CN101639106B - 活塞式液气缓冲器 - Google Patents

Abstract

活塞式液气缓冲器，活塞杆(1)内设浮动活塞(3)，两端各设气密装置(2)和活塞(5)，浮动活塞的两边分别为压力气腔(4)和第二油腔(9)，活塞和其外的油缸(6)间形成第一油腔(8)，第一、二油腔之间有第一节流通道，及从第二油腔到第一油腔的单向开通的第二单向阀(15)；油缸开口端和所述活塞杆之间设油封(7)；活塞杆外和油缸(6)内壁形成第三油腔(10)；在活塞上设连通第一和第三油腔的第二节流通道(11)和由第三油腔向第一油腔单向开通的第一单向阀(12)；该阀(12)是比第二节流通道较大的通道。活塞式液气缓冲器设立低压的第三油腔，使油封防漏效果显著，充分发挥活塞式液气缓冲器的长处。

Description

活塞式液气缓冲器 

技术领域

本发明涉及一种缓冲器，更具体地，涉及一种活塞式液气缓冲器。 

背景技术

多种多样的移动机械，如：港口、工地用的起重机，铁路上的车辆，冶金工业的轧机以及高层建筑中的电梯，在工作过程中都难以不发生碰撞。为了避免由此产生的巨大载荷，影响机械正常工作，甚至造成机件损坏，都普遍装置了缓冲器。 

当前广泛应用的缓冲器有： 

·橡胶/聚氨酯缓冲器， 

·带干摩擦的弹簧缓冲器， 

·带弹簧的液力缓冲器， 

·弹性胶泥缓冲器， 

·液气缓冲器。 

在这些缓冲器中，液气缓冲器的性能最好，即： 

1.容量大，相同行程时，液气缓冲器吸纳的冲击能量最大； 

2.耗能多，相同行程时，液气缓冲器耗散吸纳的能量最多。 

目前，在国内外普遍采用的是柱塞式液气缓冲器，图1绘出一种这样缓冲器结构示意图。它由：001-柱塞；002-气腔；003-缸体；004-浮动活塞；005-油腔②；006单向锥阀；007-锥阀节流孔；008-节流阻尼环；009-油腔①；010-节流阻尼棒等部分构成。在其结构中：柱塞001作成中空的，其外缘与缸体003配合。浮动活塞004把柱塞内分为两腔：左端腔002充0.5～1MPa的氮气，称“气腔”；右端腔005充满油，称油腔②。柱塞端的阀006把缓冲器的油腔一分为二，右端腔009就是上述油腔①；左端腔就是上述油腔②。 

当缓冲器受冲击时，油腔①中的油受压，压力急剧升高，可以高达10～20MPa，以承受冲击力。油腔①的油受压，压力升高，压力差使油液经阀006进入油腔②，经阀节流，消耗能量。由于冲击后油液的进入，油腔②内压力升高，推动浮动活塞左行压缩气腔，使之压力升高。 

冲击过后，外力去除，油腔①中压力急剧下降，这时，气腔中的高压氮气经浮动活塞推动油腔②中的油进入油腔①；得到油腔②的油液补充，油腔①的压力升高，推动柱塞左行，完成复原行程并耗能。 

此种缓冲器因其长处而倍受到关注，但存在极大的缺点：密封性能不好，漏油、漏气。 

这里的柱塞外缘和缸体的配合面是设置其油封的地方，配合面两端设置密封件，该两端的密封件之间的间隙也是油封的一部分，但它是随柱塞运动而变化的，客观上，油封的空间小，结构件结构难于完善，且此油密封属动密封，运动中难于始终保持油泄漏“通道”的封闭；此外，工作时，缓冲器内部油压高是泄漏最重要原因，并且，由于缓冲器无补充油源，对密封的要求将更高。所以，密封问题成了推广这种缓冲器巨大障碍，因为一旦油泄漏到一定程度，将失去缓冲性能。因此使用中它的检修周期很短，成了“超级易损件”。 

发明内容

因此，针对现有技术存在的缺点，本发明要解决的技术问题之一是提供一种活塞式液气缓冲器的结构，从源头上阻止产生漏油，防堵结合，具有较好的密封性能，使其优良的缓冲器特性得以充分发挥作用。 

本发明活塞式液气缓冲器的技术方案是：一种活塞式液气缓冲器(参见图2)，有内空的活塞杆1，其一端设气密装置2，所述活塞杆内设浮动活塞3，可沿活塞杆内壁滑动，所述浮动活塞和所述气密装置之间为气腔4，充有压缩气体；所述活塞杆的另一端设活塞5，该活塞5和活塞杆内的浮动活塞之间形成第二油腔9，所述活塞5外有和活塞配合设置的油缸6，活塞5和其外的所述油缸之底部之间形成第一油腔8，所述第一、第二油腔之间有第一节流通道；其特征是：所述油缸开口端和所述活塞杆之间设油封7；所述活塞杆外和所述油封7、油缸6内壁、以及活塞5共同限定的空间形成第三油腔10；在所述活塞5中设置第二节流通道11和第一单向阀12，均连通所述第一和第三油腔，所述第一单向阀12为由所述第三油腔向第一油腔单向开通的阀，相比于所述第二节流通道11，所述第一单向阀12具有较大通道。 

所述第一节流通道是由在所述活塞上设置的节流阻尼孔13和在所述第一油腔内设置的节流阻尼棒14相对的工作面之间形成的间隙构成的通道，该间隙在冲击力发生方向上变窄，和/或所述活塞随冲击力方向移动时变窄。构成一种由截面变小而在冲击过程中缓冲力逐步加大的结果。 

所述第二节流通道11可以由一组多个孔组成。该孔可以是斜向的。 

所述第一单向阀12可以由多个单向阀组成一组构成；或是由一个环状阀片盖住多个单向阀孔组成的单向阀。 

本发明技术方案中还可以设置第二单向阀15，从第二油腔到第一油腔的单方向连通该二油腔。所述第二单向阀也可以由多个单向阀组成一组构成；或是由一个环状阀片盖住多个单向阀孔组成的单向阀。 

本发明的缓冲器，结构上由于构筑有低压的第三油腔，加之在活塞上增加两组阀以调节其压力，实现第三油腔低压化；缓冲器的密封装置密封低压腔的低压油，密封难度大大降低，同时，相比于现有技术的缓冲器，因为有较充裕的空间，可以使用较完善结构的油封，都使阻隔油泄漏的能力大大提高，极大地发挥其工作性能。 

附图说明

图1是现有的一种柱塞式液气缓冲器结构示意图。 

图2是本发明实施例的结构示意图。 

图3是本发明实施例使用的油封结构示意图。 

图4是本发明实施例使用的气密装置的结构示意图。 

具体实施方式

以下将结合附图详细描述实施例，通过实施例可以更清楚理解本发明的构思。 

图2是本发明实施例结构示意图。 

本实施例的活塞式液气缓冲器，1为内空的活塞杆，其一端设气密装置2，3为在所述活塞杆内设置的浮动活塞，可沿活塞杆内壁滑动，所述浮动活塞和所述气密装置2之间为气腔4，充有压缩气体，本例中选用的合适气体为氮气，本例中氮气的压力采用0.5～1MPa；5为所述活塞杆的另一端处所设的活塞，该活塞5和活塞杆内的浮动活塞之间形成第二油腔9，所述活塞5外有和活塞滑动配合设置的油缸6；活塞5和其外的所述油缸之底部之间形成第一油腔8，所述第一、第二油腔之间有第一节流通道，本例中此第一节流通道由在活塞5上的节流阻尼孔13和在第一油腔8中设置的节流阻尼棒14两者相对的工作面间形成的间隙构成，此两者设于活塞中心轴线上，它们相对的两工作面可以都是一个圆锥面，本例的一个方案是该二圆锥面的锥角不一样，而是使孔、轴间的间隙朝在冲击发生方向变窄，而且当缓冲器承受冲击时活塞向冲击发生方向移动时更变窄，即向图示右方移动时间隙更变窄，使施加冲击时满足缓冲力加大的要求。在另一种方案中也可以将孔设置为等截面，而轴是变截面的，例如为锥面，由冲击发生方向的轴向向右逐步加粗，此种结构设置也能使施加冲击力时满足缓冲力加大的要求。从而该间隙构成一个在承受冲击过程中为变截面的节流通道，不仅通道可以是变截面的，而且在承受冲击的过程中该截面也可以是变的，变截面通道有利于节流耗能，此通道供两个油腔的油液通过时调节它们的油压，并消耗冲击能量，通过下面对其工作过程的描述可以更清楚理解它的作用；所述油缸开口端和所述活塞杆之间设油封7；所述活塞杆外和所述油封7、油缸6内壁、以及活塞5共同限定的空间形成第三油腔10；在所述活塞5中还设置第二节流通道11和第一单向阀12，均连通所述第一和第三油腔，所述第一单向阀12为由所述第三油腔向第一油腔单向开通的阀。本例中的第二节流通道是一组斜孔，之所以使用斜孔，有两个原因，其一是本例中的第一单向阀12采用一个卡簧卡住一个圆环形阀片盖住多孔通道的结构，(这样结构便于导通)，作为油通道，此阀12相比于所述第二节流通道11是较大的油的单向通道，需要给第一单向阀12让出地方 来，所以把所述第二节流通道11的在第一油腔处的口放在较小的直径圆周上，和第二单向阀15(下面将说到此阀)大体排在同一圆周位置，而其在第三油腔10端的口是在径向较外侧位置上，这样所述第二节流通道11的各孔就成为斜孔；其二是斜孔将增加孔的长度，有利于节流耗能、散热。当然，并非此孔必需是斜的，如果可以安排，并且也是合适的话，直孔也是可以的。 

在本实施例中，在以上的结构方案之上，在所述第一和第二油腔之间还设置了第二单向阀15，方向为从第二油腔到第一油腔单向开通，设置该阀15的目的是加速活塞受到冲击后复原时增强已有的第一节流通道从第二油腔到第一油腔输油量，以加速复原过程的进程。因为在复原过程中，承受冲击时产生在第一油腔8的特高压消失了，而第二油腔9的压力反而高了，此时二者间的压力差比冲击时它们间的压力差要低得多：前者可达10～20Mpa，后者不足1Mpa。既然此时靠同样的第一节流通道回油，觉得慢了，设置此第二单向阀有利于加快从第二油腔到第一油腔的送油量，从而加快复原进程。 

本发明实施例缓冲器的工作过程是这样的： 

缓冲器受冲击后，经活塞杆1推动活塞右行，这时除了挤压第一油腔8外，同时使第三油腔10容积加大，由于液体的不可压缩性，使第一油腔油压急剧上升，第三油腔的油压下降，此处油压降下来，将出现真空度，如不及时补充油进去，外界的空气通过密封装置进入，会破坏缓冲器的正常工作。为此经在活塞上第二节流通道11的一组斜孔，从第一油腔8予以补充油液。第二节流通道11的斜孔参数及孔的个数，针对具体产品由试验确定，使之在经常出现的冲击下，第三油腔10的压力保持在0.1～0.5MPa，最大不超过1MPa以利于密封。为第三油腔10补充油的过程，同时对油液节流，实现缓冲器耗能。此过程中第一油腔8的油由节流阻尼孔13和节流阻尼棒14形成的环形间隙进入第二油腔9，再经推动浮动活塞3左移压缩气腔4，这样从第一油腔的油大量经第一节流通道进入第二油腔9，是产生缓冲器阻尼的主要过程。 

缓冲器受冲击并完成压缩过后，第一油腔8压力下降，这时气腔4中的增高压力的气体经浮动活塞压第二油腔9的油通过第一节流通道进入第一油腔8，再推活塞外行压缩第三油腔10的油，活塞上第二节流通道11的斜孔因 通道小，来不及排油，会造成第三油腔油压升高，可达当时第一油腔油压的2～3倍，不利于密封。为了使第三油腔的油能尽快排出，这时在活塞上的较大通道的第一单向阀12将起作用，它导通第三和第一油腔，引导第三油腔的油液流向第一油腔，使第三油腔的油压降低，与这时第一油腔的油压相近，以利于缓冲器的密封。 

由此可见，此第三油腔在本发明的缓冲器方案中相比于现有技术的缓冲器是建立了一个相当低压力的油腔，总体上其压力在零点几MPa，或者说1MPa以下的水平，在此基础上建立相对于缓冲器周围环境压力之间的油密封，效果将会好得多，加上空间位置较富裕，油封可以采用更为周到、可靠的结构。本例中的油封将在下面具体地说。 

活塞5在本发明中是个重要的部件，它沟通三个油腔，并控制着它们的运行情况，起作用的结构部分是几个节流通道和单向阀，至于它和油缸间的密封件情形就一并在下面涉及油封的文字里描述。 

以上提到的单向阀，其结构没有特别之处，当然可以就是单个的单向阀，它更可以如前面已经描述过的本实施例中的结构，它采用一个卡簧卡住一个圆环形阀片盖多孔通道的结构，这样结构便于导通，实际上是二个或二个以上单个的单向阀组成的一个组来构成，这样有利于充分利用活塞5面上的位置，毕竟此处还是很挤的。 

第一节流通道的构成和它的位置前面已经描述清楚了，不再重复。 

第二节流通道11在第一油腔的口安排在比第一单向阀12所在的圆直径小的圆周上，这样，因为第三油腔在外，它就成为了“斜”向的孔，这样做，如上所述，一方面出于在活塞面上安排需要，也增长些孔长度，加长了通道长度，可增加耗能与散热；此外，液流从通道口“喷”向油缸，也便于耗能，以及通过油缸散热；液流被油缸挡回，形成漩涡，加大油液自身的内摩擦，进一步耗能、散热。 

同样，它当然也可以就是单个的斜孔，更好些的是如本实施例中由二个或二个以上斜孔组成的一个组来构成，已经说过，其数据对不同的缓冲器按要求的各腔油压由试验确定。 

油封7的任务是密封第三油腔的油，它的油压较低，从面从源头上减少漏油的可能性。此外，因设立第三油腔而扩大了油缸和活塞杆间的空间，也使为使用较完善的油封成为可能创造条件。下面将专门描述本实施例使用的油封结构。 

图3是本实施例的油封7的示意图。 

本实施例的油封7是本发明的较好方案，共包括导向圈组件71、静密封圈72、垫片73和油缸螺母组件74，安排在活塞杆1和油缸6开口处之间。导向圈组件71由导向圈711、动密封圈712及其压圈713和支承714组成。油缸螺母组件74由油缸螺母741、以及位于缸螺母741内腔柱面上各自的槽内的防尘圈742和O形圈743组成。这样的结构是保证液气缓冲器油的密封的。油缸螺母741通过螺纹旋进油缸6开口处内壁，经垫片73把位于导向圈711上的、并且和垫片73、油缸6内壁交会处凹槽中的静密封圈72压到导向圈711，使它死死地堵住导向圈711和油缸6之间的通道，以实现缓冲器油的静密封；被位于导向圈711内柱面上的槽内的压圈713向活塞杆表面紧压的动密封圈712尽力密封活塞杆1和导向圈711之间的通道，成为缓冲器油的动密封的主力，O形圈743、防尘圈742也有不同程度的密封作用；防尘圈742的主要用途是防止外界灰尘进入，防止由此造成的密封件的损坏，也附加地保证缓冲器的动密封效果；支承714以导向圈711为依托支承活塞杆1减少磨损、避免擦伤，对油的动密封也有保证作用。 

至于活塞5和油缸6内壁间的间隙是连通第一油腔8和第三油腔10的，冲击过程中本来就有更多的油要由第一油腔8补充到第三油腔10，它们间的压力差在本发明的方案中较小，故这里只设支承，不过它也有些密封作用。 

浮动活塞3随其两边的气、油压差而移动，两边最终动态地处在平衡状态，基本无压力差，密封难度不大，它在油缸内壁的支承也很常规其结构也较成熟，不再细述。 

气密装置2的结构见图4。由于气腔中充的是高压力气体，气密装置2 的作用不能小视，本实施例中的气密装置2构成描述如下：它由两套结构联合组成，第一套是位于里层的堵头21和压紧螺母22以及位于两者和活塞杆1内壁交会处的外密封圈23组成，压紧螺母22以其外周上的螺纹和活塞杆1螺接，压紧外密封圈23，形成对压力气体的密封。在堵头中央有充气塞24，位于凹槽25内，碗形盖26盖住凹槽25，盖26的边压住凹槽外开设的环槽，环槽内放置内密封圈27，碗形盖26盖的整个边上面被螺接于堵头21的内螺母28压紧，构成对压力气体的另一密封。在堵头21和活塞杆1之上盖一个盖29借螺钉固定于所述堵头。由于对气腔的压力气体是静密封，这样的气密装置2结构相当可靠。 

用作油封7的动密封圈712、O形圈743、防尘圈742、支承714、静密封圈72等零件和用作气密装置2的外密封圈23、碗形盖26、碗形盖26等零件的材质可以是现在通常的密封材料的材质。 

本实施例的各部件的结构方案可以被本领域技术人员参考了本发明公开的构思，利用其知识作出改变，此种改变将包含在权利要求书范围内。 

Claims (10)

1.一种活塞式液气缓冲器，有内空的活塞杆(1)，其一端设气密装置(2)，所述活塞杆内设浮动活塞(3)，可沿活塞杆内壁滑动，所述浮动活塞和所述气密装置之间为气腔(4)，充有压缩气体；所述活塞杆的另一端设活塞(5)，该活塞(5)和活塞杆内的浮动活塞之间形成第二油腔(9)，所述活塞(5)外有和活塞配合设置的油缸(6)，活塞(5)和其外的所述油缸之底部之间形成第一油腔(8)，所述第一、第二油腔之间有第一节流通道；其特征是：所述油缸开口端和所述活塞杆之间设油封(7)；所述活塞杆外和所述油封(7)、油缸(6)内壁、以及活塞(5)共同限定的空间形成第三油腔(10)；在所述活塞(5)中设置第二节流通道(11)和第一单向阀(12)，均连通所述第一和第三油腔，所述第一单向阀(12)为由所述第三油腔向第一油腔单向开通的阀，相比于所述第二节流通道(11)，所述第一单向阀(12)具有较大通道。

2.根据权利要求1所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：在所述活塞上还设置第二单向阀(15)，从第二油腔到第一油腔的单方向导通该二油腔。

3.根据权利要求1所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述第一节流通道是由在所述活塞上设置的节流阻尼孔(13)和在所述第一油腔内设置的节流阻尼棒(14)相对的工作面之间形成的间隙构成的通道，该间隙在冲击力发生方向上变窄，和/或在所述活塞随冲击力方向移动时变窄。

4.根据权利要求2所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述第一节流通道是由在所述活塞上设置的节流阻尼孔(13)和在所述第一油腔内设置的节流阻尼棒(14)相对的工作面之间形成的间隙构成的通道，该间隙在冲击力发生方向上变窄，和/或在所述活塞随冲击力方向移动时变窄。

5.根据权利要求2和4中任一所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述第二单向阀(15)及第一单向阀(12)均各由多个单向阀组成一组构成；或是各由一个环状阀片盖住多个单向阀孔组成的单向阀。

6.根据权利要求1-4中任一所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述第二节流通道(11)由一组多个孔组成。

7.根据权利要求1-4中任一所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述第二节流通道(11)的孔设在小于第一单向阀(12)所在的圆周直径的圆周上，孔是斜向连通所述第一和第三油腔。

8.根据权利要求1-4中任一所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述油封(7)，共包括导向圈组件(71)、静密封圈(72)、垫片(73)和油缸螺母组件(74)，安排在活塞杆(1)和油缸(6)开口处之间；导向圈组件(71)由导向圈(711)、动密封圈(712)及其压圈(713)和支承(714)组成；油缸螺母组件(74)由油缸螺母(741)、以及位于油缸螺母(741)内腔柱面上一个槽内的O形圈(743)组成；油缸螺母(741)通过螺纹旋进油缸(6)开口处内壁，经垫片(73)把位于导向圈(711)上的、并且和垫片(73)、油缸(6)内壁交会处凹槽中的静密封圈(72)压到导向圈(711)和油缸(6)内壁，使它死死地堵住导向圈(711)和油缸(6)之间的通道，以实现缓冲器油的静密封；被位于导向圈(711)内柱面上的槽内的压圈(713)向活塞杆表面紧压的动密封圈(712)，密封活塞杆(1)和导向圈(711)之间的通道，成为缓冲器油的动密封的主要部分。

9.根据权利要求8所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：位于所述油缸螺母(741)内腔柱面上另一个槽内设防尘圈(742)。

10.根据权利要求1-4中任一所述的活塞式液气缓冲器，其特征是：所述气密装置(2)由两套结构部件组成，第一套是位于里层的堵头(21)、压紧螺母(22)以及位于两者和活塞杆(1)内壁交会处的外密封圈(23)组成，压紧螺母(22)以其外周上的螺纹和活塞杆(1)螺接，压紧外密封圈(23)，形成对压力气体的一密封；另外，在堵头中央有充气塞(24)，位于凹槽(25)内，一个碗形盖(26)盖住凹槽(25)，碗形盖(26)的边压住凹槽外开设的环槽，环槽内放置内密封圈(27)，碗形盖(26)整个边上面被螺接于堵头(21)的内螺母(28)压紧，构成对压力气体的另一密封；在堵头(21)和活塞杆(1)之上盖一个盖(29)，借螺钉固定所述堵头。

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