CN104074831A - 一种碳纤维复合材料液压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维复合材料液压缸,其包括缸底、缸体、缸盖、活塞杆、活塞;缸底设置于缸体的一端,缸盖设置于缸体的另一端;活塞杆的一端穿过缸盖至于缸体内;活塞设置于缸底、缸体、缸盖所组成的空间内,且活塞与活塞杆的伸入缸体内的一端固定连接;缸底上设有与缸体内相连通的第一通道;缸盖上设有与缸体内相连通的第二通道,第二通道包括环形引流槽和至少两个通孔。本发明的有益效果是:它的比重不到钢的1/4,碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的8倍左右,抗拉弹性模量为23000至43000Mpa亦高于钢,因而在强度、刚度、抗疲劳性能上比现有的全金属液压油缸提高很多。

Description

一种碳纤维复合材料液压缸
技术领域
本发明涉及一种液压缸,尤其涉及一种碳纤维复合材料液压缸。 
背景技术
高压力的液压产品需要高强度的结构组件。传统上,典型的移动工程机械液压设备中多使用高强度钢,而在对重量控制要求很高的设备中多采用低密度的合金。由于碳纤维复合材料的比重不到钢的1/4,碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上,是钢的7至9倍,抗拉弹性模量为23000至43000MPa亦高于钢。碳纤维复合材料在液压系统中的使用,使得重量轻、强度高的液压组件的设计成为可能,可广泛地应用于工程机械、机床、汽车、船舶和航空航天等工业领域。特别是随着各国交通法规、节能环保要求的推出,对于一些大型的工程机械特别是泵送高度达30m以上的混凝土机械的轻量化成为亟待解决的问题。 
早期的复合材料液压缸缸体的设计中,主要用碳纤维复合材料层作为增强层,以降低金属部件的质量,但是起主要承载作用的还是金属,这就使得进一步的减重受到了限制。 
减重就意味着更低的能耗,从而节省动力,提高设备的经济性。同时,这一重量轻、结构强的液压组件在航空航天领域内更是有着巨大的应用潜力。 
附图说明
图1为本发明的结构示意图。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纤维复合材料液压缸,解决现有技术的不足。 
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种碳纤维复合材料液压缸,其包括缸底、缸体、缸盖、活塞杆、活塞;所述缸底设置于所述缸体的一端,所述缸盖设置于所述缸体的另一端;所述活塞杆的一端穿过所述缸盖至于所述缸体内;所述活塞设置于所述缸底、缸体、缸盖所组成的空间内,且所述活塞与所述活塞杆的伸入所述缸体内的一端固定连接;所述缸底上设有与所述缸体内相连通的第一通道;所述缸盖上设有与所述缸体内相连通的第二通道,所述第二通道包括环形引流槽和至少两个通孔;所述缸体是以强度为大于3600MPa的碳纤维原丝为增强材料、热固性树脂为基体,采用碳纤维缠绕成型为碳纤维复合材料层的工艺制成;所述缸底、活塞、缸盖均由强度大于600MPa的高强度铝合金制成,其所述活塞杆的材质为硬质镀鉻钢。 
本发明的有益效果是:由于缸体采用碳纤维复合材料加工而成,该碳纤维复合材料是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的8倍左右,抗拉弹性模量为23000至43000Mpa亦高于钢,因而在强度、刚度、抗疲劳性能上比现有的全金属液压油缸提高很多。 
进一步:所述碳纤维缠绕成型工艺,是指采用碳纤维湿法缠绕成型工艺,具体是:将纤维集束或纱带浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模上。 
进一步:所述碳纤维缠绕成型工艺,是指采用碳纤维干法缠绕成型工艺,具体是:采用经过预浸胶处理的预浸纱或带,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上,然后经固化、脱模,获得制品。 
进一步:所述热固性树脂采用酚醛树脂或环氧树脂M03胶粘剂,其在碳 纤维复合材料层中的质量比为30至45%。 
进一步:所述碳纤维复合材料层,其缠绕角度为20至80°,玻璃化转变温度大于110℃,固化度大于95%。 
进一步:所述缸体的内壁经过表面处理使其表面粗糙度Ra值为0.2至0.3μm,表面处理方法为:先对碳纤维复合材料层表面进行粗化处理,然后在粗化表面喷涂金属底层,最后在金属底层表面喷涂陶瓷粉末形成陶瓷涂层。 
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。 
如图1所示,一种碳纤维复合材料液压缸,其包括缸底1、缸体2、缸盖3、活塞杆4、活塞5;所述缸底1设置于所述缸体2的一端,所述缸盖3设置于所述缸体2的另一端;所述活塞杆4的一端穿过所述缸盖3至于所述缸体2内;所述活塞5设置于所述缸底1、缸体2、缸盖3所组成的空间内,且所述活塞5与所述活塞杆4的伸入所述缸体2内的一端固定连接。所述缸底1上设有与所述缸体2内相连通的第一通道6;所述缸盖3上设有与所述缸体2内相连通的第二通道,所述第二通道包括环形引流槽7和至少两个通孔8。 
所述缸体2是以强度为大于3600MPa的碳纤维原丝为增强材料、热固性树脂为基体,采用碳纤维缠绕成型为碳纤维复合材料层的工艺制成;所述缸底1、活塞5、缸盖3均由强度大于600MPa的高强度铝合金制成,其所述活 塞杆4的材质为硬质镀鉻钢。 
所述碳纤维缠绕成型工艺,是指采用碳纤维湿法缠绕成型工艺,具体是:将纤维集束或纱带浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模上。也可以:所述碳纤维缠绕成型工艺,是指采用碳纤维干法缠绕成型工艺,具体是:采用经过预浸胶处理的预浸纱或带,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上,然后经固化、脱模,获得制品。 
所述热固性树脂采用酚醛树脂或环氧树脂M03胶粘剂,其在碳纤维复合材料层中的质量比为30至45%。所述碳纤维复合材料层,其缠绕角度为20至80°,玻璃化转变温度大于110℃,固化度大于95%。 
所述缸体2的内壁经过表面处理使其表面粗糙度Ra值为0.2至0.3μm,表面处理方法为:先对碳纤维复合材料层表面进行粗化处理,然后在粗化表面喷涂金属底层,最后在金属底层表面喷涂陶瓷粉末形成陶瓷涂层。 
所述缸体2与缸底1和缸盖3之间的连接采用一种经过结构改进后一种特殊的胶结形式,以便在高压力的工作环境下提供强有力的连接;所述结构改进是指通过在缸底1和缸盖3上与缸体2连接的部分加工出一个沟槽,该沟槽深度为0.15至0.18mm,使得用环氧树脂M03胶粘剂进行粘结时的厚度保持均匀,以提高连接强度。 
缸底1和缸盖3上与缸体2连接部分的沟槽表面经过滚花处理,并在缸体2进行粘接时,用硝酸或氢氟酸去除缸底1和缸盖3上沟槽表面的金属氧化层,以提高连接强度。 
所述缸体2的外表面通过喷涂一层芳族聚酯纤维材料图层,以防止缸体2受外力的作用。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种碳纤维复合材料液压缸,其特征在于:包括缸底(1)、缸体(2)、缸盖(3)、活塞杆(4)、活塞(5);所述缸底(1)设置于所述缸体(2)的一端,所述缸盖(3)设置于所述缸体(2)的另一端;所述活塞杆(4)的一端穿过所述缸盖(3)至于所述缸体(2)内;所述活塞(5)设置于所述缸底(1)、缸体(2)、缸盖(3)所组成的空间内,且所述活塞(5)与所述活塞杆(4)的伸入所述缸体(2)内的一端固定连接;
所述缸底(1)上设有与所述缸体(2)内相连通的第一通道(6);所述缸盖(3)上设有与所述缸体(2)内相连通的第二通道,所述第二通道包括环形引流槽(7)和至少两个通孔(8);
所述缸体(2)是以强度为大于3600MPa的碳纤维原丝为增强材料、热固性树脂为基体,采用碳纤维缠绕成型为碳纤维复合材料层的工艺制成;
所述缸底(1)、活塞(5)、缸盖(3)均由强度大于600MPa的高强度铝合金制成,其所述活塞杆(4)的材质为硬质镀鉻钢。
2.根据权利要求1所述一种碳纤维复合材料液压缸,其特征在于:所述碳纤维缠绕成型工艺,是指采用碳纤维湿法缠绕成型工艺,具体是:将纤维集束或纱带浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模上。
3.根据权利要求1所述一种碳纤维复合材料液压缸,其特征在于:所述碳纤维缠绕成型工艺,是指采用碳纤维干法缠绕成型工艺,具体是:采用经过预浸胶处理的预浸纱或带,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上,然后经固化、脱模,获得制品。
4.根据权利要求2或3所述一种碳纤维复合材料液压缸,其特征在于:所述热固性树脂采用酚醛树脂或环氧树脂M03胶粘剂,其在碳纤维复合材料层中的质量比为30至45%。
5.根据权利要求4所述一种碳纤维复合材料液压缸,其特征在于:所述碳纤维复合材料层,其缠绕角度为20至80°,玻璃化转变温度大于110℃,固化度大于95%。
6.根据权利要求5所述一种碳纤维复合材料液压缸,其特征在于:所述缸体(2)的内壁经过表面处理使其表面粗糙度Ra值为0.2至0.3μm,表面处理方法为:先对碳纤维复合材料层表面进行粗化处理,然后在粗化表面喷涂金属底层,最后在金属底层表面喷涂陶瓷粉末形成陶瓷涂层。
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