CN107327437B - 一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体及其制造方法，在承压结构的内管和外管中间设置有填充骨架，两端通过连接件分别连接缸底和缸盖，本发明创造采用了内外管双层结构，内管单独承载径向力，外管单独承载轴向力，增加了纤维的发挥效率，使产品可以更轻便，强度更高；独创的填充骨架结构起缓冲作用，首先可以在缸体受压时缓冲部分径向变形，保证缸体外形尺寸，其次可以在缸体受到冲击时吸收部分能量，保护碳纤维层，并且填充骨架也可在缸体加工时起到支撑外管缠绕的作用。

Description

一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体及其制造方法
技术领域
本发明创造涉及一种液压缸缸体，尤其是一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体及其制造方法。
背景技术
在传统液压缸应用领域，一般液压缸采用金属缸体，其主要缺点为重量重，在某些应用领域，缺点特别突出，如起重机伸臂油缸，长度特别长，金属缸体自重大，变形和载重问题无法彻底消除；特种应用的高压油缸，金属缸体需要特别厚来满足压力要求，导致重量无法降低，移运困难；诸如此类应用，限制了液压缸的应用范围。
为了克服金属液压缸的缺点，复合材料液压缸开始应用。目前的液压缸技术，一种是带有金属内衬，外层缠绕碳纤维增强层，这种方案未能解决金属件与纤维增强层的连接问题，所以采用了整体金属内衬，这种方案重量仍然偏重；另一种去掉了金属内衬，采用金属件与纤维增强层粘接的方式，重量大幅降低，但缸体的承压能力受限于粘接强度，无法做到高压。
发明内容
为了解决上述技术问题，发明创造提供了一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，在承压结构的内管和外管中间设置有填充骨架，内管、外管和填充骨架组成整体的缸体结构，在整体的缸体结构上下两端安装有连接件，连接件一端将内管、外管和填充骨架端部封装一体，上端的连接件的另一端连接缸盖，下端的连接件的另一端连接缸底。通过上述结构，本实用性解决了现有技术中存在的缸体自身重量大、承压能力差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案是：一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：在承压结构的内管和外管中间设置有填充骨架，内管、外管和填充骨架组成整体的缸体结构，在整体的缸体结构上下两端安装有连接件，连接件一端将内管、外管和填充骨架端部封装一体，上端的连接件的另一端连接缸盖，下端的连接件的另一端连接缸底。
所述的内管端部插入连接件侧面的槽口内，下表面与连接件的下表面相平齐；填充骨架端部与连接件侧表面接触；外管覆盖在连接件的上表面，并通过平滑的下坡面，最终止于连接件的凹槽内，由此将内管、外管和填充骨架端部结合在一起并与连接件连接。
所述的连接件通过螺栓与缸盖和缸底连接。
所述的缸底和缸盖，通过密封件进行密封。
所述的内管的限位轴线缠绕角度为75°-90°。
所述的外管的限位轴线缠绕角度为5°-30°。
所述的连接件通过缠绕和粘接的方式与内管、外管和填充骨架组成的整体的缸体结构进行连接。
所述的填充骨架为具有支撑功能的非金属材料。
一种制造带填充骨架的复合材料液压缸缸体的制造方法，其步骤为：
1）用专用的模具在缠绕机上缠绕内管坯料，缠绕角度为75°-90°，经加热固化成型后按需要尺寸加工成内管待用；
2）将加工好的连接件与内管经胶黏剂粘接而成一体；
3）在内管的外侧均匀完全的覆盖非金属材料的填充骨架，填充骨架两端与连接件相连且保证外径平齐；
4）在填充骨架和连接件的外层缠绕外管，缠绕角度5°-30°，经固化后使骨架封装于内外管之间且连接件和外管相连；
5）将加工好的缸底和缸盖通过螺栓与连接件紧密相连，通过密封件保证缸底和缸盖密封性。
本发明创造的有益效果在于：
1、传统复合材料液压缸在缠绕时，因为端头连接件的存在，外层螺旋缠绕时无法保证纤维在同一水平筒体上，而纤维在平直状态时受力最好，传统结构必然会造成纤维强度的损失，结构重量增大。本发明引入填充骨架设计，将传统“纺锤”结构液压缸中间部分采用非金属材料支撑，材料满足纤维缠绕的支撑要求，又需要满足受力的传递要求，同时又必须是密度较小的轻质材料。填充骨架的设计，保证的纤维缠绕时，在液压油缸的筒体部分纤维一直处于平直的拉伸状态，纤维强度发挥好，可以有效增加液压缸强度，减轻液压缸的重量。
2、与传统液压缸相比，本发明的变形更小。在某些特殊使用场合，对液压油缸的外径变化要求较高，传统的液压缸在受力后直径方向变形较大，不能满足使用要求。复合材料液压缸的径向变形主要发生在内层的环向缠绕层上，本发明在内层缠绕层和外层缠绕层之间增加填充骨架，填充骨架具有一定的弹性，在内层环向缠绕层发生直径方向变形时会产生压缩，不会将变形传递到液压缸的外层，保证了液压缸的外径变化量很小，满足使用要求。
附图说明
图1：为本发明创造结构示意图。
具体实施方式
一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其结构为：在承压结构的内管5和外管3中间设置有填充骨架4，内管5、外管3和填充骨架4组成整体的缸体结构，在整体的缸体结构上下两端安装有连接件2，连接件2一端将内管5、外管3和填充骨架4端部封装一体，上端的连接件2的另一端连接缸盖1，下端的连接件2的另一端连接缸底7。
所述的内管5端部插入连接件2侧面的槽口内，下表面与连接件2的下表面相平齐；填充骨架4端部与连接件2侧表面接触；外管3覆盖在连接件2的上表面，并通过平滑的下坡面，最终止于连接件2的凹槽内，由此将内管5、外管3和填充骨架4端部结合在一起并与连接件2连接。
所述的连接件2通过螺栓与缸盖1和缸底7连接。
所述的缸底7和缸盖1，通过密封件6进行密封。
所述的内管5的限位轴线缠绕角度为75°-90°。
所述的外管3的限位轴线缠绕角度为5°-30°。
所述的连接件2通过缠绕和粘接的方式与内管5、外管3和填充骨架4组成的整体的缸体结构进行连接。
所述的填充骨架4为具有支撑功能的非金属结构，具体可以为泡塑料支撑骨架、聚氨酯支撑骨架、橡胶支撑骨架、蜂窝板支撑骨架等。所述的内管5具体可以为碳纤维内管或者树脂基体内管。所述的密封件6具体可以为橡胶密封件、聚四氟乙烯密封件或者尼龙密封件。
上述带填充骨架的复合材料液压缸缸体的制造方法如下：
1用专用的模具在缠绕机上缠绕内管坯料，缠绕角度为75°-90°，经加热固化成型后按需要尺寸加工成内管5待用；
2将加工好的连接件2与内管5经胶黏剂粘接而成一体；
3在内管5的外侧均匀完全的覆盖非金属材料的填充骨架4，填充骨架4两端与连接件2相连且保证外径平齐；
4在填充骨架4和连接件2的外层缠绕外管，缠绕角度5°-30°，经固化后使骨架封装于内外管之间且连接件2和外管3相连；
5将加工好的缸底7和缸盖1通过螺栓与连接件2紧密相连，通过密封件保证缸底7和缸盖1密封性。
本发明创新采用了内外管双层结构。本发明无金属内衬，采用复合材料内管5代替内衬，连接件2与纤维增强层之间通过缠绕连接，有效利用纤维增强层强度高的特点实现二者高压下的安全连接。填充骨架4结构起缓冲作用，首先可以在缸体受压时缓冲部分径向变形，保证缸体外形尺寸，其次可以在缸体受到冲击时吸收部分能量，保护碳纤维层，并且填充骨架4也可在缸体加工时起到支撑外管3缠绕的作用。填充骨架4的应用解决了加工的问题，同时增加了复合材料液压缸在复杂工况下的适应性，扩展了其应用范围。

Claims (6)

1.一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：在承压结构的内管（5）和外管（3）中间设置有填充骨架（4），内管（5）、外管（3）和填充骨架（4）组成整体的缸体结构，在整体的缸体结构上下两端安装有连接件（2），连接件（2）一端将内管（5）、外管（3）和填充骨架（4）端部封装一体，上端的连接件（2）的另一端连接缸盖（1），下端的连接件（2）的另一端连接缸底（7）；所述的填充骨架（4）为具有支撑功能的非金属材料；
所述的内管（5）端部插入连接件（2）侧面的槽口内，下表面与连接件（2）的下表面相平齐；填充骨架（4）端部与连接件（2）侧表面接触；外管（3）覆盖在连接件（2）的上表面，并通过平滑的下坡面，最终止于连接件（2）的凹槽内，由此将内管（5）、外管（3）和填充骨架（4）端部结合在一起并与连接件（2）连接；
所述的带填充骨架的复合材料液压缸缸体由以下方法制造：
1）用专用的模具在缠绕机上缠绕内管坯料，缠绕角度为75°-90°，经加热固化成型后按需要尺寸加工成内管（5）待用；
2）将加工好的连接件（2）与内管（5）经胶黏剂粘接而成一体；
3）在内管（5）的外侧均匀完全的覆盖非金属材料的填充骨架（4），填充骨架（4）两端与连接件（2）相连且保证外径平齐；
4）在填充骨架（4）和连接件（2）的外层缠绕外管，缠绕角度5°-30°，经固化后使骨架封装于内外管之间且连接件（2）和外管（3）相连；
5）将加工好的缸底（7）和缸盖（1）通过螺栓与连接件（2）紧密相连，通过密封件保证缸底（7）和缸盖（1）密封性。
2.根据权利要求1所述的一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：所述的连接件（2）通过螺栓与缸盖（1）和缸底（7）连接。
3.根据权利要求1所述的一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：所述的缸底（7）和缸盖（1），通过密封件（6）进行密封。
4.根据权利要求1所述的一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：所述的内管（5）的限位轴线缠绕角度为75°-90°。
5.根据权利要求1所述的一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：所述的外管（3）的限位轴线缠绕角度为5°-30°。
6.根据权利要求1所述的一种带填充骨架的复合材料液压缸缸体，其特征在于：所述的连接件（2）通过缠绕和粘接的方式与内管（5）、外管（3）和填充骨架（4）组成的整体的缸体结构进行连接。
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