CN104763706B - 机械自锁液压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械自锁液压缸，属于液压缸结构技术领域。液压缸内部被活塞和制动块分成压力腔、无杆腔和有杆腔，其中压力腔与无杆腔通过由带孔螺母和钢球形成的单向阀连接，压力油只能在压力作用下从压力腔进入无杆腔；压力腔与有杆腔通过活塞杆上的通道连接，其端部设置有起到单向阀作用的钢珠，压力油只能在压力作用下从压力腔进入有杆腔。本发明的液压缸活塞杆在全缩回时能自动锁紧，即使液压缸发生内泄漏也能保持可靠的锁紧。

Description

机械自锁液压缸
技术领域
本发明涉及一种机械自锁液压缸，属于液压缸结构技术领域。
背景技术
自锁式液压缸在工程领域广泛的需求，例如在冶金、煤矿等众多起降设备的机械领域中，液压部件为了使工件能在停止工作时防止在外力或自重(液压缸立放)作用下发生位移，需要将液压缸锁紧。
目前液压缸主要是依靠封堵压力油的方式来锁紧液压缸，易泄露，发生“负压效应”和“软腿现象”，虽然有很多改进产品，但没从根本上解决上述问题。液压锁在长时间保持在某个位置时，由于压力油泄露等问题，精度往往达不到要求，在发生油路故障时，精度和可靠性就更无法保障；液压锁往往都需要单向阀、换向阀等多个辅助元件配合来实现锁紧回路，这些元件的使用使整个装置占用空间大，同时，油路增多容易发生泄漏，造成维修和使用不便。
发明内容
本发明提供了一种机械自锁液压缸，液压缸活塞杆在全缩回时能够实现自动机械锁紧，即使液压缸内发生泄漏也不会对锁紧状态产生影响。
一种机械自锁液压缸，包括缸盖、弹簧、制动块、挡板、锁紧块、带孔螺母、钢球、钢球架、活塞、钢珠、缸筒、导向套和活塞杆；
所述缸盖的端面上沿轴向加工有环形槽，环形槽的中心形成中心柱，中心柱上加工中心沉孔；
所述制动块的外形由两段直径不同圆柱段组成，两段圆柱的交汇处形成直角台阶面，小直径圆柱段的端面到外圆周面之间为锥面过渡，所述制动块具有中心过孔，大直径圆柱段一端的端面扩有台阶孔，该台阶孔用于容纳缸盖内部的中心柱；所述制动块小直径圆柱段的端面上还加工有台阶形的过油孔，该过油孔沿轴向贯通大直径圆柱段一端的台阶孔，过油孔位于小直径圆柱段端面的一端加工有螺纹段；
所述锁紧块为圆环结构，其内圆周面上加工周向的环形槽，环形槽的底面为弧形面；
所述带孔螺母的外圆周面上加工有外螺纹段，其中心孔由一个内六方沉孔和一个小直径通孔组成，小直径通孔的一端端面上加工有一个缺口；
所述活塞杆的外圆周面按直径大小分为三级，第一级的直径最大，第二级其次，第三级最小，第二级外圆周面上加工有螺纹；所述活塞杆上加工有过油孔，过油孔的一端位于第三级直径段的端面，另一端位于第一级直径段的外圆周面上，此端加工有放置钢珠的台阶孔，台阶孔的深度大于钢珠的直径；
所述钢球架为具有中心螺纹孔的圆柱形结构，其一端加工有圆柱形凸台，另一端加工有与制动块的小直径圆柱段配合的沉孔，沉孔对应的壁厚沿周向均布钢球安装孔，钢球安装孔由直孔过渡为锥型孔，钢球从外圆周面的直孔段装入，锥孔段限制钢球脱出到沉孔内部；所述钢球架上还加工有过油孔，过油孔贯通钢球架的外圆周面和沉孔；
所述活塞也具有中心螺纹孔，其两端均为台阶孔结构，一端的台阶孔与钢球架的圆柱形凸台配合，另一端与活塞杆的第一级和第二级外圆周面形成的直角台阶面配合；
所述缸筒上加工有无杆腔油口和有杆腔油口；
其整体连接关系为：所述缸盖和导向套分别固定连接在缸筒的两端，所述活塞杆第一级外圆周面与导向套的中心孔配合，所述活塞和钢球架依次通过活塞杆第二级外圆周面上的螺纹固定在活塞杆上，所述活塞杆的第三级外圆周面与制动块的中心孔密封配合并深入缸盖的中心沉孔内，当活塞杆伸出至行程极限位置时，活塞杆的第三级外圆周面保持与制动块中心孔的密封配合；
所述钢球置于钢球架上的钢球安装孔内，所述钢珠置于活塞杆上过油孔的台阶孔内，活塞上台阶孔的内圆周面将钢珠限制在台阶孔内；所述制动块、挡板和锁紧块通过缸盖固定连接在缸筒内部，所述制动块的大直径圆柱段与缸盖环形槽的内壁面密封配合，制动块的台阶孔与缸盖中心柱之间的环形空腔内装有弹簧，弹簧的两端分别与缸盖环形槽的底面和制动块台阶孔的台阶面抵触，制动块的端面与缸盖环形槽的底面之间留有间隙，所述钢珠置于制动块的过油孔内，带孔螺母通过螺纹安装在制动块小直径圆柱段的一端，所述钢珠与带孔螺母带缺口的一端相对，所述钢珠在过油孔内能够左右移动；所述缸盖内表面与制动块合围形成的空腔为压力腔，所述缸筒上的无杆腔油口和有杆腔油口分别对应无杆腔和有杆腔。
进一步地，所述缸筒和导向套上还加工有径向的泄放口，所述导向套上设置有两道U型密封圈，所述两道U型密封圈沿导向套的轴向位于泄放口的两侧；上述方案可以确保液压缸在水下工作时能够耐大深度的水压，若水压突破第一道U型密封圈后，渗水由泄放口排出，第二道U型密封圈继续起到密封的作用。
进一步地，还包括刮污环，所述刮污环固定安装在导向套的末端，所述刮污环的内圆周面与活塞杆的外圆面贴合，刮污环能够在活塞杆回缩的过程中刮去附着在活塞杆表面的固体污物，保护导向套内部的密封件，延长密封件的使用寿命。
有益效果
1、本发明的液压缸活塞杆在全缩回时能通过锁紧块、钢球架以及钢球的配合实现机械自动锁紧，即使液压缸发生内泄漏，钢球也能牢固锁紧；需要解锁时，向无杆腔通入压力油达到解锁压力，液压缸即可解锁，具有锁定可靠且解锁简便的特点。
2、本发明的钢球架与活塞与活塞杆均为螺纹连接，活塞与钢球架采用螺钉固定连接，钢球架与活塞能起到互为闭锁的作用。
3、本发明的压力腔与无杆腔、有杆腔均采用单向阀结构来形成液压回路，能保证压力腔内不会因为困油使得制动块运动阻力急剧增大进而导致无法完成锁定和解锁动作。锁定时，有杆腔加压，钢珠会封闭活塞杆油液通道，弹簧在压缩过程中，制动块会向压力腔方向移动，压力腔容积减小，内部油液产生压力推开钢珠进入无杆腔内；解锁时，无杆腔加压，钢珠会封闭油液通道，弹簧在压缩过程中，制动块会向压力腔方向移动，压力腔容积减小，内部油液产生压力推开钢珠进入有杆腔内。
4、本发明活塞杆上的钢珠安装孔深度大于钢珠直径，便于钢珠移动，小孔上端局部被活塞的端面遮挡，通过活塞的局部来限制钢珠脱离钢珠安装孔，上述结构形成了一个简单的单向阀，上述结构简单可靠并易于加工。
5、本发明的钢珠与带孔螺母的配合关系也形成一个简单的单向阀结构，该结构同样具有结构简单且工作可靠的特点。
附图说明
图1是本发明机械自锁液压缸即将进入锁紧状态的结构示意图；
图2是本发明机械自锁液压缸锁紧状态的结构示意图；
图3是图1中钢珠Ⅰ与带孔螺母的配合关系局部放大图；
图4是图1中钢珠Ⅱ与活塞杆上过油孔配合关系的局部放大图。
其中：1--缸盖、2-弹簧、3-制动块、4-挡板、5-锁紧块、6-钢珠Ⅰ、7-带孔螺母、8-钢球、9-无杆腔油口、10-钢球架、11-活塞、12-钢珠Ⅱ、13-缸筒、14-有杆腔油口、15-导向套、16-泄放口、17-刮污环、18-活塞杆、19-压力腔、20-无杆腔、21-有杆腔。
具体实施方式
如图1所示，本发明的机械自锁液压缸包括缸盖1、弹簧2、制动块3、挡板4、锁紧块5、钢珠Ⅰ6、带孔螺母7、钢球8、钢球架10、活塞11、钢珠Ⅱ12、缸筒13、导向套15、刮污环17和活塞杆18；
所述缸盖1的端面上沿轴向加工有环形槽，环形槽的中心形成中心柱，中心柱上加工中心沉孔；
所述制动块3的外形由两段直径不同圆柱段组成，两段圆柱的交汇处形成直角台阶面，小直径圆柱段的端面到外圆周面之间为锥面过渡，所述制动块3具有中心过孔，大直径圆柱段一端的端面扩有台阶孔，该台阶孔用于容纳缸盖内部的中心柱；所述制动块3小直径圆柱段的端面上还加工有台阶形的过油孔，该过油孔沿轴向贯通大直径圆柱段一端的台阶孔，过油孔位于小直径圆柱段端面的一端加工有螺纹段；
所述锁紧块5为圆环结构，其内圆周面上加工周向的环形槽，环形槽的底面为弧形面；
所述带孔螺母7的外圆周面上加工有外螺纹段，其中心孔由两个不同直径的通孔形成，两个通孔之间为锥面过渡，小直径通孔的一端端面上加工有一个缺口；
所述活塞杆18的外圆周面按直径大小分为三级，第一级的直径最大，第二级其次，第三级最小，第二级外圆周面上加工有螺纹；所述活塞杆18上加工有过油孔，过油孔的一端位于第三级直径段的端面，另一端位于第一级直径段的外圆周面上，此端加工有放置钢珠的台阶孔，台阶孔的深度大于钢珠Ⅱ12的直径；
所述钢球架10为具有中心螺纹孔的圆柱形结构，其一端加工有圆柱形凸台，另一端加工有与制动块3的小直径圆柱段配合的沉孔，沉孔对应的壁厚沿周向均布钢球安装孔，钢球安装孔由直孔过渡为锥型孔，钢球8从外圆周面的直孔段装入，锥孔段限制钢球8脱出到沉孔内部；所述钢球架10上还加工有过油孔，过油孔贯通钢球架10的外圆周面和沉孔；
所述活塞11也具有中心螺纹孔，其两端均为台阶孔结构，一端的台阶孔与钢球架10的圆柱形凸台配合，另一端与活塞杆的第一级和第二级外圆周面形成的直角台阶面配合；
所述缸筒13上加工有无杆腔油口9和有杆腔油口14；所述缸筒13和导向套15上还加工有径向的泄放口15，所述导向套15上设置有两道U型密封圈，所述两道U型密封圈沿导向套15的轴向位于泄放口15的两侧。
其整体连接关系为：所述缸盖1和导向套15分别固定连接在缸筒13的两端，所述活塞杆18第一级外圆周面与导向套15的中心孔配合，所述活塞11和钢球架10依次通过活塞杆18第二级外圆周面上的螺纹固定在活塞杆18上，所述活塞杆18的第三级外圆周面与制动块3的中心孔密封配合并深入缸盖1的中心沉孔内，当活塞杆18伸出至行程极限位置时，活塞杆18的第三级外圆周面保持与制动块3中心孔的密封配合；所述刮污环17固定安装在导向套15的末端，所述刮污环16的内圆周面与活塞杆18的外圆面贴合。
所述钢球8置于钢球架10上的钢球安装孔内，所述钢珠Ⅱ12置于活塞杆18上过油孔的台阶孔内，活塞11上台阶孔的内圆周面将钢珠Ⅱ12限制在台阶孔内；所述制动块3、挡板4和锁紧块5通过缸盖1固定连接在缸筒13内部，所述制动块3的大直径圆柱段与缸盖1环形槽的内壁面密封配合，制动块3的台阶孔与缸盖1中心柱之间的环形空腔内装有弹簧2，弹簧2的两端分别与缸盖1环形槽的底面和制动块3台阶孔的台阶面抵触，制动块3的端面与缸盖1环形槽的底面之间留有间隙，所述钢珠Ⅰ6置于制动块3的过油孔内，带孔螺母7通过螺纹安装在制动块3小直径圆柱段的一端，所述钢珠Ⅰ6与带孔螺母7带缺口的一端相对，所述钢珠Ⅰ6在过油孔内能够左右移动；所述缸盖1内表面与制动块3合围形成的空腔为压力腔19，所述缸筒13上的无杆腔油口9和有杆腔油口14分别对应无杆腔20和有杆腔21。
液压缸锁定过程如附图1所示，从有杆腔油口14加油压，油压推动活塞杆18缩回，在缩回过程中，钢球架10带着钢球8一起运动至制动块3小直径段的锥面上，由于油压作用，钢球架10继续往压力腔19方向移动，钢球8推动制动块3一起运动，此过程中，制动块3压缩弹簧2直至制动块3左端面与缸盖1端面接触，钢球8随钢球架10一起逐渐运动至锁紧块5内圆面的凹槽下方，由于制动块3右端锥面的顶升作用，钢球8被顶入锁紧块5内圆面的凹槽内，钢球8此时不再限制制动块3运动，由于弹簧2的推力作用，制动块3向有杆腔21方向运动，直至其被挡板4阻挡，液压缸处于完全锁定状态，如附图2所示。此锁定过程中，压力腔19多余的液压油经制动块3上的过油孔推动钢珠Ⅰ6向无杆腔方向移动，液压油通过钢珠Ⅰ6与过油孔之间的间隙以及带孔螺母端面上的缺口排入无杆腔20内，如附图3所示。
液压缸解锁过程：从无杆腔油口9加油压，压力油经带孔螺母后推动钢珠Ⅰ6向压力腔方向移动将过油孔封闭，油压对钢球架10产生至有杆腔21方向的力F1，油压同时对制动块3产生至压力腔19方向的力F2。F1克服弹簧力后，推动制动块3往压力腔19方向运动，制动块3运动至其右端锥面在钢球8下方时，钢球8在钢球架10作用下脱离锁紧块5内圆面的凹槽，并从制动块3右端锥面脱离，完成解锁过程，如附图2所示。制动块3在弹簧2的推力作用下向有杆腔21方向运动至复位。此解锁过程中，压力腔19多余的液压油经活塞杆18内部通道顶开钢珠Ⅱ12排入有杆腔21内，如附图4所示。
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.机械自锁液压缸，其特征在于，包括缸盖(1)、弹簧(2)、制动块(3)、挡板(4)、锁紧块(5)、钢珠Ⅰ(6)、带孔螺母(7)、钢球(8)、钢球架(10)、活塞(11)、钢珠Ⅱ(12)、缸筒(13)、导向套(15)和活塞杆(18)；
所述缸盖(1)的端面上沿轴向加工有环形槽，环形槽的中心形成中心柱，中心柱上加工中心沉孔；
所述制动块(3)的外形由两段直径不同圆柱段组成，两段圆柱的交汇处形成直角台阶面，小直径圆柱段的端面到外圆周面之间为锥面过渡，所述制动块(3)具有中心过孔，大直径圆柱段一端的端面扩有台阶孔，该台阶孔用于容纳缸盖内部的中心柱；所述制动块(3)小直径圆柱段的端面上还加工有台阶形的过油孔，该过油孔沿轴向贯通大直径圆柱段一端的台阶孔，过油孔位于小直径圆柱段端面的一端加工有螺纹段；
所述锁紧块(5)为圆环结构，其内圆周面上加工周向的环形槽，环形槽的底面为弧形面；
所述带孔螺母(7)的外圆周面上加工有外螺纹段，其中心孔由一个内六方沉孔和一个小直径通孔组成，小直径通孔的一端端面上加工有一个缺口；
所述活塞杆(18)的外圆周面按直径大小分为三级，第一级的直径最大，第二级其次，第三级最小，第二级外圆周面上加工有螺纹；所述活塞杆(18)上加工有过油孔，过油孔的一端位于第三级直径段的端面，另一端位于第一级直径段的外圆周面上，此端加工有放置钢珠的台阶孔，台阶孔的深度大于钢珠Ⅱ(12)的直径；
所述钢球架(10)为具有中心螺纹孔的圆柱形结构，其一端加工有圆柱形凸台，另一端加工有与制动块(3)的小直径圆柱段配合的沉孔，沉孔对应的壁厚沿周向均布钢球安装孔，钢球安装孔由直孔过渡为锥型孔，钢球(8)从外圆周面的直孔段装入，锥孔段限制钢球(8)脱出到沉孔内部；所述钢球架(10)上还加工有过油孔，过油孔贯通钢球架(10)的外圆周面和沉孔；
所述活塞(11)也具有中心螺纹孔，其两端均为台阶孔结构，一端的台阶孔与钢球架(10)的圆柱形凸台配合，另一端与活塞杆的第一级和第二级外圆周面形成的直角台阶面配合；
所述缸筒(13)上加工有无杆腔油口(9)和有杆腔油口(14)；
其整体连接关系为：所述缸盖(1)和导向套(15)分别固定连接在缸筒(13)的两端，所述活塞杆(18)第一级外圆周面与导向套(15)的中心孔配合，所述活塞(11)和钢球架(10)依次通过活塞杆(18)第二级外圆周面上的螺纹固定在活塞杆(18)上，所述活塞杆(18)的第三级外圆周面与制动块(3)的中心孔密封配合并深入缸盖(1)的中心沉孔内，当活塞杆(18)伸出至行程极限位置时，活塞杆(18)的第三级外圆周面保持与制动块(3)中心孔的密封配合；
所述钢球(8)置于钢球架(10)上的钢球安装孔内，所述钢珠Ⅱ(12)置于活塞杆(18)上过油孔的台阶孔内，活塞(11)上台阶孔的内圆周面将钢珠Ⅱ(12)限制在台阶孔内；所述制动块(3)、挡板(4)和锁紧块(5)通过缸盖(1)固定连接在缸筒(13)内部，所述制动块(3)的大直径圆柱段与缸盖(1)环形槽的内壁面密封配合，制动块(3)的台阶孔与缸盖(1)中心柱之间的环形空腔内装有弹簧(2)，弹簧(2)的两端分别与缸盖(1)环形槽的底面和制动块(3)台阶孔的台阶面抵触，制动块(3)的端面与缸盖(1)环形槽的底面之间留有间隙，所述钢珠Ⅰ(6)置于制动块(3)的过油孔内，带孔螺母(7)通过螺纹安装在制动块(3)小直径圆柱段的一端，所述钢珠Ⅰ(6)与带孔螺母(7)带缺口的一端相对，所述钢珠Ⅰ(6)在过油孔内能够左右移动；所述缸盖(1)内表面与制动块(3)合围形成的空腔为压力腔(19)，所述缸筒(13)上的无杆腔油口(9)和有杆腔油口(14)分别对应无杆腔(20)和有杆腔(21)。
2.根据权利要求1所述的机械自锁液压缸，其特征在于：所述缸筒(13)和导向套(15)上还加工有径向的泄放口(16)，所述导向套(15)上设置有两道U型密封圈，所述两道U型密封圈沿导向套(15)的轴向位于泄放口(16)的两侧。
3.根据权利要求1所述的机械自锁液压缸，其特征在于：还包括刮污环(17)，所述刮污环(17)固定安装在导向套(15)的末端，所述刮污环(17)的内圆周面与活塞杆(18)的外圆面贴合。
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