端面接触，内力施加在缸筒8上，而两缸盖并不与活塞接触，能有效避免缸盖及其静密封因机械撞击而造成的损坏。

当本实施例所提供的液压缸作为电液伺服系统的伺服液压缸，控制阀9就为电液伺服阀，在与所述活塞杆1相反侧的缸盖即后缸盖13上装有用于检测活塞位移的位移传感器21，该位移传感器21的测量杆轴向伸入后活塞19的中心孔内；在缸筒8上还装有分别前压力传感器22和后压力传感器23，用于分别检测前封闭油腔A和后封闭油腔B压力。若是本实施例所提供的液压缸仅作为电磁换向阀控制的传动液压缸装置时，就不设位移传感器21和两压力传感器，制阀9则为电磁换向阀。

根据被驱动机械部件的运动方向，本发明所提供的液压缸可水平安装、垂直安装或倾斜安装。根据液压缸的受力状态，通过改变外部连接结构，能够实现以下各种连接方式：缸筒底部铰接式；缸筒底部法兰式；缸筒头部法兰式；缸筒中部耳轴式；缸筒底座式。

本实施例所提供的液压缸是这样工作的：

当前封闭油腔A进油时，三段式活塞向前移动，在此过程中后封闭油腔B回油，同时前气腔A1的容积变小，气体从活塞杆1和前缸盖2的配合间隙中逸出，灰尘等污物被吹扫到液压缸外部，也有部分气体被压缩经过通气孔20进入容积变大的后气腔B1，当后活塞19的内侧端面与缸筒8的后孔内侧端面接触时，前活塞4与前缸盖2之间留有间隙，前缸盖2不会受到撞击力；当后封闭油腔B进油时，三段式活塞向后移动，在此过程中前封闭油腔A回油，同时后气腔B1的容积变小，气体被压缩经过通气孔20进入容积变大的前气腔A1，当前活塞4的内侧端面与缸筒8的前孔内侧端面接触时，后活塞19与后缸盖13之间留有间隙，后缸盖13不会受到撞击力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三段式活塞短行程液压缸，包括缸筒(8)及其中所装的活塞，分别装在所述缸筒(8)前、后端的前缸盖(2)和后缸盖(13)，其特征在于：所述缸筒(8)的内孔为中间小两头大的阶梯孔，所述活塞是由前活塞(4)、中间活塞(16)和后活塞(19)组成的三段式活塞，三活塞分别位于所述缸筒(8)阶梯孔的三段孔内并与孔壁密封配合；在所述前活塞(4)或后活塞(19)的外端设有同轴的活塞杆(1)伸出缸盖，该活塞杆(1)与缸盖间隙配合，在所述三活塞上分别装有导向环和密封圈；在所述缸筒(8)阶梯孔的前、后孔内侧端与所述三段式活塞及其密封之间形成前封闭油腔(A)和后封闭油腔(B)，两所述油腔上分别开有与外部油路连通的油道(24)，在外部油路上设有控制所述油道(24)进、出油的控制阀(9)；在前、后缸盖(2、13)与所述前、后活塞(4、19)和缸筒(8)之间形成前气腔(A1)和后气腔(B1)，两所述气腔通过通气孔(20)相通，在其中一个所述气腔设有通正压气体的进气孔(14)。

2.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：当所述前活塞(4)的内侧端面与所述缸筒(8)的前孔内侧端面接触时，所述后活塞(19)与后缸盖(13)之间留有间隙；当所述后活塞(19)的内侧端面与所述缸筒(8)的后孔内侧端面接触时，所述前活塞(4)与前缸盖(2)之间留有间隙。

3.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述中间活塞(16)与后活塞(19)为整体件，所述中间活塞(16)的前端设有带外螺纹的连接轴段(15)；所述活塞杆(1)与前活塞(4)为整体件，所述连接轴段(15)伸入所述前活塞(4)通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述进气孔设在所述前缸盖(2)上并与所述前气腔(A1)相通，所述通气孔(20)与所述进气孔(14)相通。

5.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：在所述前活塞(4)和后活塞(19)上分别装有至少两个密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述前缸盖(2)和后缸盖(13)分别通过气密封圈(3)与所述缸筒(8)密封。

7.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述控制阀(9)为电液伺服阀，在与所述活塞杆(1)相反侧的缸盖上装有用于检测活塞位移的位移传感器(21)，该位移传感器(21)的测量杆轴向伸入该端的活塞内；在所述缸筒(8)上装有分别检测前封闭油腔(A)和后封闭油腔(B)压力的前压力传感器(22)和后压力传感器(23)。

8.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述控制阀(9)为电磁换向阀。

9.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述前活塞(4)和后活塞(19)的直径相等。

10.根据权利要求1所述的一种三段式活塞短行程液压缸，其特征在于：所述前活塞(4)和后活塞(19)的直径一大一小。

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