CN102588611B - 一种带有密封间隙调整结构的液压缸装置 - Google Patents

Abstract

一种带有密封间隙调整结构的液压缸装置，包括活塞、液压缸体，其中活塞内部具有相连的调整高压腔及高压环腔，所述调整高压腔内侧具有内螺纹，所述内螺纹与位于所述调整高压腔内部的承压柱的外螺纹螺接；所述高压环腔的外圆侧上开有密封环槽，所述密封环槽中装有L形密封及L形密封内O形密封；所述承压柱内部具有平衡油孔。液压缸在高压油的作用下，高压环腔将使高压环腔的高强度耐磨层紧贴在缸体内壁上，并随着缸壁的胀缩而同步胀缩，严格控制间隙，使用密封的挤入损坏效应最小，同时液压油会通过密封环槽上的通油孔进入到密封压力腔内，使密封作用于缸壁的压力同步增大，使密封的性能得到大幅度提高，使该液压缸装置具备超高压下的工作能力。

Description

一种带有密封间隙调整结构的液压缸装置

技术领域

本发明涉及一种带有密封间隙调整结构的液压缸装置，具体的说是一种工作压力达到了200MPa以上的超高压液压缸，属于超高压液压缸设计技术领域。

背景技术

目前，随着新技术的发展,对于高精度、寿命长、可连续工作的超高压液压缸需求越来越广泛。公知的超高压液压缸是基于通用的设计方法设计的，然而超高压液压缸在超高压力作用下，缸体胀量较大，密封的挤入效应损坏严重，在大胀缩量下，密封性能无法得到补偿，因而用于超高压工作时，寿命短、连续工作能力差、泄漏严重，因此现有手段设计的液压缸工作压力较低(一般工作压力不超过70MPa，少数达到200MPa)。

发明内容

为了克服上述技术上的不足，本发明提供了一种超高压液压缸，该装置不仅工作压力可达到200MPa以上的超高压，而且寿命长、泄漏极小、可适合连续工作状态。

本发明所采用的技术方案是：一种带有密封间隙调整结构的液压缸装置，包括活塞、液压缸体，其中所述活塞内部具有相连的调整高压腔及高压环腔，所述调整高压腔内侧具有内螺纹，所述内螺纹与位于所述调整高压腔内部的承压柱的外螺纹螺接；所述高压环腔的外圆侧上开有密封环槽，所述密封环槽中装有L形密封及L形密封内O形密封；

所述高压环腔外圆上具有高强度耐磨层(8)；

所述高压环腔(18)在工作压力下会使高强度耐磨层(8)与液压缸体(10)内壁紧密贴合，间隙数量级控制在10微米～50微米；

所述L形密封(16)与液压缸体(10)内壁的工作间隙控制在0.1微米～20微米之间。

其中所述L形密封外圆为圆柱面，内圆为圆弧面，所述L形密封内O形密封位于所述L形密封内圆与所述密封环槽之间。

其中所述L形密封及所述L形密封内O形密封与所述密封环槽及所述液压缸体之间形成L形密封内压力油腔。

其中所述L形密封内压力油腔通过所述密封环槽面向液压缸无杆腔的侧壁上的多个导油孔与所述液压缸无杆腔相通。

其中所述液压缸体的有杆侧安装有液压缸盖，所述液压缸盖上装有防尘圈、缸盖上滑动密封、缸盖导向环、缸盖上固定密封。

其中所述承压柱内部具有平衡油孔。

本发明的有益效果是：活塞上的高压环腔在压力作用下会使密封环槽与液压缸体同步胀缩，调整高压腔会同步胀缩，调整高压腔与活塞实体相连的一侧由于受到活塞实体的箝限制作用，胀量较小，距离实体部分距离越远胀量越大，与高压环腔相联的一侧达到最大胀量，其外表面由于胀量不同形成锥形，而不是圆柱形，即形成胀缩梯度，高压环腔一侧空置不受影响，另一侧与调整高压腔相联，由于调整高压腔也达到了最大胀量，因此使高压环腔的胀缩不受活塞刚性的直接影响，达到使高压环腔两侧胀量相同，不会由于活塞刚性影响，形成胀缩锥度，减少胀缩偏差起到良好的调整作用；高压环腔在任何工作压力下都会使高压环腔外圆侧上的高强度耐磨层与液压缸体内壁紧密贴合，间隙数量级控制在10微米—50微米，该间隙是通过作用在高压环腔内侧的油压，使高压环腔与液压缸体在相同的压力下同步胀缩，高压环腔外壁上的凸缘与液压缸内壁仅有一层薄油膜，这样实现动态间隙控制，保证间隙不会因压力增大而增大的弊病，有效的解决了通常液压缸设计的弊病。控制该间隙的有益效果是L形密封在高油压下会有很大的作用力作用在高压环腔处侧的密封环槽上，较小间隙将使L形密封在承载较大的压力下，密封材料不被挤入密封跟随环与液压缸体内壁形成的间隙中，从而提高了密封的承载能力。以往没有跟随结构的液压缸设计，在承受较大压力时，缸筒内壁在压力作用下将会胀大，而活塞不胀，活塞与缸筒内壁将形成较大的间隙，密封材料质地相对钢铁较软，并且塑变性较强，在大压力下，又有足够的间隙空间允许材料弹塑性变形，密封材料变形并被挤入间隙当中，当液压油压力释放时，缸筒回弹，而密封材料由于是部分弹性变形部分塑性变形，塑性变形部分不能回弹，而被压在间隙当中。密封材料原有物理性能彻底被破坏，当液压缸回程时，该部分密封材料被剖离密封材料本体，如此工作几十个行程，密封将失效，从而液压缸失效。

由于L形密封是设计在高压环腔上的，使L形密封具备同样的胀缩功能，使密封在高压下的密封性大幅度提高。该设计可以使L形密封二次跟随补偿由于工作压力变化导致的缸筒内径变化而产生的间隙，将超高压下L形密封与液压缸体内壁的工作间隙控制在0.1微米-20微米之间，控制该间隙的有益效果是，使密封与缸筒内壁形的间隙恰好处在高阻油膜区间，此时即可形成保证密封工作时需要的油膜，同时又具有很好的密封效果。

本发明有效控制了超高压下高强度耐磨层与液压缸体内壁的工作间隙，有效的防止了密封在超高压下挤入效应损坏，同时提高了密封性能及使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是根据本发明的液压缸装置主剖视图。

图2是根据本发明的L形密封内压力油腔处局部放大图。

图中：1、活塞，2、防尘圈，3、缸盖上滑动密封，4、液压缸盖，5、缸盖导向环，6、缸盖上固定密封，7、平衡油孔，8、高强度耐磨层，9、承压柱，10、液压缸体，11、进油口，12、液压缸无杆腔，13、导油孔，14、L形密封内压力油腔，15、L形密封内O形密封，16、L形密封，17、高压环腔，18、调整高压腔，19、回油口，20、液压缸有杆腔，21、高压环腔外壁上密封环槽与液压缸体形成的间隙。

具体实施方式

如图1所示，该带有密封间隙调整结构的液压缸装置包括活塞1、液压缸体10。液压缸体10的底部，即液压缸体10的无杆侧开有进油口11。液压缸体10的上部，即液压缸体10的有杆侧装有液压缸盖4，液压缸盖4上装有防尘圈2、缸盖上滑动密封3、缸盖导向环5、缸盖上固定密封6。组装后的活塞1组件装在缸体10上，防尘圈2、缸盖上滑动密封3、缸盖导向环5、缸盖上固定密封6分别装在缸盖4上制成的各密封槽中，并可用螺栓联接等固定方式将缸盖4与缸体10固定。

其中活塞1被制成为一端为实心头部，一端为空心筒体，活塞1靠近液压缸体10有杆侧为实心头部，靠近液压缸体10无杆侧为空心筒体。活塞1空心筒体端制成二个相连的环状高压腔，靠近活塞实心头部的里侧为调整高压腔18，靠近活塞空心筒体的外侧为高压环腔17。调整高压腔18一端与活塞实心头部相连，另一端与高压环腔17相连。调整高压腔18内部容纳有承压柱9，承压柱9的外螺纹与调整高压腔18内侧的内螺纹螺接。承压柱9用来控制回程位置或在无液体压力时承载外力，当液压缸内没有液体压力时，而活塞上又有作用力时，活塞上的作用力将通过其内部的螺纹传到承压柱9上，而承压柱9可以压在液压缸底部，将作用力直接传到底座上，这样的设计使得活塞下部不会直接压在液压缸体的底部，从而保护活塞底部的高压环腔17不受回程时的损坏。承压柱9内部设有平衡油孔7，平衡油孔7成T型，一端与由活塞1内部内螺纹及承压柱9所封闭的内部盲腔相通，另一端制成与之垂直的油孔，该油孔与调整高压腔18相通，该平衡油孔7可以使活塞1内部盲腔中的油液自由进出，达到自然平衡的效果。

高压环腔17的外圆侧上开有密封环槽，所述密封环槽中装有由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的L形密封16及由氟橡胶(FKM)或丁腈橡胶(NBR)制成的L形密封内O形密封15。高压环腔17由密封环槽胀缩控制。调整高压腔18是用来改善密封环槽胀缩性能及平稳度而设置的，其作用是当高压油进入到整体压力腔内时，调整高压腔18及高压环腔17同时进油，压力同时增高，在压力的作用下，调整高压腔18的外壁会膨胀，但是由于调整高压腔18一侧与活塞实心头部联接，膨胀受到限制，另一侧与高压环腔17联接，膨胀不受限制，因此调整高压腔18外壁在压力作用下由于胀量不同，而出现胀量梯度，外壁表现为胀后形成锥面，此时高压环腔17的胀量内外侧就会接近相同，使高压环腔17外表面在压力作用后仍为柱面，从而使密封的工作情况得到改善。相反，如果没有调整高压腔18，那么高压环腔17在内部有压力时，外壁膨胀，则会成为锥面而不是柱面，导致密封工作环境变坏而影响使用寿命。

如图2所示，高压环腔17的外圆侧制有密封环槽用来安装L形密封16及L形密封内O形密封15。L形密封16外圆为圆柱面，内圆为圆弧面，L形密封16内圆与密封环槽之间装有L形密封内O形密封15。L形密封16与密封环槽之间形成L形密封内压力油腔14，L形密封内压力油腔14通过密封环槽侧壁上开的数个导油孔13与液压缸无杆腔12相通。

高压环腔外圆上可使用电镀等方法结合青铜等高强度耐磨材料而形成高强度耐磨层8，除了青铜材料以外，还可以采用PTFE、锡、铝等材料。高强度耐磨层8与缸体内壁接触用来控制密封工作间隙。

由于L形密封16装在密封环槽中，从而可以使L形密封16跟随补偿由于工作压力变化导致的液压缸体内径变化而产生的间隙，将超高压下L形密封16与液压缸体内壁的工作间隙控制在0.1微米-20微米之间，使密封与缸筒内壁形的间隙恰好处在高阻油膜区间，此时即可形成保证密封工作时需要的油膜，同时又具有很好的密封效果。

该带有密封间隙调整结构的液压缸装置的具体工作方式如下。当高压液压油通过进油口11进入到液压缸无杆腔12中时，该液压油同时作用于高压环腔17及调整高压腔18的内侧壁上，高压环腔17及外侧壁上的密封环在液体压力下与液压缸体10的同侧壁同步胀缩，调整高压腔18亦同时胀缩，调整高压腔18一侧与高压环腔17相联，胀缩量与高压环腔18同步，另一侧与活塞1固定侧相联，其胀缩量受活塞刚度影响，胀缩最小，调整高压腔18上的胀量形成了从高压环腔18最大胀量到活塞1固定侧胀量的梯度，达到了使高压环腔18外侧密封胀缩的均匀平衡，有效控制了密封环槽与缸体外壁的间隙，最大限度的防止了密封挤入效应的损坏，高压腔12中的高压液压油通过密封环槽上的导油孔13进入到L形密封压力油腔14中，液压油将作用于L形密封的内侧壁上，由于压力梯度分布的影响，使L形密封对缸壁的压力与液压油的压力成正比，达到优化密封效果的能力，该结构的设置使用该液压缸具备了耐高压、长寿命的性能。

Claims (6)

1.一种带有密封间隙调整结构的液压缸装置，包括活塞(1)、液压缸体(10)，其中所述活塞(1)内部具有相连的调整高压腔(18)及高压环腔(17)，所述调整高压腔(18)内侧具有内螺纹，所述内螺纹与位于所述调整高压腔(18)内部的承压柱(9)的外螺纹螺接；所述高压环腔(17)的外圆侧上开有密封环槽，所述密封环槽中装有L形密封(16)及L形密封内O形密封(15)； 

所述高压环腔(17)外圆上具有高强度耐磨层(8)； 

所述高压环腔(17)在工作压力下会使高强度耐磨层(8)与液压缸体(10)内壁紧密贴合，间隙数量级控制在10微米～50微米； 

所述L形密封(16)与液压缸体(10)内壁的工作间隙控制在0.1微米～20微米之间。 

2.根据权利要求1所述的液压缸装置，其中所述L形密封(16)外圆为圆柱面，内圆为圆弧面，所述L形密封内O形密封(15)位于所述L形密封(16)内圆与所述密封环槽之间。 

3.根据权利要求2所述的液压缸装置，其中所述L形密封(16)及所述L形密封内O形密封(15)与所述密封环槽及所述液压缸体(10)之间形成L形密封内压力油腔(14)。 

4.根据权利要求3所述的液压缸装置，其中所述L形密封内压力油腔(14)通过所述密封环槽面向液压缸无杆腔(12)的侧壁上的多个导油孔(13)与所述液压缸无杆腔(12)相通。 

5.根据权利要求4所述的液压缸装置，其中所述液压缸体(10)的有杆侧安装有液压缸盖(4)，所述液压缸盖(4)上装有防尘圈(2)、缸盖上滑动密封(3)、缸盖导向环(5)、缸盖上固定密封(6)。 

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的液压缸装置，其中所述承压柱(9)内部具有平衡油孔(7)。