CN105443490A - 一种液压油缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压油缸，包括：缸筒(4)、活塞杆组件和沿自身轴线设有第一通孔的导向套(2)，导向套(2)嵌设在缸筒(4)内并固定在缸筒(4)的开口端；活塞杆组件穿设在第一通孔内，且能够与缸筒(4)和导向套(2)相配合进行滑动，且活塞杆组件具有与液压油缸的无杆腔连通的中空结构。此种液压油缸能够提高液压油缸工作的稳定性；对于相同尺寸的活塞杆组件在保证稳定性不变的情况下，活塞杆组件能够承受更大的油液压力，从而提高液压油缸的使用性能；或者还可以通过减小活塞杆组件外径来降低液压油缸的重量，从而节约成本。

Description

一种液压油缸

技术领域

本发明涉及液压技术领域，尤其涉及一种液压油缸。

背景技术

液压油缸是将液压能转变为直线运动机械能的一种实现能量转换的执行元件。在产品研发和升级过程中对液压油缸的重量要求越来越严格，液压油缸的轻量化水平是制约产品性能的技术瓶颈之一。

现有技术中使用的液压油缸如图1所示，包括：活塞杆1a、缸筒3a、杆头4a、活塞5a、导向套2a。空心的活塞杆1a和实心的杆头4a固定在一起，活塞5a安装在杆头4a上，一起形成活塞杆组件，导向套2a安装在缸筒3a内，活塞杆组件穿过导向套2a的中间开孔，并在缸筒3a内运动。其中，缸筒3a内腔、活塞5a右端面和杆头4a右端面构成液压油缸无杆腔；缸筒3a内腔、活塞5a左端面、活塞杆1a外表面和导向套2a右端面构成液压油缸有杆腔。

由于活塞杆组件中的杆头4a是实心结构，因此活塞杆1a同时承受作用在活塞5a端面和杆头4a端面上的液压油作用力。即：

F＝PA₁+PA₂＝PA₁+PA₂₁+PA₂₂

式中：F——油液作用在活塞杆上的作用力；

P——液压油的压力；

A₁——活塞端面面积；

A₂——杆头端面面积，包括活塞杆端面面积A₂₁和活塞杆内腔端面面积A₂₂。

根据以上分析可知，当无杆腔液压油工作压力较大时，活塞杆承受的作用力会很大，若要保证液压油缸的稳定性，在活塞杆外径不变时，要增加活塞杆的壁厚，即减小活塞杆的内孔径，这样会增加活塞杆的重量，相应地就会增加液压油缸的重量。如果要求液压油缸稳定性不变的同时降低重量，只能采用高强度材料或等强度低密度材料，这样会增加液压油缸成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种液压油缸，能够在保证液压油缸稳定性不变的情况下，降低液压油缸的重量。

为实现上述目的，本发明提供了一种液压油缸，包括：缸筒4、活塞杆组件和沿自身轴线设有第一通孔的导向套2，所述导向套2嵌设在所述缸筒4内并固定在所述缸筒4的开口端；所述活塞杆组件穿设在所述第一通孔内，且能够与所述缸筒4和所述导向套2相配合进行滑动，且所述活塞杆组件具有与所述液压油缸的无杆腔连通的中空结构。

进一步地，所述活塞杆组件包括：活塞杆1和活塞6，所述活塞6同轴固定在所述活塞杆1位于所述缸筒4内的一端，且所述活塞6的外径与所述缸筒4的内径相适配。

进一步地，所述活塞6沿轴线设有第二通孔，并套设在所述活塞杆1的一端进行固定，所述活塞杆1内部设有盲孔形成所述中空结构。

进一步地，所述活塞6固定在所述活塞杆1的端部，所述活塞6沿轴线设有第二通孔，所述活塞杆1内部设有盲孔，所述第二通孔和所述盲孔形成所述中空结构。

进一步地，所述活塞杆1和所述活塞6为一体成型，所述活塞杆1内部设有盲孔形成所述中空结构。

进一步地，所述活塞杆组件还包括杆头5，所述杆头5同轴固定在所述活塞杆1位于所述缸筒4内的一端，所述活塞6沿轴线设有第二通孔，套设固定在所述杆头5上；所述杆头5沿轴线设有第三通孔，所述活塞杆1沿轴线设有盲孔，所述第三通孔和所述盲孔形成所述中空结构。

进一步地，所述杆头5与所述活塞杆1通过螺纹连接或者焊接的方式固定。

进一步地，所述杆头5和所述活塞6为一体成型。

进一步地，还包括：设置在所述导向套2和所述活塞6上的密封组件3，能够对所述导向套2与所述活塞杆1、所述活塞6与所述缸筒4、所述导向套2与所述缸筒4和所述活塞6与活塞杆1的接触部位进行密封。

进一步地，所述导向套2为一端带有凸台的套筒结构，所述凸台的端面顶靠固定在所述缸筒4的开口端；所述活塞杆1的外伸端和所述缸筒4的封闭端设有耳环。

进一步地，所述中空结构的最大深度为活塞杆长度L减去所述活塞杆1的最小耳环厚度H的数值。

基于上述技术方案，本发明实施例的液压油缸，其活塞杆组件具有与液压油缸的无杆腔相连通的中空结构，使得活塞杆组件的内腔能够充油，将传统油缸全部作用在活塞杆组件一个端面的油液压力部分转移到另一个端面处，即通过转移受力点的方法来改善活塞杆组件的受力状况，从而提高液压油缸工作的稳定性。对于相同尺寸的活塞杆组件，在保证稳定性不变的情况下，活塞杆组件能够承受更大的油液压力，从而提高液压油缸的使用性能；或者还可以通过减小活塞杆组件的外径来降低液压油缸的重量，从而节约成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术液压油缸的结构示意图；

图2为本发明液压油缸的第一实施例的结构示意图；

图3为本发明液压油缸的第二实施例的结构示意图；

图4为本发明液压油缸的第三实施例的结构示意图。

附图标记说明

1a－活塞杆；2a－导向套；3a－缸筒；4a－杆头；5a－活塞；

1－活塞杆；2－导向套；3－密封组件；4－缸筒；5－杆头；6－活塞；A－焊接部位；L－活塞杆长度；H－最小耳环厚度。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

液压油缸在工作时要保证安全性就需要具备稳定性，为了能够更清楚地理解本发明，现对液压油缸的稳定性进行解释：假设压力和杆件轴线重合，当压力逐渐增加，但小于某一极限值时，杆件一直保持直线状态的平衡，即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲，干扰解除后，它仍将恢复直线状态。这表明压杆直线状态的平衡是稳定的。当压力逐渐增加到某一极限值时，压杆的直线平衡变为不稳定，将转变为曲线状态的平衡。这时如果再用微小的侧向干扰力使其发生轻微弯曲，干扰力解除后，它将保持曲线形状的平衡，不能恢复原有的直线状态。上述压力的极限值称为临界压力或临界力。压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡，称为丧失稳定，简称失稳。要保证液压油缸的安全性，必须使液压油缸所受压力小于其临界压力，即保证液压油缸具有一定的稳定性。

由于现有技术中活塞杆组件中的杆头为实心结构，使得液压油缸无杆腔的油液全部作用在活塞杆组件位于缸筒内的端面上，在使用时可能会带来如下问题：其一，当无杆腔液压油工作压力较大时，会使活塞杆承受较大的作用力，从而破坏活塞杆工作的稳定性，常用规格尺寸的油缸无法满足稳定性要求；其二，如果此种液压油缸用于径向尺寸受到限制的使用场合，无法通过增加活塞杆的直径来承受较大的工作压力；其三，若要保证液压油缸的稳定性，在活塞杆外径不变时，需要增加活塞杆的壁厚，这必然会增加液压油缸的重量。

虽然存在上述问题，但是传统油缸实心杆头是最简单的实现方式，结构简单且工艺成本低，且各教材、各油缸生产厂家都是以实心杆头液压缸为例进行研究和生产的，因此该结构为主流使用结构，目前普遍采用。

发明人注意到，液压油缸的稳定性要求、重量限制、尺寸限制等因素使现有技术的油缸不能适应一些特殊的使用场合，尤其是当用于起重机伸缩油缸时，液压油工作压力较大，而且油缸的径向尺寸也受到限制，另外起重机上的伸缩油缸长度较长(约为7～11m)，在较大压力的作用下容易失稳，此外，较大尺寸的油缸在减重方面也是非常有必要的。一般来讲，活塞杆组件工作的稳定性与减重是互相矛盾的关系。若要解决这一矛盾，现有技术中只能通过选取高强度材料或等强度低密度材料来实现，而本发明则突破传统液压油缸结构的制约，从改变活塞杆组件结构的方式出发来解决这一问题。发明人在考虑上述各种油缸使用环境的限制因素的同时，还要保证油缸的综合性能指标，便提出一种改进的液压油缸。

在本发明提供的液压油缸的一个实施例中，如图2至图4所示，包括：缸筒4、活塞杆组件和沿自身轴线设有第一通孔的导向套2，导向套2嵌设在缸筒4内并固定在缸筒4的开口端；活塞杆组件穿设在第一通孔内，且能够与缸筒4和导向套2相配合进行滑动，且活塞杆组件具有与液压油缸的无杆腔连通的中空结构。

此种实施例的液压油缸，其活塞杆组件具有与液压油缸的无杆腔相连通的中空结构，且活塞杆组件的外伸端为封闭结构，这使得活塞杆组件的内腔能够充油，将传统油缸全部作用在活塞杆组件一个端面的油液压力部分转移到另一个端面处，这时活塞杆组件位于缸筒内的端面受到的作用力会减小，即本发明的这种结构是通过转移受力点的方式来改善活塞杆组件的受力状况，转移后的受力点与活塞杆组件外伸端的距离较近，不容易发生挠曲变形。这使得本发明的液压油缸至少具备以下优点之一：

(1)能够提高液压油缸工作时活塞杆组件的稳定性；

(2)相同尺寸的活塞杆组件在保证稳定性不变的情况下，能够承受更大的液压油缸压力，从而提高液压油缸的使用性能；

(3)如果要求保持液压油缸的稳定性不变的同时降低液压油缸的重量，可以减小活塞杆组件的外径，同时设计合理的壁厚，从而降低活塞杆组件的重量，进而降低整个液压油缸的重量，通过节省材料来达到节约成本的目的。

进一步地，活塞杆组件包括：活塞杆1和活塞6，活塞6同轴固定在活塞杆1位于缸筒4内的一端，且活塞6的外径与缸筒4的内径相适配。其中，缸筒4的内腔、中空结构部分、活塞6右端面和活塞杆1右端面构成液压油缸的无杆腔，缸筒4的内腔、活塞6左端面、活塞杆1外表面和导向套2右端面构成液压油缸的有杆腔体。

下面对这种实施例能够提高液压油缸工作稳定性的原因进行分析，由于液压油缸的活塞杆1具有中空结构，且与液压油缸的无杆腔连通，则活塞杆组件只承受作用在活塞6端面和活塞杆1端面的液压作用力，现有技术中作用在活塞杆封闭内腔对应端面的作用力转移到活塞杆1的外伸端处，活塞杆1的受力情况可以表示为：

F＝PA₁+PA₂₁

式中：F——油液作用在活塞杆上的作用力；

P——液压油的压力；

A₁——活塞端面面积；

A₂₁——活塞杆端面面积。

通过与现有技术进行对比可知，液压油缸活塞杆组件位于缸筒内部的端面受到的作用力减小，这种活塞杆内腔充油式液压油缸能够通过转移作用力点的方法改善活塞杆组件的受力状况，从而提高液压油缸工作的稳定性。

在本发明的第一实施例中，如图2所示，活塞6沿轴线设有第二通孔，并套设在活塞杆1的一端进行固定，活塞杆1内部设有盲孔形成中空结构。

这种实施例还有另一种可选的结构，活塞6固定在活塞杆1的端部，活塞6沿轴线设有第二通孔，活塞杆1内部设有盲孔，第二通孔和盲孔形成中空结构。

在本发明的第二实施例中，如图4所示，活塞杆1和活塞6为一体成型。这种形式的实施例结构简单，而且能够提高活塞杆组件的强度，并减少装配的工序。同样，可以从活塞杆组件的端面开设等直径的孔或者阶梯孔以达到转移受力点的目的，如果选择开设阶梯孔可以减少一部分材料的去除，从而增加薄弱部位的强度。

在本发明的第三实施例中，如图3所示，活塞杆组件还包括杆头5，杆头5同轴固定在活塞杆1位于缸筒4内的一端，活塞6沿轴线设有第二通孔，套设固定在杆头5上；杆头5沿轴线设有第三通孔，活塞杆1沿轴线设有盲孔，第三通孔和盲孔形成中空结构。

优选地，杆头5与活塞杆1可以通过螺纹连接或者焊接的方式固定。另外，也可以选择杆头5和活塞6为一体成型的结构。这种增加杆头5的实施例能够增加活塞6与活塞杆1连接处的强度。

在活塞杆1前端增设杆头5的一个具体实施例中，如图3所示，杆头5依次包括：与活塞6的第二通孔相配合的第一柱体、起轴向限位作用的凸缘部分和与盲孔相配合的第二柱体，在凸缘和活塞杆1外径的邻接处，可以采用焊接的方式将杆头5与活塞杆1固定，图中的标号A表示焊接部位。第二柱体插入到活塞杆1的盲孔中，可以起到较好的支撑作用，可以进一步增加活塞6与活塞杆1连接处的强度。优选地，杆头5上开设的第三通孔的直径小于活塞杆1上开设的盲孔的直径，这样第三通孔和盲孔形成的中空结构为阶梯孔，使得杆头5与活塞6的连接强度较好。

在上述的实施例中，优选地，活塞杆1内部设置的盲孔可以一直开设到靠近活塞杆1的外伸端，这样能够尽可能地使转移后的受力点靠近活塞杆1的外伸端，从而降低活塞杆1失稳的可能性，进而使液压油缸具备更高的稳定性。优选地，在活塞杆1的外伸端设有耳环的液压油缸中，盲孔深度的最大值为活塞杆长度L减去活塞杆1的最小耳环厚度H的数值，最小耳环厚度H可以根据强度计算公式得出。

另外，该盲孔可以是沿长度方向等直径的孔，也可以是阶梯孔。开孔直径最大值与活塞杆直径相同(但不包括此直径值)，开孔直径最小值为不引起明显的节流作用的孔径尺寸，开孔的直径与活塞杆1的外径的比越大，就能够越多地将作用在活塞杆组件端面的力转移到盲孔根部。实际过程中可以根据活塞杆1的强度要求或者需要转移的作用力来设计合适的孔径和深度。

与现有技术相比，传统的液压油缸为了保证活塞杆内腔不充油，杆头做成实心结构，然后和活塞杆进行连接，液压油缸的使用工况要求保证此处的连接强度和连接稳定性，这会增加液压油缸的材料成本和工艺成本。而本发明的液压油缸可以减少杆头材料的使用，能够在保证活塞杆组件工作稳定性的前提下降低材料和工艺成本，同时也能减轻重量。

为了使得液压油缸的活塞杆组件在滑动时，有杆腔和无杆腔能够彻底隔离，可以采取密封措施。在一个实施例中，液压油缸还包括：设置在导向套2和活塞6上的密封组件3，能够对导向套2与活塞杆1、活塞6与缸筒4、导向套2与缸筒4和活塞6与活塞杆1的接触部位进行密封。

其中，在导向套2内壁和活塞6外壁上可以设置动密封组件，能够对导向套2与活塞杆1和活塞6与缸筒4的滑动接触部位进行密封。具体地，动密封组件3包括：在导向套2内壁沿液压油缸轴线间隔设置的三重密封圈，在活塞6外壁上沿液压油缸轴线间隔设置的三重密封圈，但不限于这种实现方式。进一步地，还可以在导向套2外壁和活塞6内壁上设置静密封组件，能够对导向套2与缸筒4以及活塞6与活塞杆1接触的部位进行密封。

实际中，动密封组件和静密封组件可设计为不同截面形状和尺寸的密封圈，密封圈可以选择耐油性强的氟橡胶密封圈或其它材料。

在上述实施例中的液压油缸中，导向套2可以设计为一端带有凸台的套筒结构，凸台的端面顶靠固定在缸筒4的开口端。活塞杆1远离活塞6的一端和缸筒4的封闭端设有耳环，耳环上的安装孔用于实现缸筒4和活塞杆1与其它安装结构的连接。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种液压油缸，其特征在于，包括：缸筒(4)、活塞杆组件和沿自身轴线设有第一通孔的导向套(2)，所述导向套(2)嵌设在所述缸筒(4)内并固定在所述缸筒(4)的开口端；所述活塞杆组件穿设在所述第一通孔内，且能够与所述缸筒(4)和所述导向套(2)相配合进行滑动，且所述活塞杆组件具有与所述液压油缸的无杆腔连通的中空结构。

2.根据权利要求1所述的液压油缸，其特征在于，所述活塞杆组件包括：活塞杆(1)和活塞(6)，所述活塞(6)同轴固定在所述活塞杆(1)位于所述缸筒(4)内的一端，且所述活塞(6)的外径与所述缸筒(4)的内径相适配。

3.根据权利要求2所述的液压油缸，其特征在于，所述活塞(6)沿轴线设有第二通孔，并套设在所述活塞杆(1)的一端进行固定，所述活塞杆(1)内部设有盲孔形成所述中空结构。

4.根据权利要求2所述的液压油缸，其特征在于，所述活塞(6)固定在所述活塞杆(1)的端部，所述活塞(6)沿轴线设有第二通孔，所述活塞杆(1)内部设有盲孔，所述第二通孔和所述盲孔形成所述中空结构。

5.根据权利要求3或4所述的液压油缸，其特征在于，所述活塞杆(1)和所述活塞(6)为一体成型，所述活塞杆(1)内部设有盲孔形成所述中空结构。

6.根据权利要求2所述的液压油缸，其特征在于，所述活塞杆组件还包括杆头(5)，所述杆头(5)同轴固定在所述活塞杆(1)位于所述缸筒(4)内的一端，所述活塞(6)沿轴线设有第二通孔，套设固定在所述杆头(5)上；所述杆头(5)沿轴线设有第三通孔，所述活塞杆(1)沿轴线设有盲孔，所述第三通孔和所述盲孔形成所述中空结构。

7.根据权利要求6所述的液压油缸，其特征在于，所述杆头(5)与所述活塞杆(1)通过螺纹连接或者焊接的方式固定。

8.根据权利要求6所述的液压油缸，其特征在于，所述杆头(5)和所述活塞(6)为一体成型。

9.根据权利要求2～4任一所述的液压油缸，其特征在于，还包括：设置在所述导向套(2)和所述活塞(6)上的密封组件(3)，能够对所述导向套(2)与所述活塞杆(1)、所述活塞(6)与所述缸筒(4)、所述导向套(2)与所述缸筒(4)和所述活塞(6)与所述活塞杆(1)的接触部位进行密封。

10.根据权利要求2所述的液压油缸，其特征在于，所述导向套(2)为一端带有凸台的套筒结构，所述凸台的端面顶靠固定在所述缸筒(4)的开口端；所述活塞杆(1)的外伸端和所述缸筒(4)的封闭端设有耳环。

11.根据权利要求10所述的液压油缸，其特征在于，所述中空结构的最大深度为活塞杆长度(L)减去所述活塞杆(1)的最小耳环厚度(H)的数值。