CN104832490B - 超高压氮气节能辅助缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挖掘机、装载机领域，具体而言，涉及一种超高压氮气节能辅助缸。其包括缸体、活塞、活塞杆和润滑油管；活塞设置在缸体内，将缸体内部分隔为两个腔体；其中一个腔体中设置有活塞杆，为有杆腔；另一个腔体内没有设置活塞杆，为无杆腔；活塞杆的一端与固定活塞连接，另一端在缸体的一端伸出；润滑油管与缸体的两端的外壁连接；润滑油管上设置有单向阀。本发明在作业过程中，不消耗额外的机械能，既节省能量，又减少了液压系统的发热；在机重相同的前提下，作业稳定性提高；能通过氮气进行蓄能，进一步减少势能损失、减少热能释放、减少碳排放，提高机械效率，增加机件使用寿命，减少燃油用量，降低工作成本；结构简单，独立便捷。

Description

超高压氮气节能辅助缸

技术领域

本发明涉及挖掘机、装载机领域，具体而言，涉及一种超高压氮气节能辅助缸。

背景技术

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。

很多机械设备的工作系统在工作过程中，往往会有自身运动时其重量所产生重力势能，而这部分能量消耗是不必要的，是减少机械效率的重要因素之一，机械设备要在克服此能量损耗的同时完成工作。

氮气是稳定的惰性气体，在家电、家具、汽车等领域开始广泛使用。氮气弹簧体积小、弹力大、行程长、工作平稳，制造精密，使用寿命长(一百万次)，弹力曲线平缓，以及不需要预紧等等，它具有金属弹簧、橡胶和气垫等常规弹性组件难于完成的工作。

但大型氮气弹簧系统制作难度大，精度高，成本高。

也就是说，无论单独使用氮气弹簧还是单独使用液压缸均会产生一定的弊端，不能做到最佳的节能、省力的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高压氮气节能辅助缸，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种超高压氮气节能辅助缸，包括缸体、活塞、活塞杆和润滑油管；

活塞设置在缸体内，将缸体内部分隔为两个腔体；

其中一个腔体中设置有活塞杆，为有杆腔；

另一个腔体内没有设置活塞杆，为无杆腔；

活塞杆的一端与活塞固定连接，另一端在缸体的一端伸出；

润滑油管与缸体的两端的外壁连接，用于连通有杆腔和无杆腔；

润滑油管上设置有单向阀，使润滑油管内的液压油只能从无杆腔流向有杆腔。

进一步的，活塞上设置有贯通孔，用于将有杆腔内的液压油流回无杆腔内。

进一步的，活塞设置在有杆腔的一侧上设置有储油部；

储油部为台阶状；

较高的台阶设置靠近在活塞中心的方向；

储油部与缸体的内壁共同围成储油槽。

进一步的，活塞与缸体之间设置有密封结构，用于隔离有杆腔与无杆腔；

密封结构包括第一格莱圈、两个支撑环和两个纳污环；

两个支撑环设置在第一格莱圈的两侧；

纳污环设置在支撑环远离第一格莱圈的一侧。

进一步的，活塞杆与缸体之间设置有第二格莱圈和防尘封；

防尘封设置在第二格莱圈远离有杆腔的一侧；

第二格莱圈的内圈上设置有润滑油腔。

进一步的，润滑油管的一端与润滑油腔连通，能够对第二格莱圈进行润滑和辅助密封；

第二格莱圈的外圈上设置有与润滑油腔连通的喷油孔。

进一步的，超高压氮气节能辅助缸还包括备用气缸；

备用气缸通过进出气孔与无杆腔连通。

进一步的，备用气缸上设置有灭火软管；

灭火软管通过手动阀或截止阀与备用气缸连通，能够利用备用气缸内的氮气进行灭火。

进一步的，润滑油管上设置有测压表；

和/或，

润滑油管设置在无杆腔的一端设置有吸收盘。

进一步的，缸体远离有杆腔的一端设置有吊耳；

活塞杆远离活塞的一端设置有吊耳。

本发明提供的超高压氮气节能辅助缸，将液压缸的活塞杆附加在挖掘机的大臂上，将液压缸的缸筒设置在挖掘机的底座上，整个装置不使用挖掘机的发动机的动力，从而实现在不消耗挖掘机功率的情况下，增加了挖掘机大臂的举升力，从而可以增加铲斗的容积及工作臂的长度，进一步增加了工作效率及工作半径；在作业过程中，工作装置的重力势能造成的能耗得到最大程度的优化，不消耗额外的机械能，既节省能量，又减少了液压系统的发热；在机重相同的前提下，作业稳定性提高，这对提升性能、节省燃料有着非常重要的意义；能通过氮气进行蓄能，进一步减少势能损失、减少热能释放、减少碳排放，提高机械效率，增加机件使用寿命，减少燃油用量，降低工作成本；结构简单，独立便捷，为许多机械设备的技术进步和自然环境保护做出贡献。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明超高压氮气节能辅助缸的结构示意图；

图2为本发明超高压氮气节能辅助缸的活塞结构示意图。

附图标记：

1：吊耳 2：防尘封 3：第二格莱圈

4：喷油孔 5：润滑油腔 6：导向支撑

7：有杆腔 8：活塞杆 9：活塞

10：无杆腔 11：进出气孔 12：备用气缸

13：截止阀 14：灭火软管 15：灭火器

16：吸收盘 17：单向阀 18：润滑油管

19：贯通孔 20：测压表 21：纳污环

22：支撑环 23：第一格莱圈

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图所示，本发明提供了一种超高压氮气节能辅助缸，包括缸体、活塞9、活塞9杆和润滑油管18；

活塞9设置在缸体内，将缸体内部分隔为两个腔体；

其中一个腔体中设置有活塞杆8，为有杆腔7；

另一个腔体内没有设置活塞杆8，为无杆腔10；

活塞杆8的一端与固定活塞9连接，另一端在缸体的一端伸出；

润滑油管18与缸体的两端的外壁连接，用于连通有杆腔7和无杆腔10；

润滑油管18上设置有单向阀17，使润滑油管18内的液压油只能从无杆腔10流向有杆腔7。

缸体一般设置为圆筒状，也可以是方筒状等，其形状可以根据挖掘机的具体安装位置进行设置。

在无杆腔10的底部设置一层液压油，当活塞9下行时，有杆腔7内的气压降低，无杆腔10内的气压升高，从而通过润滑油管18将液压油从无杆腔10压入到有杆腔7内，由于重力的原因，液压油会落在活塞9上，从而对活塞9与缸体之间进行润滑和降温。

当活塞9上行时，有杆腔7内的气压升高，无杆腔10内的气压降低，此时，在润滑油管18上设置单向阀17，就能够有效的避免润滑油管18内的液压油回流，避免了当活塞9再次下行时没有液压油排出进而无法对活塞9进行润滑的情况发生。

也就是说，润滑油管18的下端需要设置在无杆腔10的底部，而润滑油管18的上端设置在有杆腔7内即可，其位置可以进行适当的调整。

在使用过程中，活塞杆8与连接重物，当重物给活塞杆8一个压力时，活塞杆8带动活塞9移动，进而压缩无杆腔10的空间，此时，无杆腔10内的液压油通过润滑油管18进入到有杆腔7内，对活塞9进行强制润滑，同时，无杆腔10内的高压氮气被压缩，通过氮气缓冲作用，进一步将重物下降的势能产生的多余热能抵消，开始蓄能；当使用本装置给提升重物的动力装置提供辅助动力时，无杆腔10内的高压氮气的压力释放，推动活塞9上移，带动活塞杆8上移，继而给与活塞杆8连接的重物一个上升的力，起到辅助动力作用。

在缸体上还可以连接氮气蓄能罐、集成控制块等装置。

当挖掘机的举升臂的力度很大时，无杆腔10的压力无法满足其蓄力的要求，可以通过设置氮气蓄能罐的方式，增加无杆腔10的蓄能能力。

在挖掘机上设置集成控制块，可以实现对整个节能辅助缸的智能化控制。

优选的实施方式为，活塞9上设置有贯通孔19，用于将有杆腔7内的液压油流回无杆腔10内。

在活塞9上设置贯通孔19，可以避免了由于润滑油管18上的单向阀17的作用而导致有杆腔7内被液压油充满的情况发生。当有杆腔7内的液压油累积到一定程度时，会从贯通孔19内流下，进入到无杆腔10内以达到重复利用的效果。

活塞9上的贯通孔19数量和直径可以根据实际的工作压力、工作效率等情况进行具体设置，其需要在不影响无杆腔10进行蓄能的情况下，尽可能的将直径或数量放大，以保证有杆腔7内没有大量的液压油的积压，以造成浪费。

优选的实施方式为，活塞9设置在有杆腔7的一侧上设置有储油部；

储油部为台阶状；

较高的台阶设置靠近在活塞9中心的方向；

储油部与缸体的内壁共同围成储油槽。

此时的贯通孔19设置在台阶上，即储油槽外，贯通孔19不会将储油槽内的液压油排出。

有杆腔7内通过润滑油管18进来的液压油被储油槽存储，由于储油槽的一个侧壁为缸体的内壁，另一端侧壁为活塞9上的台阶侧壁，储油槽的底部为活塞9的台阶中较矮的一阶，这样储油槽内的液压油就会对活塞9和缸体的内壁进行强制润滑，从而对活塞9与缸体之间进行润滑和降温，也保证了有杆腔7与无杆腔10的密封度。

当储油槽内的液压油过多时，其会从储油槽内溢出，通过贯通孔19流入到无杆腔10内进行循环使用。

优选的实施方式为，活塞9与缸体之间设置有密封结构，用于隔离有杆腔7与无杆腔10；

密封结构包括第一格莱圈23、两个支撑环22和两个纳污环21；

两个支撑环22设置在第一格莱圈23的两侧；

纳污环21设置在支撑环22远离第一格莱圈23的一侧。

格莱圈由一个橡胶O型圈及聚四氟乙烯圈组合而成，材质为PTFE+NBR，特殊情况下橡胶弹性体丁腈胶NBR采用氟胶FKM。它可分为孔用格莱圈和轴用格来圈，但其密封作用是一样的，依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力，阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时，压力液体通过O形密封圈的弹性变形始最大限度地挤压方形密封圈，使之紧贴密封表面而产生较高的随压力液体的压力增高而增高的附加接触应力，并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。格莱圈具有摩擦力低，无爬行，启动力小，耐高压等优点。

在活塞9和缸体之间设置第一格莱圈23，既能对活塞9与缸体之间进行支撑保护，又能降低了活塞9与缸体之间的摩擦。

由于在有杆腔7和无杆腔10内均有氮气的进出，两个腔体内均会与外界进行连通，因此会对腔体内造成一定的污染，如灰尘污染等，这些污染有可能会对第一格莱圈23造成破坏，在支撑环22远离第一格莱圈23的一侧设置有纳污环21，将两侧的腔体内的灰尘等污染物吸收，避免了对第一格莱圈23的破坏，提高了密封结构的密封性和使用寿命。

第一格莱圈23的上表面可以是与活塞9中较矮的台阶平齐，与台阶共同构成储油槽的底部，也可以是将活塞9设置为没有台阶的结构，使第一格莱圈23的上表面高度低于活塞9的上表面高度，进而形成一个台阶，此时，将整个第一格莱圈23的上表面作为储油槽的底部。

优选的实施方式为，活塞杆8与缸体之间设置有第二格莱圈3和防尘封2；

防尘封2设置在第二格莱圈3远离有杆腔7的一侧；

第二格莱圈3的内圈上设置有润滑油腔5。

为保证第二格莱圈3的使用寿命，避免外界环境对其造成破坏，可以在第二格莱圈3的外侧设置防尘封2，通过防尘封2保证灰尘等污染物不会对第二格莱圈3造成破坏。

在第二格莱圈3上设置润滑油腔5，能够在润滑油腔5内设置液压油，进而对第二格莱圈3进行强制润滑和液体密封，以保证其不会由于长时间的摩擦而发热烧死，同时也保证了其密封效果。

在第二格莱圈的下方还可以是设置导向支撑6，方便进行安装。

为保证气封的密封性，还可以是将第二格莱圈3与星形封进行组合使用，以使活塞杆8与缸体之间的密封能够抗高压，形成高压气封。

优选的实施方式为，润滑油管18的一端与润滑油腔5连通，能够对第二格莱圈3进行润滑和辅助密封；

第二格莱圈3的外圈上设置有与润滑油腔5连通的喷油孔4。

将润滑油管18与润滑油腔5连通，可以及时的补充润滑油腔5内的液压油，再通过喷油孔4将润滑油腔5内的液压油喷出，进入到有杆腔7内，保证了液压油的循环使用。

优选的实施方式为，超高压氮气节能辅助缸还包括备用气缸12；

备用气缸12通过进出气孔11与无杆腔10连通。

进出气孔11的位置要高于无杆腔10内的液压油的液面。

在无杆腔10外连通一个备用气缸12，相当于扩大了无杆腔10的容积，进而增加了无杆腔10的蓄能效果。

备用气缸12的容积大小根据活塞9的行程决定，当行程较大时可以选用容积较大的备用气缸12，行程较小时，可以选用容积较小的备用气缸12。

在备用气缸12上设置充放气阀组，通过充放气阀组可以给备用气缸12进行充气。

还可以将备用气缸12设置为环状，其内环套设在缸体上，也就是将备用气缸12和缸体形成一个整体，进而使整个装置体积在设置了备用气缸12后不产生较大变化，充分利用了每一点空间。

需要指出的是，备用气缸12的形状可以根据具体实际情况进行设定，其不仅仅局限于环状。

优选的实施方式为，备用气缸12上设置有灭火软管14；

灭火软管14通过手动阀或截止阀13与备用气缸12连通，能够利用备用气缸12内的氮气进行灭火。

所述灭火软管14通过手动阀或截止阀13与所述备用气缸12连通，能够利用备用气缸12内的氮气进行灭火。

在备用气缸12上连接灭火软管14，通过手动阀或截止阀13控制备用气缸12与灭火软管14的连通，再在灭火软管14的端部连接灭火器15，进而可以使用备用气缸12内的氮气进行灭火，进而增加了本装置的功能，使其的使用范围更加的广泛，应用多元化。

需要指出的是，灭火软管处还可以设置带开关的干粉罐，使本装置既能直接用氮气灭火，也可以打开干粉罐，用干粉灭火，进而增加了灭火功能。

优选的实施方式为，润滑油管18上设置有测压表20；

和/或，

润滑油管18设置在无杆腔10的一端设置有吸收盘16。

根据润滑油管18上的测压表20，可以实时监控缸体内的压力。

在润滑油管18设置在无杆腔10内的一端设置吸收盘16，能够增加润滑油管18的吸油效率，保证了不会因油液太少而无法进行吸收的情况发生。

优选的实施方式为，缸体远离有杆腔7的一端设置有吊耳1；

活塞杆8远离活塞9的一端设置有吊耳1。

通过在活塞杆8远离活塞9的一端设置吊耳1与辅助的重物连接，在缸体远离有杆腔7的一端设置吊耳1，使之固定。

通过两个吊耳1的设置，可以很简单的将本装置与需要进行辅助动力的装置连接。

需要指出的是，与需要进行辅助动力的装置的连接方式可以是吊耳1，但其不仅仅局限于吊耳1，其还可以是其他结构，如可以是吊钩，如可以是固定座等，只要能够将本装置与需要进行辅助动力的装置连接即可。

总上述可以看出，本发明为进一步节能开启了新的途径，动臂节能。在不影响设备其他节能系统工作的情况下，进一步为机械系统节能，减少工作时设备产生的不必要能耗。

本发明提供的超高压氮气节能辅助缸，将液压缸的活塞杆8附加在挖掘机的大臂上，将液压缸的缸筒设置在挖掘机的底座上，整个装置不使用挖掘机的发动机的动力，从而实现在不消耗挖掘机功率的情况下，增加了挖掘机大臂的举升力，从而可以增加铲斗的容积及工作臂的长度，进一步增加了工作效率及工作半径；在作业过程中，工作装置的重力势能造成的能耗得到最大程度的优化，不消耗额外的机械能，既节省能量，又减少了液压系统的发热；在机重相同的前提下，作业稳定性提高，这对提升性能、节省燃料有着非常重要的意义；能通过氮气进行蓄能，进一步减少势能损失、减少热能释放、减少碳排放，提高机械效率，增加机件使用寿命，减少燃油用量，降低工作成本；结构简单，独立便捷，为许多机械设备的技术进步和自然环境保护做出贡献。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，包括缸体、活塞、活塞杆和润滑油管；

所述活塞设置在所述缸体内，将所述缸体内部分隔为两个腔体；

其中一个腔体中设置有活塞杆，为有杆腔；

另一个腔体内没有设置活塞杆，为无杆腔；

所述活塞杆的一端与所述活塞固定连接，另一端在所述缸体的一端伸出；

所述润滑油管与所述缸体的两端的外壁连接，用于连通所述有杆腔和所述无杆腔；

所述润滑油管上设置有单向阀，使所述润滑油管内的液压油只能从所述无杆腔流向所述有杆腔；

所述活塞设置在所述有杆腔的一侧上设置有储油部；

所述储油部为台阶状；

较高的台阶设置靠近在所述活塞中心的方向；

所述储油部与所述缸体的内壁共同围成储油槽；

所述活塞上设置有贯通孔，用于将所述有杆腔内的液压油回流所述无杆腔内。

2.根据权利要求1所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，所述活塞与所述缸体之间设置有密封结构，用于隔离所述有杆腔与所述无杆腔；

所述密封结构包括第一格莱圈、两个支撑环和两个纳污环；

两个所述支撑环设置在所述第一格莱圈的两侧；

所述纳污环设置在所述支撑环远离所述第一格莱圈的一侧。

3.根据权利要求1所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，所述活塞杆与所述缸体之间设置有第二格莱圈和防尘封；

所述防尘封设置在所述第二格莱圈远离所述有杆腔的一侧；

所述第二格莱圈的内圈上设置有润滑油腔。

4.根据权利要求3所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，所述润滑油管的一端与所述润滑油腔连通，能够对所述第二格莱圈进行润滑和辅助密封；

所述第二格莱圈的外圈上设置有与所述润滑油腔连通的喷油孔。

5.根据权利要求1所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，还包括备用气缸；

所述备用气缸通过进出气孔与所述无杆腔连通。

6.根据权利要求5所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，所述备用气缸上设置有灭火软管；

所述灭火软管通过手动阀或截止阀与所述备用气缸连通，能够利用备用气缸内的氮气进行灭火。

7.根据权利要求1所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，所述润滑油管上设置有测压表；

和/或，

所述润滑油管设置在所述无杆腔的一端设置有吸收盘。

8.根据权利要求1-7任一项所述的超高压氮气节能辅助缸，其特征在于，所述缸体远离所述有杆腔油腔的一端设置有吊耳；

所述活塞杆远离所述活塞的一端设置有吊耳。