CN102400975B - 二级伸缩式液压缸以及液压设备 - Google Patents

Abstract

二级伸缩式液压缸，包括外缸筒(1)、带有活塞的活塞杆(3)以及中间缸筒(2)，其中，活塞杆的外端部分设有第一油口(A)、第二油口(B)以及第三油口(C)，活塞杆的内部设有相对于彼此密封的第一油道(A1)、第二油道(B1)和第三油道(C1)，中间缸筒的无杆腔与外缸筒的无杆腔之间设有第一连通油道(13)和第二连通油道(14)，该第一连通油道上设有顺序阀(4)，该第二连通油道上设有单向阀(6)。此外，本发明还提供一种安装有该二级伸缩式液压缸的液压设备。本发明的二级伸缩式液压缸及液压设备能够实现精确顺序动作，并且每级伸缩均可单独控制以满足复杂机构的要求，其工作可靠，使用寿命长，安全性高。

Description

二级伸缩式液压缸以及液压设备

技术领域

本发明涉及一种液压缸，具体地，涉及一种二级伸缩式液压缸。此外，本发明还涉及一种具有该二级伸缩式液压缸的液压设备。

背景技术

二级伸缩式液压缸属于多级液压缸中应用范围较广的一种液压缸。所谓多级液压缸是指能够实现二级或二级以上伸缩的液压缸，本领域技术人员也称为伸缩式液压缸，其一般包括外缸筒、至少一级中间缸筒(也称为“次级缸筒”或“次级活塞”)以及活塞杆(由于活塞杆经常性地形成为中空形式以设置相应的油管或作为进出油通道，因此本领域技术人员也称活塞杆为“末级缸筒”)。

多级液压缸主要分为单作用多级液压缸和双作用多级液压缸。单作用多级液压缸内部结构较简单，其只有一个进油口，该进油口兼作回油口。进油时，液压缸的各级缸筒以及活塞杆逐级伸出。单作用多级液压缸只能提供单向作用力，缩回时需要依靠外力作用(如负载重力)实现，例如运输车顶升用液压缸；双作用多级液压缸的每级缸筒上均有进出油口，以控制每级缸筒动作，双作用多级液压缸的内部管路较为复杂，油路布置较繁杂，制造工艺难度大，在各级缸筒以及活塞杆的相对运动过程中，相应的密封圈需经过对应的油口，因此密封圈容易划伤，这会影响到密封圈的使用寿命，造成损坏，致使液压缸可靠性差。现有的双作用多级液压缸一般只能驱动单一负载，不能满足复杂机构的要求。

多级液压缸主要用于安装空间比较短，而液压缸行程要求较大的场合。其中，多级液压缸中的二级伸缩式液压缸应用范围较广，由于其能够实现二级伸缩，结构简单实用，因此广泛应用于多种液压设备，例如起重机的液压驱动式三节伸缩吊臂、伸缩式电液推杆、液压式升降平台等等。

具体地，参见图1所示的单作用二级伸缩式液压缸，其中外缸筒内径为D2，中间缸筒的外径为d2，内径为D1，活塞杆外径为d1，中间缸筒密封性可滑动地插套到外缸筒内，活塞杆密封性可滑动地插套到中间缸筒内。当该单作用二级液压缸的油口A进油时，活塞杆、中间缸筒逐级伸出，总行程为L＝L1+L2。液压缸缩回时，需要在负载F作用下，活塞杆、中间缸筒逐级缩回。单作用二级伸缩式液压缸只能提供单向作用力，液压缸缩回作用力一般为负载重力或弹力等，所以此种单作用液压缸使用范围有一定限制，并且其只能提供单向的作用力，即一般只能提供推力，而不能提供拉力。

参见图2所示的双作用二级伸缩式液压缸，当液压缸油口A进油时，液压油通过油管进入外缸筒的无杆腔，从而推动中间缸筒向外伸出。此时有杆腔内液压油通过油孔C、D，经油口B回油。达到行程L1时，中间缸筒停止动作，活塞杆伸出。此时有杆腔液压油通过油孔D，经油口B回油。达到行程L2时，活塞杆停止运动。总行程L＝L1+L2。油口B进油时，活塞杆缩回，到位后活塞杆和中间缸筒一起缩回，此时油口A回油。在液压缸运动过程中，液压缸活塞杆密封圈需过油孔C，密封圈易划伤，影响密封圈使用寿命，致使液压缸可靠性差。具体地，该二级伸缩式双作用液压缸的缺点在于：第一，其一般只能承受单一负载，不能满足复杂机构的要求。该二级伸缩式液压缸的每级动作实际上并不能实现精确的顺序控制，每级伸缩动作也不能单独控制；第二，在液压缸运动过程中，液压缸活塞杆密封圈需经过相应的油孔，密封圈容易划伤，影响密封圈的使用寿命，致使液压缸可靠性差。第三，油路布置较为复杂，制造工艺难度大，可靠性差；第四，无杆腔与有杆腔面积比大，由于相应密封圈要经过油孔，为防止过分损坏密封圈，油孔一般设计得较小，这致使回程阻力很大，且回程动作缓慢。第五，由于该二级伸缩式液压缸并不能可靠地实现顺序控制，在使用过程中容易发生故障，致使不能工作，例如液压缸因某种原因动作发生紊乱，致使油路或油孔被堵住不通，这会致使液压缸不能动作，甚至造成一些缸筒因为压力过大而损坏。

有鉴于此，需要设计一种新型的二级伸缩式液压缸，以克服或缓解现有技术的二级伸缩式液压缸的一个或多个缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种二级伸缩式液压缸，该二级伸缩式液压缸能够实现精确的顺序伸缩控制，并能够实现对该二级伸缩式液压缸的各个伸缩件的单独控制，从而显著改善了二级伸缩式液压缸的工作可靠性。

在解决上述技术问题的基础上，本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种二级伸缩式液压缸，该二级伸缩式液压缸能够使得每级缸筒均可带动独立负载以驱动多个负载，从而满足复杂机构的工作要求。

此外，本发明还要解决的技术问题是提供一种液压设备，该液压设备能够实现精确的顺序伸缩控制，并能够对各级伸缩进行单独控制。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种二级伸缩式液压缸，包括外缸筒、带有活塞的活塞杆以及密封性可滑动地嵌套在该外缸筒与活塞杆之间的中间缸筒，其中，所述活塞杆的外端部分设有第一油口、第二油口以及第三油口，所述活塞杆的内部设有相对于彼此密封的第一油道、第二油道和第三油道，所述第一油道分别与所述第一油口和中间缸筒的有杆腔连通，所述第二油道分别与所述第二油口和中间缸筒的无杆腔连通，所述第三油道分别与所述第三油口和外缸筒的有杆腔连通；所述中间缸筒的无杆腔与所述外缸筒的无杆腔之间设有形成在所述中间缸筒上的第一连通油道和第二连通油道，该第一连通油道上设有顺序阀，该第二连通油道上设有单向阀，所述顺序阀的输入口和所述单向阀的反向油口分别与所述中间缸筒的无杆腔连通，所述顺序阀的输出口和所述单向阀的正向油口分别与所述外缸筒的无杆腔连通。

优选地，所述活塞杆为内部中空的活塞杆，该活塞杆的杆腔分隔为相对于彼此密封的所述第一油道、第二油道和第三油道。

更优选地，所述活塞杆的内端开放、外端封闭，所述杆腔的两端分别形成有或设有环周凸缘，该环周凸缘各自密封性固定于内部油管的两端部，以分隔形成所述第一油道，所述内部油管的管腔内设置有与该内部油管的管腔壁间隔的套管，该套管的内端封闭，外端密封性固定到所述活塞杆的外端部分上，以分隔形成与所述中间缸筒的无杆腔连通的所述第二油道以及与该第二油道密封性分隔的所述第三油道。

具体地，所述第一油道通过形成在所述活塞杆杆腔壁上的油孔与所述中间缸筒的有杆腔连通。

具体地，所述杆腔内端的所述环周凸缘通过螺纹连接在所述活塞杆内端部的中空的所述活塞形成。

具体选择地，所述第一油口和第二油口分别对应于所述第一油道和第二油道设置在所述活塞杆外端部的杆腔壁上，所述第三油口对应于所述第三油道设置在所述活塞杆的外端部分上。

具体地，所述活塞杆的外端通过封闭块封闭，所述套管的外端密封性固定到该封闭块上，所述第三油口设置在所述封闭块上。

优选地，所述第一连通油道和第二连通油道形成在所述中间缸筒的活塞部内，并且所述顺序阀和单向阀设置在该中间缸筒的活塞部内。

优选地，所述中间缸筒的活塞部的朝向所述活塞杆的端面上伸出有中心油管，该中心油管密封性可滑动地插入到所述套管内，所述中间缸筒的活塞部内形成有连通所述外缸筒的有杆腔的内部油道，该内部油道与所述中心油管的管腔连通并共同构成第四油道。

优选地，所述中心油管与所述中间缸筒的活塞部形成为一体。

优选地，所述顺序阀的泄油口连通到所述第四油道上。

进一步优选地，所述第三油道和外缸筒的有杆腔之间连通的油路上还设置有溢流油道，该溢流油道上设有溢流阀，该溢流阀的输入口与所述外缸筒的无杆腔连通，输出口与所述第三油道连通。

具体地，所述中间缸筒的活塞部和所述活塞的外周面上分别设有密封圈，所述外缸筒的外端内周面和所述中间缸筒的外端内周面上分别固定有导向套，该导向套的内周面上分别设有密封圈。

优选地，所述外缸筒、所述中间缸筒的外端部和所述活塞杆的外端部分别设有负载驱动块。

在上述技术方案的基础上，本发明还提供一种液压设备，其中，该液压设备安装有本发明上述技术方案中任一项所述的二级伸缩式液压缸。

具体选择地，所述液压设备为液压驱动式起重机伸缩吊臂、电液推杆或液压升降平台。

通过上述技术方案，本发明的二级伸缩式液压缸及其液压设备通过顺序阀能够实现二级伸缩式液压缸的精确顺序动作。当供油压力小于顺序阀的开启压力时，活塞杆相对于中间缸筒伸出。当活塞杆到位后，使得供油压力上升到顺序阀开启压力，中间缸筒相对于外缸筒伸出，并带动活塞杆同步伸出；该二级伸缩式液压缸的每级伸缩均可单独控制，并活塞杆、外缸筒、中间缸筒均可带负载，以满足复杂机构的要求。本发明二级伸缩液压缸工作可靠，使用寿命长。密封圈因不需要过油孔，不易损坏，工作寿命长。整个工作过程可精确的顺序动作，也可完全按照系统要求进行单独控制，工作可靠。本发明的二级伸缩式液压缸安全性高，不易产生安全事故，在优选形式下该二级伸缩式液压缸内直接设置溢流阀，实时监控液压缸工作压力，当工作压力达到溢流阀设定值时，可以将无杆腔及有杆腔连通泄压，保障了二级伸缩式液压缸及整个系统的安全可靠。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1是现有技术的二级伸缩式单作用液压缸的剖视结构示意图；

图2是现有技术的二级伸缩式双作用液压缸的剖视结构示意图；

图3是本发明具体实施方式的二级伸缩式液压缸的剖视结构示意图，为使得图面清楚，图中对于相应的阀门以及油道采用了液压图形符号显示。

附图标记说明：

1外缸筒；            2中间缸筒；

3活塞杆；            4顺序阀；

5溢流阀；            6单向阀；

7活塞；              8中心油管；

9内部油管            10套管；

11密封圈；           12导向套；

13第一连通油道；     14第二连通油道；

15溢流油道；         16负载驱动块；

17封闭块；

A第一油口；          A1第一油道；

A2有杆腔；           B第二油口；

B1第二油道；         B2无杆腔；

C第三油口；          C1第三油道；

C2第四油道；        C3有杆腔；

C4无杆腔；          D油孔；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

首先需要说明的是，在下文的描述中，为描述方便或清楚，本发明所使用的一些方位词，例如“内端”、“内端部”、“外端”、“外端部”等是相对于二级伸缩式液压缸的伸缩状态而言的，例如活塞杆的外端部是指活塞杆在缩回到中间缸筒2的情形下露出到中间缸筒2外部的端部，内端部则是与外端部相对的一端部分，其它涉及的相关“内端”、“外端”方位的含义可以照此类推。当然，对于缸筒、活塞杆等中空液压元件的外周面、内周面则是相对于这些元件本身而言的，其具有本领域技术人员通常所指的含义。

参见图3所示，就二级伸缩式液压缸的缸筒和活塞杆而言，本发明的二级伸缩式液压缸与现有技术基本类似，即包括外缸筒1、带有活塞7的活塞杆3(一般为中空的活塞杆，活塞7设置在活塞杆的内端部外周上，该活塞7可以安装到活塞杆3上，也可以与活塞杆3形成为一体)、以及密封性可滑动地嵌套在该外缸筒1与活塞杆3之间的中间缸筒2。

公知地，中间缸筒2包括活塞部和缸筒部，中间缸筒2的活塞部和缸筒部分别构成外缸筒1的活塞和活塞杆，其中中间缸筒2的活塞部的外周面上设置有密封圈11，以与外缸筒1的内周面密封性滑动配合。为了防止液压油渗漏，外缸筒1和中间缸筒2的开放端的内周面上分别设置有导向套12，该导向套12上设置有密封圈，以与中间缸筒2或活塞杆3的外周面密封性滑动配合，具体地，外缸筒1上的导向套12与中间缸筒2的外周面密封性滑动配合，中间缸筒上的导向套12与活塞杆3的外周面密封性滑动配合。以上结构对于本领域技术人员是公知地，因此不再赘述。

例如，图3示例性地显示能够实现二级伸缩的二级伸缩式液压缸，其中外缸筒1与活塞杆3之间仅设置了一个中间缸筒2，活塞杆3与活塞7采用分体结构，活塞7螺纹连接于活塞杆3，活塞7上设有密封圈11，以能够与中间缸筒2的内周面密封性滑动配合，活塞杆3从中间缸筒2的开放端伸出，该中间缸筒2的开放端设有导向套12，活塞杆3的外周面与导向套12的外周面密封性滑动配合，从而防止中间缸筒2的有杆腔A2内的液压油泄漏。

以上简略描述了本发明的二级伸缩式液压缸与现有技术基本类似的结构，下文以图3所示的二级伸缩式液压缸为例描述本发明与现有技术不同的结构。

参见图3，所述活塞杆3的外端部分(即活塞杆3在缩回到中间缸筒2内的状态下外露在中间缸筒2外部的端部部分)设有第一油口A、第二油口B以及第三油口C，所述活塞杆3的内部设有相对于彼此密封的第一油道A1、第二油道B1和第三油道C1，其中，第一油道A1分别与第一油口A和中间缸筒2的有杆腔A2连通，第二油道B1分别与第二油口B和中间缸筒2的无杆腔B2连通，第三油道C1分别与第三油口C和外缸筒1的有杆腔C3连通，中间缸筒2的无杆腔B2与外缸筒1的无杆腔C4之间设有形成在中间缸筒2上的第一连通油道13和第二连通油道14，所述第一连通油道13上设有顺序阀4，所述第二连通油道14设有单向阀6，其中所述顺序阀4的输入口以及所述单向阀6的反向油口分别与中间缸筒2的无杆腔B2连通，所述顺序阀4的输出口以及所述单向阀6的正向油口分别与外缸筒1的无杆腔C4连通。

上述基本技术方案限定了本发明二级伸缩式液压缸的合理保护范围。在上述基本技术方案中，需要注意的几点是：

第一，单向阀6公知地具有正向导通、反向截止的功能，正向油口和反向油口对于本领域技术人员是熟知的技术特征，其中具有足够压力的液压油从正向油口进入单向阀能够导通，而从反向油口进入单向阀则无法导通；

第二，为了使得顺序阀4的控制功能更完善，顺序阀4的泄油口一般需要与回油油路接通，以将控制口以及进油口等渗入到阀体(例如弹簧腔)内的液压油泄出，这对于本领域技术人员是熟知的，当然，即使不将泄油口与回油油路接通，顺序阀4的功能也基本能够实现，这就需要阀体的密封性比较好。对于本领域技术人员而言，可以在中间缸筒上设置一个回油油道，例如在中间缸筒2的缸筒壁上沿轴向设置延伸到中间缸筒2外端部的孔径较小的回油油道，然后通过软管连接到外部回油油路。当然，对于本发明而言，下文将描述更优选的具体实施方式，在该更优选的具体实施方式中，顺序阀4的泄油口以及优选方式下溢流阀均可借助于下述的第四油道C2进行回油，该第四油道C2在本发明的二级伸缩式液压缸在伸出过程中作为回油油道，而在缩回过程中则作为进油油道，丝毫不会影响到顺序阀4和优选方式下溢流阀5功能的实现。

第三，在上述基本技术方案中，第一油道A1与中间缸筒2的有杆腔A2连通，第二油道B1与中间缸筒2的无杆腔B2连通，由于活塞杆3与中间缸筒2的配合关系，上述技术特征通过油孔(例如油孔D)以及开口等均是比较容易实现的，具体实现结构上的问题在于，由于活塞杆3与外缸筒1并不相邻，设置在活塞杆3内部的第三油道C1与外缸筒1的有杆腔C3需要在相对复杂的二级伸缩运动中保持连通，对于本领域技术人员，实际上是可以通过多种具体结构形式来实现的，这在现有技术中也是存在借鉴的技术措施的，例如第三油道C1可以在外部通过相对于二级伸缩式液压缸的行程范围具有一定富余长度的软管从活塞杆3的外端部的相应接口连接到外缸筒1的外表面上开设的相应接口，以使得第三油道C1与外缸筒1的有杆腔C3连通；再如，上述软管也可以在中间缸筒2的无杆腔内从活塞杆3的内端部的相应接口连接到外缸筒1的内表面上开设的相应接口，以使得第三油道C1与外缸筒1的有杆腔C3连通，当然在此形式下中间缸筒2的无杆腔在活塞杆3缩回状态下需要具有一定容纳空间。就图3所示的优选方式而言，本发明提供一种工作更加可靠地具体实现结构。

具体地，参见图3所示，所述活塞杆3为内部中空的活塞杆3，该活塞杆3的内部杆腔分隔为相对于彼此密封的所述第一油道A1、第二油道B1和第三油道C1。更具体地，活塞杆3的内端开放，外端封闭(具体地，例如通过封闭块17封闭或者在加工时就形成为封闭形式)，活塞杆3两端的内周面上形成有或设有环周凸缘(例如图3中就是借助于中空活塞7形成内端的环周凸缘)，内部油管9两端部密封性固定到相应的环周凸缘上，从而自然形成第一油道A1，该第一油道A1通过形成在活塞杆3的内部杆腔侧壁上的油孔D与中间缸筒2的有杆腔连通，内部油管9的管腔内间隔设置有套管10，该套管10的内端封闭，外端密封性固定到活塞杆3的外端部分上(例如活塞杆3的外端部分通过封闭块17封闭则连接到该负载驱动块17上)，这样就在内部油管9的管腔内自然分隔出与中间缸筒2的无杆腔B2连通的第二油道B1以及与第二油道B1密封性分隔的第三油道C1。

中间缸筒2的内端部分形成为活塞部。上述第一连通油道13、第二连通油道14均优选地形成在中间缸筒2的内端部分上，相应的顺序阀4、单向阀6均优选地可以设置在中间缸筒2的活塞部的内部，该中间缸筒2的活塞部朝向所述活塞杆3的端面上伸出有中心油管8，该中心油管8优选地与中间缸筒2的活塞部形成为一体。中心油管8可滑动地密封性插入到所述套管10内，中间缸筒2的活塞部内形成有连通外缸筒1的有杆腔C3的内部油道，该内部油道与中心油管8的管腔连通并共同构成为第四油道C2。

优选地，上述顺序阀4的泄油口可以连通到该第四油道C2上。此外，为了防止负载压力或油压高于本发明液压缸的额定压力，优选地，所述第三油道C1和外缸筒的有杆腔C3之间连通的油路上还设置有溢流油道15，该溢流油道上设有溢流阀5，该溢流阀的输入口与所述外缸筒1的无杆腔C4连通，输出口与所述第三油道C1连通。具体地，中间缸筒2的活塞部内还可以设置有溢流油道15，该溢流油道15设有溢流阀5，该溢流阀5的输入口与外缸筒1的无杆腔C4连通，输出口与上述第四油道C2连通。这巧妙地利用了本发明二级伸缩式液压缸的工作过程，该第四油道C2在本发明的二级伸缩式液压缸在伸出过程中作为回油油道(详见下述)，而在缩回过程中则作为进油油道，丝毫不会影响到溢流阀5的溢流功能的实现。

此外，显然地，第一油口A和第二油口B分别对应于第一油道A1和第二油道B1设置在活塞杆3的外端部的活塞杆杆腔壁上，第三油口C则可以对应于第三油道C1设置在活塞杆3的外端面上，在活塞杆的外端通过封闭块17封闭的情形下，此时第三油口可以直接形成在封闭块17上。当然，如果套管10的外端弯曲而密封性地连接到活塞杆杆腔壁上，则第三油口C也可以设置在活塞杆杆腔壁上。

总之，对于本领域技术人员，在本发明的上述技术构思的启示下，本领域技术人员会想到各种各样的在活塞杆3内部形成第一油道A1、第二油道B1、第三油道C1以及上述连通关系的具体实现结构形式，但是这些简单变型均属于本发明的技术构思，其均应属于本发明的保护范围。

另外，为了连接驱动负载，外缸筒1、中间缸筒2的外端部以及活塞杆3的外端部均可以安装负载驱动块16，负载驱动块16的具体形式可以多种多样，以能够适应不同负载的连接要求，这对于本领域技术人员而言是显然的。

本发明的主要技术特征及其相应的技术效果在于：第一，本发明二级伸缩式液压缸每级均可带负载，并可顺序动作，每级也可单独控制动作，从而可以满足复杂机构的要求。第二，本发明的二级伸缩式液压缸内置顺序阀4、单向阀6、溢流阀5，顺序阀4可控制液压缸循序动作，溢流阀5可控制液压缸最高工作压力，保证液压缸工作安全性和可靠性。第三，活塞杆杆体上开有三个油口A、B、C，以及活塞杆杆体内布置有内部油管9、套管10，从而将杆体内腔分为三个油道分别与油口A、B、C相通，以便给二级伸缩式液压缸供油，实现所需动作。第四，套管9与中心油管8采用密封性滑动连接，减少了中心油管8阻滞活塞杆3运动的可能性，提高了油缸寿命与可靠性。第五，套管9与活塞7、活塞杆3为可拆式连接，采用O型圈密封，其密封可靠也便于装配与维修，并且此种结构，活塞杆结构简单，制造工艺性好。

为了帮助本领域技术人员更加深刻的理解本发明的技术优点，以下参照图3简略描述本发明的二级伸缩式液压缸的工作过程。本发明的二级伸缩式液压缸具有多种工作模式，既可按压力控制实现精确的顺序动作，也可根据工作要求单独控制各级缸筒的动作。

顺序控制模式(以活塞杆3固定为例进行描述)：

第一步骤，中间缸筒2和外缸筒1同步向左运动，参见图3，在相对运动上表现为外缸筒1和中间缸筒2一起向左运动或者活塞杆3向右伸出。

其中，进油线路为：第二油口B→第二油道B1→中间缸筒2的无杆腔B2；回油线路为：中间缸筒2的有杆腔A2→油孔D→第一油道A1→第一油口A。

此时液压系统提供给二级伸缩式液压缸的液压油的工作压力小于顺序阀4的开启压力，例如小于15Mpa(即图3示例性标示的顺序阀4开启压力)，因此中间缸筒2的无杆腔B2中的液压油不能经由设有顺序阀4的第一连通油道13进入外缸筒1的无杆腔C4，在此情形下，中间缸筒2的无杆腔B2中的液压油推动中间缸筒2和外缸筒1一起图3的左方运动。当中间缸筒2运行到位后，中间缸筒2和外缸筒1一起停止动作，外缸筒1不会继续运动。

第二步骤，外缸筒1向左运动，参见图3，在相对运动上表现为外缸筒1向左运动或中间缸筒2向右伸出。

在上述第一步骤结束后，系统继续进油，压力上升，使得经由第二油口B进入的液压油油压大于顺序阀4的开启压力(系统压力取决于负载)，此时顺序阀4开启。

其中进油线路为：第二油口B→第二油道B1→中间缸筒2的无杆腔B2→第一连通油道13上的顺序阀4→外缸筒1的无杆腔C4；回油线路为：外缸筒1的有杆腔C3→第四油道C2→第三油道C1→第三油口C。

在该第二步骤中，由于液压系统供应到液压缸的液压油的油压大于顺序阀4的开启压力，因此顺序阀4打开，中间缸筒2的无杆腔B2中的液压油经由第一连通油道13进入外缸筒1的无杆腔C4，从而驱动外缸筒1向左运动，中间缸筒2和活塞杆3保持不动。

以上以活塞杆3固定为例描述了顺序控制模式，在外缸筒1固定的情形下，顺序伸缩的过程基本是一致的，即活塞杆3首先向右伸出，活塞杆3运动到位后中间缸筒2继续向右伸出(活塞杆3随动)。由此可见，本发明的二级伸缩式液压缸通过在中间缸筒2的无杆腔B2与外缸筒1的无杆腔C4之间设置具有顺序阀4的第一连通油道13，在操作过程中使得第一级伸缩时供油压力小于顺序阀4的开启压力，在进行第二级伸缩时使得供油压力大于顺序阀4的开启压力，从而实现了精确的顺序控制，而不像现有技术那样通过设置相应缸筒或活塞杆与液压油的作用面积来实现相对不可靠的顺序控制。当然，第一级伸缩工作压力设定需根据负载确定。顺序阀设定压力高于第一级伸缩工作压力；第二级伸缩工作压力高于顺序阀设定压力，并由第二级伸缩驱动的负载决定。本发明的二级伸缩式液压缸的顺序伸缩的可控性好，工作可靠，不会导致油路紊乱等故障。

单独控制模式：

第一，活塞杆3固定，使得外缸筒1单独向左运动，以通过外缸筒上设置的负载驱动块16来驱动相应的负载。参见图3，在此情形下，在相对运动上表现为外缸筒1向左运动或中间缸筒2向右伸出(活塞杆3随动)。

将第一油口A关闭(液压缸的进油油路等工作油路一般均设有相应的换向阀，通过该换向阀使得油口A关闭)，并使得供油压力大于顺序阀4的开启压力，例如大于15Mpa，从而使得顺序阀4开启。

其中进油线路为：第二油口B→第二油道B1→中间缸筒2的无杆腔B2→第一连通油道13上的顺序阀4→外缸筒1的无杆腔C4；回油线路为：外缸筒1的有杆腔C3→第四油道C2→第三油道C1→第三油口C。

在此情形下，液压系统供应到液压缸的液压油油压大于顺序阀4的开启压力，同时由于第一油口A关闭，中间缸筒2的有杆腔因无法回油而使得活塞杆3不能在中间缸筒2内运动，因此仅外缸筒1向左运动，而中间缸筒2和活塞杆3保持不动，从而可以控制外缸筒1单独运动以驱动相应的负载。

需要附加说明的是，在该外缸筒1的单独控制模式下，由于活塞杆3是固定的，如果不固定活塞杆3而是固定外缸筒1，则上述控制情形表现为单独控制中间缸筒2向右伸出(活塞杆3随动)。

第二，活塞杆3固定，使得中间缸筒2和外缸筒1一起向左运动，即单独控制中间缸筒2向左运动(在该单独控制情形下外缸筒1仅是随动)。在此情形下，第一控制油口A开启，油口C关闭。其中，进油线路为：第二油口B→第二油道B1→中间缸筒2的无杆腔B2；回油线路为：中间缸筒2的有杆腔A2→油孔D→第一油道A1→第一油口A。

在此情形下，中间缸筒2的无杆腔B2中的液压油推动中间缸筒2和外缸筒1一起图3的左方运动。当中间缸筒2运行到位后，中间缸筒2和外缸筒1一起停止动作，外缸筒1不会继续运动。(由于油口C关闭，有杆腔C3液压油不能回油，所以外缸筒1与中间缸筒2不会产生相对运动。)这与上述中间缸筒2和外缸筒1同步向左运动的控制过程是一致的。

附加说明的是，在该中间缸筒2的单独控制模式下，如果将外缸筒1固定，而活塞杆3活动，则表现为单独驱动活塞杆3向右伸出。

此外，在上述顺序伸缩动作完成后，在活塞杆3固定的情形下，外缸筒1和中间缸筒2均向左伸出到位后，其缩回过程也可以根据需要进行控制，具体如下：

第一种缩回模式：首先，外缸筒1向右运动，在此过程中，第三油口C进油，第二油口B回油，其中进油线路为：第三油口C→第三油道C1→第四油道C2→外缸筒1的有杆腔C3；回油线路为：外缸筒1的无杆腔C4→第二连通油道14上的单向阀6→中间缸筒2的无杆腔B2→第二油道B1→第二油口B。然后，中间缸筒2与外缸筒1一起向右运动，在此过程中，第一油口A进油，第二油口B回油，其中具体的进油线路为：第一油口A→第一油道A1→油孔D→中间缸筒2的有杆腔A2；回油线路为：中间缸筒2的无杆腔B2→第二油道B1→第二油口B。通过上述两步，所述二级伸缩式液压缸全缩到位。

第二种缩回模式：首先，中间缸筒2和外缸筒1一起向右运动，在此过程中，第一油口A进油，第二油口B回油，其中具体的进油线路为：第一油口A→第一油道A1→油孔D→中间缸筒2的有杆腔A2；回油线路为：中间缸筒2的无杆腔B2→第二油道B1→第二油口B。然后，外缸筒1向右运动，在此过程中，第三油口C进油，第二油口B回油，其中进油线路为：第三油口C→第三油道C1→第四油道C2→外缸筒1的有杆腔C3；回油线路为：外缸筒1的无杆腔C4→第二连通油道14上的单向阀6→中间缸筒2的无杆腔B2→第二油道B1→第二油口B。通过上述两步，本发明的二级伸缩式液压缸也能够全缩到位。

以上描述了本发明二级伸缩式液压缸的顺序伸缩控制、单独控制以及缩回控制的主要过程，除此之外，还有一些其它次要的工作过程，例如外缸筒1被单独控制而伸出后，在控制其缩回等等，这些工作过程均在上述主要工作过程中涉及，

通过上述说明，本发明的顺序阀4和单向阀6是实现上述顺序伸缩控制和单独控制的进回油所需要的，其中顺序阀4控制二级伸缩式液压缸按压力顺序依次动作，单向阀6主要在回油过程中起作用。此外，设置在溢流油道15上的溢流阀5主要起到控制液压缸最高工作压力的作用，防止负载压力过大超出液压缸的额定工作压力，而导致压力过高使得液压缸出现安全事故。当外缸筒1的无杆腔C4超过设定压力时，溢流阀5开启，外缸筒1的无杆腔C4和中间缸筒2的有杆腔C3串通泄压，泄出的液压油经第四油道C2→第三油道C1→第三油口C流回油箱。

此外，对于本领域技术人员而言显然地，顺序阀4的开启压力及溢流阀5的溢流压力均可调(通过调节弹簧预压缩程度来调节)，从而能够不同的工作要求。

在上述技术方案的基础上，本发明提供一种液压设备，该液压设备具有本发明上述技术方案所述的二级伸缩式液压缸。显然地，该液压设备可以是液压驱动式起重机伸缩吊臂、电液推杆或者液压升降式平台等等。

由上描述可以看出，本发明二级伸缩式液压缸的优点在于：第一，通过顺序阀4能够实现二级伸缩式液压缸的精确顺序动作。当供油压力小于顺序阀的开启压力时，活塞杆3相对于中间缸筒2伸出。当活塞杆3到位后，通过负载的作用(由于不断向中间缸筒2的无杆腔内进油而使得油压自然升高)，使得供油压力上升到顺序阀开启压力，中间缸筒2相对于外缸筒1伸出，并带动活塞杆3同步伸出；第二，该二级伸缩式液压缸的每级伸缩均可单独控制，并活塞杆、外缸筒、中间缸筒均可带负载，以满足复杂机构的要求。现有的二级伸缩式液压缸一般只能带一个负载，只有两个油口，不能满足复杂机构的要求。通过上面的分析可知道，本发明的二级伸缩式液压缸每级均可带负载，每级动作都可单独控制，可以满足复杂机构的要求。第三，本发明二级伸缩液压缸工作可靠，使用寿命长。密封圈因不需要过油孔，不易损坏，工作寿命长。整个工作过程可精确的顺序动作，也可完全按照系统要求进行单独控制，工作可靠。第四，本发明的二级伸缩式液压缸安全性高，不易产生安全事故。该二级伸缩式液压缸内直接设置溢流阀，实时监控液压缸工作压力。当工作压力达到溢流阀设定值时，可以将无杆腔及有杆腔连通泄压，保障了二级伸缩式液压缸及整个系统的安全可靠。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。例如，上述中空活塞杆3内的三个油道A1、B1、C1的具体形成结构也并不限于通过内部油管9和套管10形成，其具有多种结构变形，只要能够实现本发明的目的即可。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (15)

1.二级伸缩式液压缸，包括外缸筒（1）、带有活塞（7）的活塞杆（3）以及密封性可滑动地嵌套在该外缸筒与活塞杆之间的中间缸筒（2），其中，

所述活塞杆（3）的外端部分设有第一油口（A）、第二油口（B）以及第三油口（C），所述活塞杆的内部设有相对于彼此密封的第一油道（A1）、第二油道（B1）和第三油道（C1），所述第一油道分别与所述第一油口和中间缸筒的有杆腔（A2）连通，所述第二油道分别与所述第二油口和中间缸筒的无杆腔（B2）连通，所述第三油道分别与所述第三油口和外缸筒的有杆腔（C3）连通；

所述中间缸筒的无杆腔（B2）与所述外缸筒的无杆腔（C4）之间设有形成在所述中间缸筒上的第一连通油道（13）和第二连通油道（14），该第一连通油道上设有顺序阀（4），该第二连通油道上设有单向阀（6），所述顺序阀的输入口和所述单向阀的反向油口分别与所述中间缸筒的无杆腔（B2）连通，所述顺序阀（4）的输出口和所述单向阀（6）的正向油口分别与所述外缸筒（1）的无杆腔（C4）连通；以及

所述第三油道(C1)和外缸筒的有杆腔(C3)之间连通的油路上还设置有溢流油道（15），该溢流油道上设有溢流阀（5），该溢流阀的输入口与所述外缸筒（1）的无杆腔（C4）连通，输出口与所述第三油道(C1)连通。

2.根据权利要求1所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述活塞杆（3）为内部中空的活塞杆，该活塞杆（3）的杆腔分隔为相对于彼此密封的所述第一油道（A1）、第二油道（B1）和第三油道（C1）。

3.根据权利要求2所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述活塞杆（3）的内端开放、外端封闭，所述杆腔的两端分别形成有或设有环周凸缘，该环周凸缘各自密封性固定于内部油管（9）的两端部，以分隔形成所述第一油道（A1），所述内部油管（9）的管腔内设置有与该内部油管的管腔壁间隔的套管（10），该套管的内端封闭，外端密封性固定到所述活塞杆（3）的外端部分上，以分隔形成与所述中间缸筒的无杆腔（B2）连通的所述第二油道（B1）以及与该第二油道密封性分隔的所述第三油道（C1）。

4.根据权利要求3所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述第一油道（A1）通过形成在所述活塞杆杆腔壁上的油孔（D）与所述中间缸筒（2）的有杆腔（A2）连通。

5.根据权利要求3所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述杆腔内端的所述环周凸缘通过螺纹连接在所述活塞杆（3）内端部的中空的所述活塞（7）形成。

6.根据权利要求3所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述第一油口（A）和第二油口（B）分别对应于所述第一油道（A1）和第二油道（B1）设置在所述活塞杆（3）外端部的杆腔壁上，所述第三油口（C）对应于所述第三油道（C1）设置在所述活塞杆（3）的外端部分上。

7.根据权利要求6所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述活塞杆（3）的外端通过封闭块（17）封闭，所述套管（10）的外端密封性固定到该封闭块（17）上，所述第三油口（C）设置在所述封闭块（17）上。

8.根据权利要求1所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述第一连通油道（13）和第二连通油道（14）形成在所述中间缸筒（2）的活塞部内，并且所述顺序阀（4）和单向阀（6）设置在该中间缸筒（2）的活塞部内。

9.根据权利要求3所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述中间缸筒（2）的活塞部的朝向所述活塞杆（3）的端面上伸出有中心油管（8），该中心油管密封性可滑动地插入到所述套管（10）内，所述中间缸筒的活塞部内形成有连通所述外缸筒（1）的有杆腔（C3）的内部油道，该内部油道与所述中心油管（8）的管腔连通并共同构成第四油道（C2）。

10.根据权利要求9所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述中心油管（8）与所述中间缸筒（2）的活塞部形成为一体。

11.根据权利要求9所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述顺序阀（4）的泄油口连通到所述第四油道（C2）上。

12.根据权利要求1所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述中间缸筒（2）的活塞部和所述活塞（7）的外周面上分别设有密封圈（11），所述外缸筒（1）的外端内周面和所述中间缸筒（2）的外端内周面上分别固定有导向套（12），该导向套（12）的内周面上分别设有密封圈（11）。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的二级伸缩式液压缸，其中，所述外缸筒（1）、所述中间缸筒（2）的外端部和所述活塞杆（3）的外端部分别设有负载驱动块（16）。

14.液压设备，其中，该液压设备安装有根据权利要求1至13中任一项所述的二级伸缩式液压缸。

15.根据权利要求14所述的液压设备，其中，所述液压设备为液压驱动式起重机伸缩吊臂、电液推杆或液压升降平台。

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