CN105003487B - 低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸 - Google Patents

低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，包括底缸，底缸的缸筒内设有依次套设的第一级缸筒、中间级缸筒和末级缸筒，通过设置在各级缸筒内的活塞将各级缸筒逐级推出，每级缸筒的活塞与其前一级缸筒内壁之间均设有液压轴承，末级缸筒顶端的内壁上固定有立柱，立柱与末级缸筒上部的侧壁之间设有液压轴承。该多级缸能够有效防止末级缸筒因承载力过大发生偏移而造成摩擦阻力增大。

Description

低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸
技术领域
本发明涉及一种液压缸，特别是一种适合采用电液伺服系统控制的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸。
背景技术
目前,在工程机械设备上得到广泛使用的单作用多级缸都是根据满足工程设备实际使用要求设计。这类工程缸因它的摩擦阻力较大、行程固定，不能满足侦察指挥车上的升降高度任意可调和定位正确及旋转角范围限制等特殊要求。因此，只能采用电液伺服伸缩缸方案解决，即根据电液伺服控制升降系统任务特殊要求设计一种垂直安装单作用伺服伸缩缸。
然而，现有工程多级缸并不能在电液伺服系统被采用，其主要原因是：因为工程多级缸摩擦阻力大，每级缸行程固定，所以如何能做到在电控下，工作时上下来回顺畅、升降高度可调和定位稳定，关键技术要做到摩擦阻力很小，使得电液伺服伸缩缸要远比工程伸缩缸摩擦阻力小得多。若电液伺服伸缩缸摩擦阻力大，其结果轻则缸在运动中会出现爬行现象，使缸升降高度不准，定位不稳定，达不到使用要求；重则，缸在下降时靠负载重量和自重不能克服缸的摩擦阻力而被卡住。
多级液压缸的结构特点是每级缸筒内套有较小级缸的缸筒，以六级液压缸为例，第一级缸的缸筒是固定的；最小第六级缸的活塞杆完全伸出。工作时每一级伸缩至少有二只缸的活塞端轴承起支撑作用，一只是伸缩级缸的活塞端轴承；另一只是下一伸缩级缸的活塞端轴承，以抵抗伸出级由重量和负载的偏心载荷及外部风力作用下产生的力矩。(如第五级缸工作时，一只是第五级缸的活塞端轴承，另一只是第六级缸的活塞端轴承共同起支撑作用以抵抗伸出级由重量和负载的偏心载荷及外部风力作用下产生的力矩。)力矩的径向力使两只活塞端轴承处产生摩擦阻力，若油缸刚度不够，会产生一定的挠度，而增加缸的摩擦阻力。而对于顶端第六级缸，只有一只活塞端轴承留在第六级缸的缸筒内支撑第六级缸。当第六级缸的活塞杆全部伸出，会形成一 支负载有250kg的细长垂直举臂，油缸工作时，在自重、负载偏心负荷的径向力及风力作用下，第六级缸的活塞杆引起的挠度通常要比其他各伸缩级要大，增加了液压缸摩擦阻力。
此外，每一级缸的同轴度、安装时的垂直度、液压缸的密封工作、材料本身的力学性能等都会对液压缸的摩擦阻力产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸。
为了实现上述目的，本发明提供的一种低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，包括底缸，底缸的缸筒内设有第一级缸筒，第一级缸筒内设有能够带动第一级缸筒运动的第一级活塞，底缸的缸筒端部设有限制第一级缸筒位移的底缸端盖，第一级缸筒内设有至少一级中间级缸筒，每级中间级缸筒均设置在其前一级缸筒内，每级中间级缸筒内均设有能够带动该级中间级缸筒运动的中间级活塞，每级中间级缸筒的前一级缸筒端部都设有中间级端盖，用于限制每级中间级缸筒的位移，最后一级中间级缸筒内设有末级缸筒，第一级缸筒、中间级缸筒至末级缸筒首尾连通，末级缸筒内设有能够带动末级缸筒运动的末级活塞，最后一级中间级缸筒端部设有末级端盖，用于限制末级缸筒的位移，每级缸筒的活塞与其前一级缸筒内壁之间均设有液压轴承，末级缸筒顶端的内壁上固定有立柱，立柱与末级缸筒上部的侧壁之间设有液压轴承。
优选地，所述第一级活塞、中间级活塞以及末级活塞均与其各自对应的缸筒内壁一体成型。
进一步地，所述第一级活塞、中间级活塞、末级活塞的两端均沿径向朝外侧伸出形成凸缘，所述底缸端盖、中间级端盖、末级端盖通过遮挡所述凸缘来限制各级缸筒的位移。
优选地，所述立柱的固定方式，是在末级缸筒的顶部内壁上设置凹槽，立柱顶端置入凹槽中并固定于凹槽的上壁，液压轴承设置在凹槽侧壁与立柱端部侧面之间。
优选地，所述底缸下部的底缸底板中心开设定位孔，用于装配对中柱，在底缸的缸筒、第一级缸筒、中间级缸筒底部均开设有与定位孔同轴线的止口以供对中柱装配。
优选地，底缸中设有第一级限扭转柱，第一级限扭转柱的一端固定在底缸底端，另一端从第一级活塞的本体中穿出，自第一级活塞起，相邻的两级活塞之间均设有中间级限扭转柱，中间级限扭转柱的一端固定在前一级缸筒的活塞上，另一端从后一级缸筒的活塞本体中穿出。
进一步地，所述第一级限扭转柱和中间级限扭转柱均以缸筒的轴线为中心轴沿圆周分布。
优选地，所述中间级缸筒的数量为4个。
优选地，每级缸筒完全伸出后的总长为11000mm
本发明提供的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，采用立柱设置在末级缸筒中，末级缸筒上部的侧壁之间设有液压轴承，与末级活塞外侧的液压轴承配合使用后，形成了对末级缸筒(柱塞杆)两端支撑，牢固稳定，防止末级缸筒因承载力过大发生偏移而造成摩擦阻力增大。
附图说明
图1为本发明所提供的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸的剖视图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，本发明以中间级缸筒的数量为4个(即总共形成6级缸)为例，提供一种低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸。其中为了缩小附图长度，每级液压缸中均采用截断画法。
该低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸包括底缸11，底缸11底部为底缸底板12，通过连接板17和螺栓固定保持不动，底缸11的缸筒内设有第一级缸筒1，第一级缸筒1底部向内侧延伸形成与缸筒内壁一体成型的第 一级活塞2，底缸11的缸筒端部设有底缸端盖3，底缸端盖3的上表面向内侧延伸形成环形的挡板，第一级活塞2的上部沿径向朝外侧伸出形成凸缘，挡板用于挡住所述凸缘，从而限制第一级缸筒1继续向上移动，第一级缸筒1内设有至少四级中间级缸筒4，每级中间级缸筒4均设置在其前一级缸筒内，即第二级缸筒设置在第一级缸筒内，第三级缸筒设置在第二级缸筒内，第四级缸筒设置在第三级缸筒内，第五级缸筒设置在第四级缸筒内，正如第一级缸筒1一样，每级中间级缸筒4底部内均设有与中间级缸筒4内壁一体成型的中间级活塞5，每级中间级缸筒4的前一级缸筒端部都设有中间级端盖6，也同样向内侧延伸形成挡板，以遮挡住各中间级活塞5上部沿径向朝外侧伸出形成的凸缘，从而限制每级中间级缸筒4的位移，最后一级中间级缸筒4内设有末级缸筒7，即第六级缸筒设置在第五级缸筒内，末级缸筒7上部与柱塞杆一体成型，第一级缸筒1、中间级缸筒4至末级缸筒7首尾连通，以导通压力液，相似地，末级缸筒7底部内设有与末级缸筒7底部内壁一体成型的末级活塞8，最后一级中间级缸筒4端部设有末级端盖9，端盖向内侧延伸形成的挡板用于遮挡末级活塞8上部向沿径向外侧伸出形成的凸缘，从而限制末级缸筒7的位移。每级缸筒的活塞与其前一级缸筒内壁之间均设有液压轴承10，末级缸筒7顶端的内壁上固定有立柱13，立柱13与末级缸筒7上部的侧壁之间也设有液压轴承10。这样，末级缸之前的各级活塞都能够得到两端的液压轴承10支撑，而对于末级缸筒7来说，采用立柱13设置在末级缸筒7中，末级缸筒7上部的侧壁之间也设有液压轴承10，与末级活塞8外侧的液压轴承配合使用后，也形成了对末级缸筒7(柱塞杆)两端支撑，牢固稳定，防止末级缸筒7因承载力过大发生偏移而造成摩擦阻力增大。
所述立柱13的固定方式，是在末级缸筒7的顶部内壁上设置环形内壁的凹槽，立柱13顶端置入凹槽中并通过螺钉固定于凹槽的上壁，液压轴承10设置在凹槽侧壁与立柱13端部侧面之间。
底缸底板12的中心开设定位孔14，用于装配对中柱，在底缸的缸筒、第一级缸筒1、中间级缸筒4底部均开设有与定位孔14同轴线的止口以供对中柱装配。给对中柱提供了装配空间后，能够更好地提高各级液压缸在装配时的对中度，这样才能做到仅密封件与缸筒有直接接触，而活塞与缸筒无直 接接触，这样在液压缸靠自重和负载重量下降时，不会发生液压缸被卡死现象。
底缸11中设有第一级限扭转柱15，第一级限扭转柱15的一端固定在底缸11底端，另一端从第一级活塞2的本体中穿出，自第一级活塞2起，相邻的两级活塞之间均设有中间级限扭转柱16，中间级限扭转柱16的一端固定在前一级缸筒的活塞上，另一端从后一级缸筒的活塞本体中穿出。每一级的限扭转柱均以缸筒的轴线为中心轴沿圆周分布。由于负载重心与液压缸中心不同心会产生的径向扭矩、各级缸摩擦阻力产生的径向剪切力、液压缸内压力液流动产生的径向剪切力影响以及外界风力等都会造成液压缸升降过程中发生旋转，各级的限扭转柱可抵消各级活塞上的剪切力，并将扭转力逐级传送到底部不动的底缸底板上消除，从而避免液压缸升降过程中的旋转。
此外，由于克服了摩擦阻力问题并限制了液压缸的旋转，本发明提供的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸更适合作为为电液伺服低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸来使用，尤其能够满足侦察指挥车上的升降高度任意可调和定位正确及旋转角范围限制等特殊要求。
本发明提供的六级液压缸，在每级缸筒完全伸出后的总长可达11000mm，全部缩回后的总长不长于2000mm。
以上对本发明所提供的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，包括底缸，底缸的缸筒内设有第一级缸筒，第一级缸筒内设有能够带动第一级缸筒运动的第一级活塞，底缸的缸筒端部设有限制第一级缸筒位移的底缸端盖，第一级缸筒内设有至少一级中间级缸筒，每级中间级缸筒均设置在其前一级缸筒内，每级中间级缸筒内均设有能够带动该级中间级缸筒运动的中间级活塞，每级中间级缸筒的前一级缸筒端部都设有中间级端盖，用于限制每级中间级缸筒的位移，最后一级中间级缸筒内设有末级缸筒，第一级缸筒、中间级缸筒至末级缸筒首尾连通，末级缸筒内设有能够带动末级缸筒运动的末级活塞，最后一级中间级缸筒端部设有末级端盖，用于限制末级缸筒的位移，其特征在于，每级缸筒的活塞与其前一级缸筒内壁之间均设有液压轴承，末级缸筒顶端的内壁上固定有立柱，立柱与末级缸筒上部的侧壁之间设有液压轴承；底缸中设有第一级限扭转柱，第一级限扭转柱的一端固定在底缸底端，另一端从第一级活塞的本体中穿出，自第一级活塞起，相邻的两级活塞之间均设有中间级限扭转柱，中间级限扭转柱的一端固定在前一级缸筒的活塞上，另一端从后一级缸筒的活塞本体中穿出。
2.根据权利要求1所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，所述第一级活塞、中间级活塞以及末级活塞均与其各自对应的缸筒内壁一体成型。
3.根据权利要求2所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，所述第一级活塞、中间级活塞、末级活塞的两端均沿径向朝外侧伸出形成凸缘，所述底缸端盖、中间级端盖、末级端盖通过遮挡所述凸缘来限制各级缸筒的位移。
4.根据权利要求1所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，所述立柱的固定方式，是在末级缸筒的顶部内壁上设置凹槽，立柱顶端置入凹槽中并固定于凹槽的上壁，液压轴承设置在凹槽侧壁与立柱端部侧面之间。
5.根据权利要求1所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，所述底缸下部的底缸底板中心开设定位孔，用于装配对中柱，在底缸的缸筒、第一级缸筒、中间级缸筒底部均开设有与定位孔同轴线的止口以供对中柱装配。
6.根据权利要求1所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，所述第一级限扭转柱和中间级限扭转柱均以缸筒的轴线为中心轴沿圆周分布。
7.根据权利要求1所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，所述中间级缸筒的数量为4个。
8.根据权利要求1-7任一所述的低摩擦无旋转垂直单作用伺服多级伸缩缸，其特征在于，每级缸筒完全伸出后的总长为11000mm。
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