CN104930017B - 一种可调节两端缓冲能量的液压装置 - Google Patents

一种可调节两端缓冲能量的液压装置 Download PDF

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    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators

Abstract

本发明公开一种可调节两端缓冲能量的液压装置，在液压缸的第一、第二液压进出油口外端，延长液压缸筒，在两端端部增加第一缓冲油口和第二缓冲油口，第一、第二缓冲油口分别连接两个独立的第一、第二缓冲蓄能器，第一、第二缓冲蓄能器的预充压力大于系统正常工作压力。当活塞运动超过第一或第二液压进出油口时，直接对缓冲蓄能器做功。缓冲能量便可由缓冲蓄能器的预充压力和容积来调节。本发明的液压装置利用外置的缓冲蓄能器的压力和用户可自主设置的容积，使得液压缸的缓冲能力大大提高，缓冲特性更适合动子的缓冲要求，从而避免了在恶劣海况下液压缸内活塞对缸体的撞击，提高了液压缸的使用寿命和波浪能装置的安全性。

Description

一种可调节两端缓冲能量的液压装置
技术领域
本发明提供了一种具备缓冲供能的液压装置，具体涉及一种在活塞行程两端均可调节缓冲能量的高速液压缸。
背景技术
由于波浪的往复特性和液压能量转换系统的优越性，液压式波浪能转换装置得到较快发展，取得了较显著的研究成果。液压式波浪能转换装置由动子、静子、液压缸和能量转换系统等构成。波浪通过动子推动液压缸做功，将波浪能转化为液压能。因此，波浪能装置中的液压缸并不是将液压能转换为往复形式机械运动的液压执行元件，而是将动子的机械能转化为液压能的能量转换元件，是液压式波浪能转换装置的核心部件之一。
大浪下动子驱动液压缸大幅运动，其运动范围容易达到液压缸的设计行程极限，导致液压缸活塞与缸盖之间发生机械撞击，造成破坏。如何在恶劣海况下保护波浪能装置中液压缸不被破坏，是该类型波浪能装置设计工作者必须解决的难题。
当前作为液压执行元件的液压缸在驱动质量较大或速度较快的工作部件时，常采用圆柱形环隙式、可变节流槽式和可调节流孔式等缓冲设计。这些缓冲设计的基本原理是当活塞运行到终端之前一定距离时将液压油封堵起来，迫使液压油从空隙或排油小孔流出，增大阻力，减缓速度。但是，这些缓冲设计的缓冲能量太小，缓冲特性固定，远远达不到波浪能装置在恶劣海况下的缓冲要求。波浪能装置防撞击机制只能采用空气弹簧，辅助一些防撞橡胶、弹簧、板簧等弹性材料，但仍难于避免液压缸的撞击，极大影响液压缸的使用寿命和波浪能装置的安全。因此，提出一种合理的液压缸保护方法至关重要。
发明内容
本发明充分利用波浪能，通过外置的缓冲蓄能器的压力和用户可自主设置的容积，使得液压缸的缓冲能力大大提高，缓冲特性更适合动子的缓冲要求，从而避免了在恶劣海况下液压缸内活塞对缸体的撞击，提高了液压缸的使用寿命和波浪能装置的安全性。为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种可调节两端缓冲能量的液压装置，除包括有两端采用端盖封闭的缸筒和缸筒内滑动的活塞，还包括有第一缓冲蓄能器、第二缓冲蓄能器、第一缓冲油口、第二缓冲油口、第一液压进出油口和第二液压进出油口，所述第一缓冲油口、第二缓冲油口分别设于所述缸筒的左端和右端，所述第一缓冲油口将第一缓冲蓄能器与缸筒的左腔连通，所述第二缓冲油口将第二缓冲蓄能器与缸筒的右腔连通，所述第一液压进出油口设于缸筒壁上，并与第一缓冲油口间隔的空腔为第一缓冲腔，所述第二液压进出油口设于缸筒壁上，并与第二缓冲油口间隔的空腔为第二缓冲腔，所述活塞长度大于所述第一缓冲腔和第二缓冲腔两者中的较大者，所述缸筒在第一液压进出油口和第二液压进出油口间的空腔为做功腔，活塞长度小于或等于做功腔长度，所述第一液压进出油口与第二液压进出油口在缸筒外相连通。
进一步，所述活塞中间套设有密封圈，且活塞长度大于第一缓冲腔长度和第二缓冲腔长度之和。
所述第一缓冲油口和第二缓冲油口分别设置在缸筒两端的端盖或缸筒壁上。
进一步，所述活塞由单出杆或双出杆驱动。
进一步，所述第一液压进出油口和第二液压进出油口在缸筒外的通过第一单向阀相连通。
进一步，所述第一液压进出油口还连通有油箱，所述第二液压进出油口还通过第二单向阀与蓄能器连通。
进一步，所述第一、第二缓冲蓄能器为皮囊式蓄能器，或者为活塞式蓄能器。
本发明的一种可调节两端缓冲能量的液压装置，主要是针对液压式波浪能装置在恶劣海况下液压缸的防撞保护机制。根据波浪能装置相关参数要求，液压缸设计定型的基础上，再延长液压缸两端，延长活塞长度，增加两个缓冲蓄能器，再根据实际需要的缓冲能量要求，给缓冲蓄能器预充压力。结构简单，安装容易，使用方便，非常有利于本发明的推广应用。
附图说明
图1为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的结构示意图。
图2为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的另一实施例的结构示意图。
图3为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第一工作状态图。
图4为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第二工作状态图。
图5为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第三工作状态图。
图6为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第四工作状态图。
图7为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第五工作状态图。
图8为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第六工作状态图。
图9为本发明的可调节两端缓冲能量的液压装置的第七工作状态图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例
请参阅图1和图2，图1是本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的结构示意图，采用直筒式的单出杆式液压缸，包括有缸筒3、缸筒内滑动的活塞8、封闭缸筒两端口的左端盖1和右端盖14，在上述液压缸的基础上，还包括有第一缓冲蓄能器16、第二缓冲蓄能器20、第一缓冲油口2、第二缓冲油口12、第一液压进出油口5和第二液压进出油口10。
所述缸筒3在活塞8左侧的空腔为左腔，在活塞8右侧的空腔为右腔。
所述第一缓冲蓄能器16和第二缓冲蓄能器20分别通过第一缓冲油口2和第二缓冲油口12连通缸筒3，第一缓冲油口2设置与缸筒3的左端，进一步则设置在左端盖1上或者缸筒3在左侧端口的筒壁上，第二缓冲油口12设置与缸筒3的右端，进一步则设置在右端盖14上或者缸筒3在右侧端口的筒壁上。
所述第一缓冲蓄能器16和第二缓冲蓄能器20采用皮囊式蓄能器或活塞式蓄能器，在本实施例中，如图1，采用活塞式蓄能器，其包括有第一气腔17/第二气腔21、第一油腔18/第二油腔22、隔绝上述两者的第一滑塞161/第二滑塞201和连通第一油腔18/第二油腔22与第一缓冲油口12/第二缓冲油口13的管路19/23。
所述第一液压进出油口5和第二液压进出油口10分别设置在缸筒3的左腔和右腔的筒壁上，并且第一液压进出油口5与第一缓冲油口2之间的缸筒3空腔为第一缓冲腔6，第二液压进出油口10与第二缓冲油口12之间的缸筒3空腔为第二缓冲腔9。
进一步，作为一个实施例，如图3，所述第一液压进出油口5和第二液压进出油口10在缸筒3外相连通，并且在两者之间的连通管道中还设有第一单向阀24，以控制第一液压进出油口5与第二液压进出油口10的导通与否；进一步，作为另一个实施例，所述第一液压进出油口5还连通有油箱(未标示)，第二液压进出油口10还通过第二单向阀25与蓄能器(未标示)连通。
所述活塞8的长度可分两种情况进行限定，当活塞8不设置密封圈时，活塞8的长度至少大于所述第一缓冲腔6与第二缓冲腔9中长度的较大者；当活塞8中设置有密封圈7时，活塞8的长度至少大于所述第一缓冲腔6与第二缓冲腔9两者的长度之合。进一步，所述活塞8的长度小于所述第一液压进出油口5和第二液压进出油口10之间的距离。缸筒3在所述第一液压进出油口5和第二液压进出油口10之间的空腔长度依据波浪能装置相关参数设定。
所述活塞8采用双出杆式推动或单出杆式推动，当活塞8为双出杆式推动时，所述左端盖1和右端盖14均采用密封圈与推杆活动式密封；当活塞8为单出杆式推动时，左端盖1或右端盖14采用密封圈与推杆活动式密封。
因此，本发明中的活塞8长度将远远大于现有液压缸活塞的长度。虽然活塞8长度较普通的液压缸长，但仅在活塞8中间部分加装密封圈7，缸筒3与活塞8仅在密封圈7处摩擦，不与活塞8两端延长部分接触、摩擦，延长的活塞8并不增加活塞8与缸筒3之间的摩擦阻力，液压缸的转换效率不变。
第二液压进出油口10接入液压能量转换系统的高压管路或者蓄能器，第一液压进出油口5连接低压管路或者油箱，即液压缸没有腔室连接大气。第一缓冲油口2和第二缓冲油口12分别外接两个独立的第一缓冲蓄能器16和第二缓冲蓄能器20。第一缓冲蓄能器16与第二缓冲蓄能器20的预充压力大于第一缓冲油口2和第二缓冲油口12的正常工作压力。在液压缸正常工作时，第一缓冲油口2和第二缓冲油口12的压力小于第一缓冲蓄能器16和第二缓冲蓄能器20的预充压力，第一气室17和第二气室21的体积已最大，不会影响液压缸的正常功能。当波浪能量过大，波浪外力作用下，活塞8运动范围超出了第一液压进出油口5或第二液压进出油口10，液压缸进入缓冲工作状态。由于第一缓冲蓄能器16和第二缓冲蓄能器20所承受压力远大于液压能量转换系统的压力，液压负载阻力陡增，在高液压负载下，液压缸压缩空气的体积，转换成的液压能便是缓冲能量。缓冲能量W＝P0V0ln(V0/(V0-V))，其中P0为缓冲蓄能器预充压力，V0为缓冲蓄能器容积，V为有杆缓冲腔或者无杆缓冲腔的容积。因此，外置的第一、第二缓冲蓄能器16/20的容积和预充压力决定了液压缸的缓冲能量和缓冲特性。对于既定的液压缸，左腔6和右腔9的容积已确定，那么用户便可以根据液压缸的缓冲曲线要求，确定第一、第二缓冲蓄能器16/20的容积和预充压力，实现用户的工况要求。在液压缸设计的最高工作压力范围内，均可设置液压缸的缓冲能量。本发明的可调节缓冲能量的液压装置，其缓冲能量和缓冲特性都是由外置的第一、第二缓冲蓄能器16/20容积和压力决定，结构简单，缓冲能量大，使用非常灵活。
结合图3至图9所示的可调节两端缓冲能量的液压装置的第一至第七工作状态图，以单出杆式活塞为例进行说明，可以进一步了解本发明实施例的工作原理。
如图3所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第一工作状态图，第一工作状态为随动过程：液压缸活塞杆15在外力作用下，推动活塞8往左腔6运动。当活塞8在第一液压进出油口5和第二液压进出油口10之间时，第一液压进出油口5往外出液压油，通过第一单向阀24和第二液压进出油口10给右腔9进液压油，外置的第一缓冲蓄能器16和第二缓冲蓄能器20各自的气腔17/21处于体积最大状态，第一滑塞161和第二滑塞201均不动作。
如图4所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第二工作状态图，第二工作状态为左腔缓冲过程：在恶劣海况下，活塞8向左腔6的运动超出第一液压进出油口5，第一液压进出油口5便被活塞8封堵，液压油静止不动。外力对第一缓冲蓄能器16做功，液压油进入第一缓冲蓄能器16的第一油室18，邮箱的液压油通过单向阀24和第二液压进出油口10继续给右腔9进液压油，第二缓冲蓄能器20的第二滑塞201仍不动作。
如图5所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第三工作状态图，第三工作状态为左腔缓冲能量释放过程：外力动能缓冲完毕，活塞8开始向右腔9滑动，同时，第一缓冲蓄能器16释放缓冲能量，通过第一缓冲油口2向左腔6进液压油。第一液压进出油口5仍被封闭，液压油静止不动。右腔液压油通过第二液压进出油口10和第二单向阀25储存到蓄能器中。第二缓冲蓄能器20因为第二气腔21中预充气压大，第二滑塞201仍不动作。
如图6所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第四工作状态图，第四工作状态为液压缸做功过程：液压缸的活塞8在外力作用下继续向右腔滑动，活塞8已离开第一液压进出油口5的位置，第一缓冲蓄能器16的缓冲能量释放完毕而静止不动。油箱通过第一液压进出油口5向左腔6进液压油，右腔9的液压油继续通过第二液压进出油口10和第二单向阀25储存到蓄能器中。第二缓冲蓄能器20继续保持第二滑塞201不动作的状态。
如图7所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第五工作状态图，第五工作状态为右腔缓冲过程：在恶劣海况时，活塞8向右腔9滑动并超出第二液压进出油口10，第二液压进出油口10被封堵。通过第二缓冲油口12向缓冲蓄能器20进液压油，此时第二滑塞201动作使得第二气腔201压缩，即外力带动活塞8做功的机械能转化为第二缓冲蓄能器20的第二气腔201的空气内能。第一液压进出油口5则继续向左腔6进液压油，第一缓冲蓄能器16保持第一滑塞161不动作状态。
如图8所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第六工作状态图，第六工作状态为右腔缓冲能量释放过程：外力动能在第二缓冲蓄能器20处缓冲完毕，液压缸开始转而由活塞8向左腔6压缩滑动，第二缓冲蓄能器20释放能量，并通过第二缓冲油口12向右腔9进液压油。第二液压进出油口10仍然处于封堵状态，位于左腔6的第一液压进出油口5向油箱输出液压油，第一缓冲蓄能器16则仍保持第一滑塞161不动作状态。
如图9所示本发明实施例的可调节两端缓冲能量的液压装置的第七工作状态图，第七工作状态为随动状态：液压缸的活塞8在外力作用下继续向左腔6，活塞8此时已离开第二液压进出油口10，第二缓冲蓄能器20在第二气室21所缓冲空气内能也释放完毕，因而第二滑塞201保持不动作状态。第一液压进出油口5向油箱输出液压油，由于右腔9需要继续输入液压油，第一单向阀24打开，左腔6的液压油不再向油箱输出，而是通过第一单向阀24和第二液压进出油口10流向右腔9。第一缓冲蓄能器16仍然保持第一滑塞161不动作状态，之后重复第一工作状态。
以上第一工作状态至第七工作状态的切换是在大浪，台风浪等恶劣海况下，使液压缸运动范围过大的工作过程。在设定的波浪能装置最大工作波高以下正常海况时，液压缸活塞的运动范围在第一液压进出油口5和第二液压进出油口10之间，其工作过程只在第一工作状态、第四工作状态和第七工作状态之间切换。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种可调节两端缓冲能量的液压装置，包括有两端采用端盖封闭的缸筒和缸筒内由外力驱使滑动的活塞，其特征在于，包括有第一缓冲蓄能器、第二缓冲蓄能器、第一缓冲油口、第二缓冲油口、第一液压进出油口和第二液压进出油口，所述第一缓冲油口、第二缓冲油口分别设于所述缸筒的左端和右端，所述第一缓冲油口将第一缓冲蓄能器与缸筒的左腔连通，所述第二缓冲油口将第二缓冲蓄能器与缸筒的右腔连通，所述第一液压进出油口设于缸筒壁上，并与第一缓冲油口间隔的空腔为第一缓冲腔，所述第二液压进出油口设于缸筒壁上，并与第二缓冲油口间隔的空腔为第二缓冲腔，所述活塞长度大于所述第一缓冲腔和第二缓冲腔两者中的较大者，所述缸筒在第一液压进出油口和第二液压进出油口间的空腔为做功腔，活塞长度小于或等于做功腔长度，所述第一液压进出油口与第二液压进出油口在缸筒外相连通。
2.根据权利要求1所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于，所述活塞中间套设有密封圈，且活塞长度大于第一缓冲腔长度和第二缓冲腔长度之和。
3.根据权利要求1或2所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于，所述活塞由单出杆或双出杆驱动。
4.根据权利要求1所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于，所述第一缓冲油口和第二缓冲油口分别设置在缸筒两端的端盖或缸筒壁上。
5.根据权利要求1所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于，所述第一液压进出油口和第二液压进出油口在缸筒外通过第一单向阀相连通。
6.根据权利要求5所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于，所述第一液压进出油口还连通有油箱。
7.根据权利要求5所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于，所述第二液压进出油口还通过第二单向阀与蓄能器连通。
8.根据权利要求1所述的可调节两端缓冲能量的液压装置，其特征在于：所述第一、第二缓冲蓄能器为皮囊式蓄能器，或者为活塞式蓄能器。
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