CN104006032B - 一种双向机械锁死液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向机械锁死液压缸，属于气缸技术领域。当从缸底处油口注入高压油时，高压油推动后弹簧座压缩后弹簧，同时给活塞及活塞杆向右的推动力，后弹簧座向左移动一定距离后，钢球从后锁固座中脱落，实现解锁，活塞杆开始伸出。当活塞靠近前锁固座时，钢球推动前弹簧座压缩前弹簧，钢球进入到前锁固座凹槽处，前弹簧座在弹簧力作用下，插入钢球下方，托住钢球，实现锁固。这样即使两工作腔室完全泄压，在弹簧力作用下，也可将活塞及活塞杆牢固锁死在两端极限位置。本发明能够在上死点和下死点实现稳定的机械锁固，锁固后可以完全泄压并且能够延长液压缸的使用寿命。

Description

一种双向机械锁死液压缸

技术领域

发明涉及一种液压缸，具体涉及一种双向机械锁死液压缸，属于液压缸技术领域。

背景技术

目前自锁型的液压缸常采用单向阀型的液压锁，实现液压缸在不同位置的自锁。但是此类液压缸自锁后，液压缸的无杆腔或有杆腔内的高压油易出现内渗，锁固压力下降导致活塞发生位移，无法满足高精度锁固的要求。

现有的自锁液压缸中也有一些通过液压控制活塞杆套筒与活塞杆进行过盈配合，抱死活塞杆实现锁固的方式，但是对活塞杆套筒的加工精度要求较高，不易保证自锁的可靠性，此外，还存在使用寿命短以及生产成本高的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双向机械锁死液压缸，能够在上死点和下死点实现稳定的机械锁固，锁固后可以完全泄压并且能够延长液压缸的使用寿命。

一种双向机械锁死液压缸，包括缸底、后弹簧、后弹簧座、后锁固座、锁紧螺母、活塞、钢球、缸筒、活塞杆、螺栓、缸头、前锁固座、油口、前弹簧座、前弹簧、防尘圈、缸头密封圈、泄油口、前弹簧座轴密封圈、前弹簧座孔密封圈、前弹簧座支撑环、缸筒密封圈、内密封圈、活塞密封圈和后弹簧座密封圈。

所述缸底一端设有同轴的环形凹槽和弹簧导向柱，缸底的外圆周面上设有缸底油口，与环形凹槽相通，该环形凹槽的内圆周面上设有定位台阶面；

所述后弹簧座的两端分别为等直径盲孔和锥面盲孔，后弹簧座的外圆周面分为大小两个不同直径的直径段；大直径的外圆周面上加工有密封槽，

所述后锁固座和前锁固座均为空心圆环结构，其环形内孔为台阶通孔，大直径孔的内壁上加工有周向的弧面卡槽，小直径孔的内壁上加工有贯穿壁厚的通孔；

所述锁紧螺母的外圆周面与后弹簧座的锥面盲孔相配合，其螺孔与活塞杆前端的螺纹段相配合；

所述活塞中心孔为台阶通孔，台阶通孔的两端分别扩有沉孔，一端的沉孔孔径与后弹簧座的小直径段外圆周面配合，另一端的沉孔的底面为活塞杆的限位面，活塞上对应两端沉孔部分的壁厚上加工钢球安装孔，钢球安装孔沿圆周分布，该安装孔为通孔，钢球置于安装孔内，通过缸筒、锁紧螺母和活塞杆对钢球限位，防止钢球脱落；活塞的外圆周面上加工一道环形密封槽；

所述活塞杆的杆头段为与锁紧螺母配合的螺纹段，杆身与杆头段相接一端的外圆周面为弧形凸缘结构，杆头段的外圆周面上加工有环形密封槽；

所述缸头的内孔由三个连续的台阶孔构成，内孔的底面上有活塞杆过孔，活塞杆过孔的内圆周面上加工有密封槽；缸头上加工有径向的泄油口与第三级台阶孔相通；

所述前弹簧座为空心圆环结构，其外圆周面由大小两个不同的直径段构成，小直径段的一端的内圆周面与活塞杆杆身上的弧形凸缘结构相配合；大直径段的外圆周面和内圆周面上均加工有环形密封槽；

其整体连接关系为：缸筒的两端分别由缸底和缸头进行封闭，其接触面由缸筒密封圈实现密封；后弹簧座大直径外圆周面与缸底的环形凹槽的内圆周面配合，大直径外圆周面上的密封槽内装有后弹簧座密封圈，后弹簧的两端分别抵触连接在缸底的环形凹槽底面和后弹簧座等直径盲孔的底面；后锁固座位于缸底内，其两端分别与缸筒的一端端面和缸底内圆周面上的定位台阶面抵触，后锁固座上小直径孔壁面上的通孔与缸底上的缸底油口相对应；活塞杆的杆头段套装活塞后由锁紧螺母进行锁紧固定，杆头段外圆周面上环形密封槽内装有内密封圈，活塞的密封槽内安装活塞密封圈后与缸筒的内腔配合，活塞上两端的钢球安装孔内均装有钢球，活塞杆的弧形凸缘托住活塞一端钢球安装孔内的钢球，使钢球位于活塞的外圆周面内部，活塞另一端钢球安装孔内的钢球也位于活塞的外圆周面内部并且在锁紧螺母的限制下停留在钢球安装孔内；活塞杆的杆身上依次套装前弹簧和前弹簧座，前弹簧座与缸头的第二级台阶孔配合，前弹簧座大直径段的外圆周面的密封槽内安装有前弹簧座轴密封，前弹簧位于缸头的第三级台阶孔内，前弹簧的两端分别与前弹簧座的端面和缸头的第三级台阶孔的底面相抵触；前锁固座位于缸头的第一级台阶孔内，前锁固座的两端分别与缸筒的另一端端面和缸头的第一级台阶孔端面相抵触，前锁固座上小直径孔壁面上的通孔与缸头上的油口相对应；前锁固座小直径孔一端的端面和缸头第二级台阶孔的端面对前弹簧座沿活塞杆轴向的位移进行限位；

进一步的，前弹簧座的内圆周面和缸头的活塞杆过孔上分别装有前弹簧座孔密封圈、前弹簧座支撑环和缸头密封圈；前弹簧座支撑环为活塞杆起到导向作用。

进一步的，为了防止活塞杆在运动过程中将灰尘带入缸筒内部，在缸头与活塞杆配合外端面上安装防尘圈。

工作过程：

解锁过程：当从缸底处油口注入高压油时，高压油经后锁固座上的通孔进入由后弹簧座的外壁面、后锁固座的内圆周面以及活塞端面形成的密闭空腔，高压油推动后弹簧座压缩弹簧，同时给活塞及活塞杆向右的推动力，后弹簧座向左移动一定距离后，钢球失去后弹簧座外圆周面对其的支撑，钢球从后锁固座中的弧面卡槽脱落，实现解锁，活塞杆开始伸出。

锁定过程：当活塞右端靠近前锁固座时，活塞右端连通钢球进入前锁固座大直径孔内圆周面和前弹簧座小直径段外圆周面形成的环形空腔内，钢球首先与前弹簧座小直径段外圆周面发生接触，钢球推动前弹簧座压缩弹簧，当钢球进入到前锁固座的弧面卡槽处，前弹簧座在弹簧力作用下，小直径段外圆周面插入钢球的底部，托住钢球，使钢球卡入弧面卡槽实现锁固。这样即使两工作腔室完全泄压，在弹簧力作用下，也可将活塞及活塞杆牢固锁死在两端极限位置。

当从缸头处油口注入高压油时，活塞工作顺序同上，可以实现反向的解锁和锁固。

有益效果：

1、本发明的油缸在上死点和下死点均能实现稳定的机械锁固，锁固后可以完全泄压，因此可以减少密封件承受高压的时间，大大提高密封件的工作寿命，进而提高该油缸的使用寿命。

2、本发明通过钢球和弧面卡槽的形式进行机械锁定，锁固可靠；钢球锁固后，在轴向无法产生位移，非常适合对锁固要求较高的场合。

3、本发明具有缓冲功能。活塞在接近上下死点时，需要先压缩弹簧，减小活塞与缸体的碰撞，从而延长该油缸的使用寿命。

4、本发明在前后两个安装弹簧的腔室分别设置了泄油口，避免弹簧腔室因为高压导致无法解锁，使液压缸具有很高的可靠性。

5、本发明的液压缸结构同样适用于气缸，具有广阔的推广使用前景。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

其中：1-缸底、2-后弹簧、3-后弹簧座、4-后锁固座、5-锁紧螺母、6-活塞、7-钢球、8-缸筒、9-活塞杆、10-螺栓、11-缸头、12-前锁固座、13-油口、14-前弹簧座、15-前弹簧、16-防尘圈、17-缸头密封圈、18-泄油口、19-前弹簧座轴密封圈、20-前弹簧座孔密封圈、21-前弹簧座支撑环、22-缸筒密封圈、23-内密封圈、24-活塞密封圈、25-后弹簧座密封圈。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明的双向机械锁死液压缸包括缸底1、后弹簧2、后弹簧座3、后锁固座4、锁紧螺母5、活塞6、钢球7、缸筒8、活塞杆9、螺栓10、缸头11、前锁固座12、油口13、前弹簧座14、前弹簧15、防尘圈16、缸头密封圈17、泄油口18、前弹簧座轴密封圈19、前弹簧座孔密封圈20、前弹簧座支撑环21、缸筒密封圈22、内密封圈23、活塞密封圈24和后弹簧座密封圈25。

所述缸底1一端设有同轴的环形凹槽和弹簧导向柱，缸底1的外圆周面上设有缸底油口，与环形凹槽相通，该环形凹槽的内圆周面上设有定位台阶面；

所述后弹簧座3的两端分别为等直径盲孔和锥面盲孔，后弹簧座3的外圆周面分为大小两个不同直径的直径段；大直径的外圆周面上加工有密封槽，

所述后锁固座4和前锁固座12均为空心圆环结构，其环形内孔为台阶通孔，大直径孔的内壁上加工有周向的弧面卡槽，小直径孔的内壁上加工有贯穿壁厚的通孔；

所述锁紧螺母5的外圆周面与后弹簧座3的锥面盲孔相配合，其螺孔与活塞杆9前端的螺纹段相配合；

所述活塞6中心孔为台阶通孔，台阶通孔的两端分别扩有沉孔，一端的沉孔孔径与后弹簧座3的小直径段外圆周面配合，另一端的沉孔的底面为活塞杆9的限位面，活塞6上对应两端沉孔部分的壁厚上加工钢球安装孔，钢球安装孔沿圆周分布，该安装孔为通孔，钢球7置于安装孔内，通过缸筒8、锁紧螺母5和活塞杆9对钢球7限位，防止钢球7脱落；活塞6的外圆周面上加工一道环形密封槽；

所述活塞杆9的杆头段为与锁紧螺母5配合的螺纹段，杆身与杆头段相接一端的外圆周面为弧形凸缘结构，杆头段的外圆周面上加工有环形密封槽；

所述缸头11的内孔由三个连续的台阶孔构成，内孔的底面上有活塞杆9过孔，活塞杆9过孔的内圆周面上加工有密封槽；缸头11上加工有径向的泄油口18与第三级台阶孔相通；

所述前弹簧座14为空心圆环结构，其外圆周面由大小两个不同的直径段构成，小直径段的一端的内圆周面与活塞杆9杆身上的弧形凸缘结构相配合；大直径段的外圆周面和内圆周面上均加工有环形密封槽；

其整体连接关系为：缸筒8的两端分别由缸底1和缸头11进行封闭，其接触面由缸筒密封圈22实现密封；后弹簧座3大直径外圆周面与缸底1的环形凹槽的内圆周面配合，大直径外圆周面上的密封槽内装有后弹簧座密封圈25，后弹簧2的两端分别抵触连接在缸底1的环形凹槽底面和后弹簧座3等直径盲孔的底面；后锁固座4位于缸底1内，其两端分别与缸筒8的一端端面和缸底1内圆周面上的定位台阶面抵触，后锁固座4上小直径孔壁面上的通孔与缸底1上的缸底油口相对应；活塞杆9的杆头段套装活塞6后由锁紧螺母5进行锁紧固定，杆头段外圆周面上环形密封槽内装有内密封圈23，活塞6的密封槽内安装活塞密封圈24后与缸筒8的内腔配合，活塞6上两端的钢球安装孔内均装有钢球7，活塞杆9的弧形凸缘托住活塞6一端钢球安装孔内的钢球，使钢球位于活塞6的外圆周面内部，活塞6另一端钢球安装孔内的钢球7也位于活塞6的外圆周面内部并且在锁紧螺母5的限制下停留在钢球安装孔内；活塞杆9的杆身上依次套装前弹簧15和前弹簧座14，前弹簧座14与缸头11的第二级台阶孔配合，前弹簧座14大直径段的外圆周面的密封槽内安装有前弹簧座轴密封19，前弹簧15位于缸头11的第三级台阶孔内，前弹簧15的两端分别与前弹簧座14的端面和缸头11的第三级台阶孔的底面相抵触；前锁固座12位于缸头11的第一级台阶孔内，前锁固座12的两端分别与缸筒8的另一端端面和缸头11的第一级台阶孔端面相抵触，前锁固座12上小直径孔壁面上的通孔与缸头11上的油口13相对应；前锁固座12小直径孔一端的端面和缸头11第二级台阶孔的端面对前弹簧座14沿活塞杆9轴向的位移进行限位；

进一步的，前弹簧座14的内圆周面上装有前弹簧座孔密封圈20和前弹簧座支撑环21，缸头11的活塞杆9过孔上装有缸头密封圈17；前弹簧座支撑环21为活塞杆起到导向作用。

进一步的，为了防止活塞杆9在运动过程中将灰尘带入缸筒8内部，在缸头11与活塞杆9配合外端面上安装防尘圈16。

工作过程：

解锁过程：当从缸底1处油口注入高压油时，高压油经后锁固座4上的通孔进入由后弹簧座3的外壁面、后锁固座4的内圆周面以及活塞6端面形成的密闭空腔，高压油推动后弹簧座3压缩弹簧2，同时给活塞6及活塞杆9向右的推动力，后弹簧座3向左移动一定距离后，钢球7失去后弹簧座3外圆周面对其的支撑，钢球7从后锁固座4中的弧面卡槽脱落，实现解锁，活塞杆9开始伸出。

锁定过程：当活塞6右端靠近前锁固座12时，活塞6右端连通钢球7进入前锁固座12大直径孔内圆周面和前弹簧座14小直径段外圆周面形成的环形空腔内，钢球首先与前弹簧座14小直径段外圆周面发生接触，钢球7推动前弹簧座14压缩弹簧15，当钢球7进入到前锁固座12的弧面卡槽处，前弹簧座14在弹簧力作用下，小直径段外圆周面插入钢球的底部，托住钢球，使钢球卡入弧面卡槽实现锁固。这样即使两工作腔室完全泄压，在弹簧力作用下，也可将活塞6及活塞杆9牢固锁死在两端极限位置。

当从缸头11处油口注入高压油时，活塞工作顺序同上，可以实现反向的解锁和锁固。

该液压缸缸径为100mm，杆径为70mm，设计工作压力为15MPa，实际解锁压力为1.5MPa。经过试验，当活塞杆端承受负载为3.5吨时，液压缸自锁后卸掉液压，负载情况下静置24小时，活塞位移量几乎为零。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双向机械锁死液压缸，其特征在于，包括：缸底(1)、后弹簧(2)、后弹簧座(3)、后锁固座(4)、锁紧螺母(5)、活塞(6)、钢球(7)、缸筒(8)、活塞杆(9)、螺栓(10)、缸头(11)、前锁固座(12)、油口(13)、前弹簧座(14)、前弹簧(15)、泄油口(18)、前弹簧座轴密封圈(19)、缸筒密封圈(22)、内密封圈(23)、活塞密封圈(24)和后弹簧座密封圈(25)；

所述缸底(1)一端设有同轴的环形凹槽和弹簧导向柱，缸底(1)的外圆周面上设有缸底油口与环形凹槽相通，该环形凹槽的内圆周面上设有定位台阶面；

所述后弹簧座(3)的两端分别为等直径盲孔和锥面盲孔，后弹簧座(3)的外圆周面分为大小两个不同直径的直径段；大直径的外圆周面上加工有密封槽，

所述后锁固座(4)和前锁固座(12)均为空心圆环结构，其环形内孔为台阶通孔，大直径孔的内壁上加工有周向的弧面卡槽，小直径孔的内壁上加工有贯穿壁厚的通孔；

所述锁紧螺母(5)的外圆周面与后弹簧座(3)的锥面盲孔相配合，其螺孔与活塞杆(9)前端的螺纹段相配合；

所述活塞(6)中心孔为台阶通孔，台阶通孔的两端分别扩有沉孔，一端的沉孔孔径与后弹簧座(3)的小直径段外圆周面配合，另一端的沉孔的底面为活塞杆(9)的限位面，活塞(6)上对应两端沉孔部分的壁厚上加工钢球安装孔，钢球安装孔沿圆周分布，该安装孔为通孔，钢球(7)置于安装孔内，通过缸筒(8)、锁紧螺母(5)和活塞杆(9)对钢球(7)限位；活塞(6)的外圆周面上加工一道环形密封槽；

所述活塞杆(9)的杆头段为与锁紧螺母(5)配合的螺纹段，杆身与杆头段相接一端的外圆周面为弧形凸缘结构，杆头段的外圆周面上加工有环形密封槽；

所述缸头(11)的内孔由三个连续的台阶孔构成，内孔的底面上有活塞杆(9)过孔，活塞杆(9)过孔的内圆周面上加工有密封槽；缸头(11)上加工有径向的泄油口(18)与第三级台阶孔相通；

所述前弹簧座(14)为空心圆环结构，其外圆周面由大小两个不同的直径段构成，小直径段的一端的内圆周面与活塞杆(9)杆身上的弧形凸缘结构相配合；大直径段的外圆周面和内圆周面上均加工有环形密封槽；

其整体连接关系为：缸筒(8)的两端分别由缸底(1)和缸头(11)进行封闭，其接触面由缸筒密封圈(22)实现密封；后弹簧座(3)大直径外圆周面与缸底(1)的环形凹槽的内圆周面配合，大直径外圆周面上的密封槽内装有后弹簧座密封圈(25)，后弹簧(2)的两端分别抵触连接在缸底(1)的环形凹槽底面和后弹簧座(3)等直径盲孔的底面；后锁固座(4)位于缸底(1)内，其两端分别与缸筒(8)的一端端面和缸底(1)内圆周面上的定位台阶面抵触，后锁固座(4)上小直径孔壁面上的通孔与缸底(1)上的缸底油口相对应；活塞杆(9)的杆头段套装活塞(6)后由锁紧螺母(5)进行锁紧固定，杆头段外圆周面上环形密封槽内装有内密封圈(23)；活塞(6)的密封槽内安装活塞密封圈(24)后与缸筒(8)的内腔配合，活塞(6)上两端的钢球安装孔内均装有钢球(7)，活塞杆(9)的弧形凸缘托住活塞(6)一端钢球安装孔内的钢球，使钢球位于活塞(6)的外圆周面内部，活塞(6)另一端钢球安装孔内的钢球(7)也位于活塞(6)的外圆周面内部并且在锁紧螺母(5)的限制下停留在钢球安装孔内；活塞杆(9)的杆身上依次套装前弹簧(15)和前弹簧座(14)，前弹簧座(14)与缸头(11)的第二级台阶孔配合，前弹簧座(14)大直径段的外圆周面的密封槽内安装有前弹簧座轴密封圈(19)，前弹簧(15)位于缸头(11)的第三级台阶孔内，前弹簧(15)的两端分别与前弹簧座(14)的端面和缸头(11)的第三级台阶孔的底面相抵触；前锁固座(12)位于缸头(11)的第一级台阶孔内，前锁固座(12)的两端分别与缸筒(8)的另一端端面和缸头(11)的第一级台阶孔端面相抵触，前锁固座(12)上小直径孔壁面上的通孔与缸头(11)上的油口(13)相对应；前锁固座(12)小直径孔一端的端面和缸头(11)第二级台阶孔的端面对前弹簧座(14)沿活塞杆(9)轴向的位移进行限位。

2.如权利要求1所述的双向机械锁死液压缸，其特征在于，还包括缸头密封圈(17)、前弹簧座孔密封圈(20)和前弹簧座支撑环(21)，前弹簧座孔密封圈(20)和前弹簧座支撑环(21)安装在前弹簧座(14)的内圆周面上，缸头密封圈(17)安装在缸头(11)的活塞杆(9)过孔上。

3.如权利要求1或2所述的双向机械锁死液压缸，其特征在于，还包括防尘圈(16)，所述防尘圈(16)安装在缸头(11)与活塞杆(9)配合的内圆周面上。