CN108278315B - 一种双向可调液压关节油缸 - Google Patents

一种双向可调液压关节油缸 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双向可调液压关节油缸，在缸体中设有油缸中套，油缸中套的前部套有一个前调节套，油缸中套的后部套有一个后调节套，在缸体与所述油缸中套、前调节套、后调节套之间设有油流间隙，油缸中套的前部设有用于调节油流阻尼的前节流孔，油缸中套的后部设有用于调节油流阻尼的后节流孔；前调节套设有位置与前节流孔对应的前调节孔，后调节套设有位置与后节流孔对应的后调节孔。本发明的有益效果是：油缸内部采用了节流孔阵列结构，采用分级调节方式，在高阻尼阶段有效控制了液压关节油缸阻尼调节梯度，并在中低阻尼阶段提高了液压关节油缸阻尼调节线性度，使液压假肢膝关节调节精度更高、操作更便捷，使用者体验更舒适、使用效果更好。

Description

一种双向可调液压关节油缸
技术领域
本发明属于膝关节假肢器械，尤其涉及一种双向可调液压关节油缸。
背景技术
假肢膝关节作为一种帮助残障人士恢复自身行动能力的器械，对提高残疾人生活品质并帮助其恢复自信至关重要。而液压假肢膝关节在众多种类假肢膝关节中占有非常重要的地位，其核心部件即为液压关节油缸，液压关节油缸通过双方向阻尼的调节控制关节的摆动速度，其阻尼调节性能直接决定了膝关节运动的稳定性，影响到假肢的使用效果。现有的液压油缸调节装置，普遍存在调整量变化率过大的问题，即较小的调节操作量会产生较大的液压关节的速度变化量，调整困难且线性度差，尤其是在较高阻尼区间调整时问题尤为突出。为了解决上述问题，亟需提供一种结构简单可靠，阻尼可方便调节的液压关节油缸，以提升假肢产品的运动稳定性与安全性。
发明内容
本发明的目的是提出一种双向可调液压关节油缸的技术方案，提高液压关节油缸的调节操作性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双向可调液压关节油缸，包括缸体和活塞；在所述缸体中设有油缸中套，所述油缸中套的前部套有一个前调节套，所述油缸中套的后部套有一个后调节套，所述前调节套和后调节套与油缸中套转动配合，在所述缸体与所述油缸中套、前调节套、后调节套之间设有油流间隙，所述活塞在所述油缸中套中往复运动，所述油缸中套的前部设有用于调节油流阻尼的前节流孔，所述油缸中套的后部设有用于调节油流阻尼的后节流孔；所述前调节套设有位置与所述前节流孔对应的前调节孔，所述前调节孔与所述前节流孔的重叠量随所述前调节套的转动变化；所述后调节套设有位置与所述后节流孔对应的后调节孔，所述后调节孔与所述后节流孔的重叠量随所述后调节套的转动变化。
更进一步，所述前调节套设有前套长孔，所述缸体设有前向阻尼旋钮，所述前向阻尼旋钮设有偏心的前向阻尼旋钮凸轴，所述前向阻尼旋钮凸轴嵌入所述前套长孔，所述前向阻尼旋钮转动时拨动所述前调节套转动；所述后调节套设有后套长孔，所述缸体设有后向阻尼旋钮，所述后向阻尼旋钮设有偏心的后向阻尼旋钮凸轴，所述后向阻尼旋钮凸轴嵌入所述后套长孔，所述后向阻尼旋钮转动时拨动所述后调节套转动。
更进一步，所述前节流孔包括一个前主节流孔和多个前微节流孔，所述前主节流孔和前微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列；所述后节流孔包括一个后主节流孔和多个后微节流孔，所述后主节流孔和后微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列。
更进一步，所述多个前微节流孔是阵列方式排列的前微节流孔，所述多个后微节流孔是阵列方式排列的后微节流孔。
更进一步，所述前主节流孔是矩形孔，所述前主节流孔的长度为0.4mm，所述前微节流孔是直径为0.2mm的圆孔，所述后主节流孔是矩形孔，所述后主节流孔的长度为0.4mm，所述后微节流孔是直径为0.2mm的圆孔；
所述前节流孔包括5个阵列方式排列的前微节流孔，所述5个前微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个前微节流孔，一列为三个前微节流孔，相邻两前微节流孔之间的中心距为0.3mm，所述前主节流孔的边沿与相邻的前微节流孔的中心之间的距离为0.2mm；
所述后节流孔包括5个阵列方式排列的后微节流孔，所述5个后微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个后微节流孔，一列为三个后微节流孔，相邻两后微节流孔之间的中心距为0.3mm，所述后主节流孔的边沿与相邻的后微节流孔的中心之间的距离为0.2mm。
更进一步，所述前主节流孔的宽度大于所述前调节孔的宽度，所述前调节孔的长度大于等于所述前主节流孔和前微节流孔的延伸长度；所述后主节流孔的宽度大于所述后调节孔的宽度，所述后调节孔的长度大于等于所述后主节流孔和后微节流孔的延伸长度。
更进一步，所述前调节孔的宽度为0.8mm，所述前调节孔的长度为1.3mm，所述后调节孔的宽度为0.8mm，所述后调节孔的长度为1.3mm。
更进一步，所述油缸中套内径设有与外径连通的中套环槽，所述活塞设有活塞环槽，所述活塞还设有使油流从活塞环槽流向活塞前端的前向单向阀、以及使油流从活塞环槽流向活塞后端的后向单向阀。
更进一步，所述缸体设有油池，所述油池包括油池瓣膜、瓣膜压板和压板弹簧，所述压板弹簧顶压所述瓣膜压板，所述瓣膜压板顶压所述油池瓣膜。
更进一步，所述油缸中套通过两端安装在所述缸体中，所述油缸中套的一端与所述缸体连接，所述油缸中套的另一端与一只安装在所述缸体上的油缸中盖连接。
本发明的有益效果是：油缸内部采用了多个节流孔，并组成节流孔阵列结构，采用分级调节方式，在高阻尼阶段有效控制了液压关节油缸阻尼调节梯度，并在中低阻尼阶段提高了液压关节油缸阻尼调节线性度，使液压假肢膝关节调节精度更高、操作更便捷，使用者体验更舒适、使用效果更好。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明外形图；
图2是本发明内部结构图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明油缸中套、前调节套、后调节套结构分解图；
图5是本发明油缸中套、前调节套、后调节套安装在缸体中的结构图；
图6是图5的B部放大图；
图7是本发明前调节孔、后调节孔及前主节流孔、前微节流孔、后主节流孔、后微节流孔位置示意图，前节流孔或后节流孔完全封闭状态；
图8是本发明前调节孔、后调节孔及前主节流孔、前微节流孔、后主节流孔、后微节流孔位置示意图，前调节套的前调节孔动到前微节流孔，使一个前微节流孔开启流通，实现第一级调节，图中带有阴影的前微节流孔开启连通；
图9是本发明前调节孔、后调节孔及前主节流孔、前微节流孔、后主节流孔、后微节流孔位置示意图，前调节套的前调节孔动到前主节流孔，使五个前微节流孔和部分前主节流孔开启流通，进入连续线性调节阶段，图中带有阴影的部分的前微节流孔和前主节流孔开启连通；
图10是本发明前调节孔、后调节孔及前主节流孔、前微节流孔、后主节流孔、后微节流孔位置示意图，前调节套的前调节孔动到前主节流孔和五个前微节流孔全部开启流通的状态；
图11是本发明工作示意图，液压油通过活塞环槽与中套环槽、再通过活塞的前向单向阀流入活塞前端与油缸中套之间的空间；
图12是本发明工作示意图，液压油通过前调节孔、前节流孔流入活塞前端与油缸中套之间的空间。
具体实施方式
如图1至图7，一种双向可调液压关节油缸，包括缸体10和活塞20；在所述缸体中设有油缸中套30，所述油缸中套的前部套有一个前调节套40，所述油缸中套的后部套有一个后调节套50，所述前调节套和后调节套与油缸中套转动配合，在所述缸体与所述油缸中套、前调节套、后调节套之间设有油流间隙G，所述活塞在所述油缸中套中往复运动，所述油缸中套的前部设有用于调节油流阻尼的前节流孔，所述油缸中套的后部设有用于调节油流阻尼的后节流孔；所述前调节套设有位置与所述前节流孔对应的前调节孔41，所述前调节孔与所述前节流孔的重叠量随所述前调节套的转动变化；所述后调节套设有位置与所述后节流孔对应的后调节孔51，所述后调节孔与所述后节流孔的重叠量随所述后调节套的转动变化。
所述前调节套设有前套长孔42，所述缸体设有前向阻尼旋钮43，所述前向阻尼旋钮设有偏心的前向阻尼旋钮凸轴44，所述前向阻尼旋钮凸轴嵌入所述前套长孔，所述前向阻尼旋钮转动时拨动所述前调节套转动；所述后调节套设有后套长孔52，所述缸体设有后向阻尼旋钮53，所述后向阻尼旋钮设有偏心的后向阻尼旋钮凸轴54，所述后向阻尼旋钮凸轴嵌入所述后套长孔，所述后向阻尼旋钮转动时拨动所述后调节套转动。
所述前节流孔包括一个前主节流孔31和多个前微节流孔32，所述前主节流孔和前微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列；所述后节流孔包括一个后主节流孔33和多个后微节流孔34，所述后主节流孔和后微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列。
所述多个前微节流孔是阵列方式排列的前微节流孔，所述多个后微节流孔是阵列方式排列的后微节流孔。
一种更具体的方案是，所述前主节流孔是矩形孔，所述前主节流孔的长度L3为0.4mm，所述前微节流孔是直径D为0.2mm的圆孔，所述后主节流孔是矩形孔，所述后主节流孔的长度L3为0.4mm，所述后微节流孔是直径D为0.2mm的圆孔；
所述前节流孔包括5个阵列方式排列的前微节流孔，所述5个前微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个前微节流孔，一列为三个前微节流孔，相邻两前微节流孔之间的中心距L1为0.3mm，所述前主节流孔的边沿与相邻的前微节流孔的中心之间的距离L2为0.2mm；
所述后节流孔包括5个阵列方式排列的后微节流孔，所述5个后微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个后微节流孔，一列为三个后微节流孔，相邻两后微节流孔之间的中心距L1为0.3mm，所述后主节流孔的边沿与相邻的后微节流孔的中心之间的距离L2为0.2mm。
所述前主节流孔的宽度W1大于所述前调节孔的宽度W2，所述前调节孔的长度L4大于等于所述前主节流孔和前微节流孔的延伸长度L5；所述后主节流孔的宽度W1大于所述后调节孔的宽度W2，所述后调节孔的长度L4大于等于所述后主节流孔和后微节流孔的延伸长度L5。
所述前调节孔的宽度W2为0.8mm，所述前调节孔的长度L4 为1.3mm，所述后调节孔的宽度W2为0.8mm，所述后调节孔的长度L4为1.3mm。
所述油缸中套内径设有与外径连通的中套环槽35，所述活塞设有活塞环槽21，所述活塞还设有使油流从活塞环槽流向活塞前端的前向单向阀22、以及使油流从活塞环槽流向活塞后端的后向单向阀23。
所述缸体设有油池11，所述油池包括油池瓣膜12、瓣膜压板13和压板弹簧14，所述压板弹簧顶压所述瓣膜压板，所述瓣膜压板顶压所述油池瓣膜。
所述油缸中套通过两端安装在所述缸体中，所述油缸中套的一端与所述缸体连接，所述油缸中套的另一端与一只安装在所述缸体上的油缸中盖60连接。
实施例一：
一种双向可调液压关节油缸，包括缸体10和活塞20。在缸体中设有油缸中套30，油缸中套的前部套有一个前调节套40，油缸中套的后部套有一个后调节套50。缸体的前端设有油缸前盖15，油缸前盖通过螺纹安装在缸体的前端，油缸中套通过两端安装在缸体中，油缸中套的一端（后端）与缸体的后端16连接，油缸中套的另一端（前端）与一只油缸中盖60连接，油缸中盖被油缸前盖压紧在油缸中套上，使油缸中套固定在缸体中。
活塞设有活塞环槽21，活塞还设有使油流从活塞环槽流向活塞前端的前向单向阀22、以及使油流从活塞环槽流向活塞后端的后向单向阀23。活塞在油缸中套中往复运动，活塞杆24穿过油缸中盖和油缸前盖从缸体伸出。活塞杆上设有一只推动活塞杆伸出的活塞杆弹簧17。
缸体设有油池11，油池包括油池瓣膜12、瓣膜压板13和压板弹簧14，在油缸中套、缸体和油池瓣膜之间形成一个储油空间。压板弹簧顶压瓣膜压板，瓣膜压板顶压油池瓣膜,使油池中的液压油保持适当的压力。
缸体后端设有一对支耳18，用于油缸与液压关节的连接。
油缸中套中部的内径设有中套环槽35，中套环槽内设有与油缸中套外径连通的环槽孔36。油缸中套靠近前端的套臂上设有前节流孔，前节流孔包括一个前主节流孔31和多个前微节流孔32，前主节流孔和前微节流孔沿油缸中套的圆周方向排列。油缸中套靠近后端的套臂上设有后节流孔，后节流孔包括一个后主节流孔31和多个后微节流孔32，后主节流孔和后微节流孔沿油缸中套的圆周方向排列。前节流孔和后节流孔用于调节油流阻尼。
本实施例中，如图7所示，前节流孔和后节流孔采用了相同的结构。前主节流孔是矩形孔，前主节流孔的长度L3=0.4mm（前主节流孔的长度是指沿油缸中套外径周长方向的长度），前主节流孔的宽度W1=1.3mm（前主节流孔的宽度是指沿油缸中套轴向的宽度）。前微节流孔是直径D=0.2mm的圆孔，前节流孔包括5个阵列方式排列的前微节流孔，5个前微节流孔沿油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个前微节流孔，另一列为三个前微节流孔，相邻两前微节流孔之间的中心距L1=0.3mm。前主节流孔的边沿与相邻的前微节流孔的中心之间的距离L2=0.2mm。前主节流孔和前微节流孔的延伸长度L5=1.3mm。
与前节流孔相同，后主节流孔是矩形孔，后主节流孔的长度 L3=0.4mm，后主节流孔的宽度W1=1.3mm，后微节流孔是直径D=0.2mm的圆孔，后节流孔也包括5个阵列方式排列的后微节流孔，5个后微节流孔沿油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个后微节流孔，一列为三个后微节流孔，相邻两后微节流孔之间的中心距L1为0.3mm，后主节流孔的边沿与相邻的后微节流孔的中心之间的距离L2为0.2mm。后主节流孔和后微节流孔的延伸长度L5=1.3mm。
前调节套和后调节套与油缸中套转动配合，缸体的内径大于油缸中套、前调节套、后调节套的外径，在缸体与油缸中套、前调节套、后调节套之间形成油流间隙G。
前调节套设有位置与油缸中套的前节流孔对应的前调节孔41，前调节孔的宽度W2=0.8mm，前调节孔的长度L4=1.3mm。前主节流孔的宽度W1大于前调节孔的宽度W2，前调节孔的长度L4等于前主节流孔和前微节流孔的延伸长度L5。后调节套设有位置与油缸中套的后节流孔对应的后调节孔51，与前调节孔的尺寸相同，后调节孔的宽度W2=0.8mm，后调节孔的长度L4=1.3mm。后主节流孔的宽度W1大于后调节孔的宽度W2，后调节孔的长度L4等于后主节流孔和后微节流孔的延伸长度L5。
前调节套设有前套长孔42，缸体设有前向阻尼旋钮43，前向阻尼旋钮设有偏心的前向阻尼旋钮凸轴44，前向阻尼旋钮凸轴嵌入前套长孔，前向阻尼旋钮转动时拨动前调节套转动，前调节孔与前节流孔的重叠量随前调节套的转动变化，实现调节油流阻尼的功能。
后调节套设有后套长孔52，缸体设有后向阻尼旋钮53，后向阻尼旋钮设有偏心的后向阻尼旋钮凸轴54，后向阻尼旋钮凸轴嵌入后套长孔，后向阻尼旋钮转动时拨动后调节套转动，后调节孔与后节流孔的重叠量随后调节套的转动变化，实现调节油流阻尼的功能。
如图11、图12，本实施例的双向可调液压关节油缸在工作时，在活塞20向后端运动过程中，活塞后端的液压油压力升高，液压油通过由后调节孔51与后节流孔（33，34）相交形成的通孔进入缸体内的储油腔11。此时，若活塞环槽21与中套环槽35相交，则缸体内储油腔中的液压油经前向单向阀22流入活塞前端与油缸中套之间的空间。若活塞环槽21与中套环槽35不相交，则缸体内部的储油腔11中的液压油经前调节孔41与前节流孔（31，32）相交形成的通孔流入活塞前端与油缸中套之间的空间。液压油流过前节流孔或后节流孔时产生阻尼，进而对活塞的后向运动形成阻尼。
同理，在活塞向前端运动过程中，对活塞的前向运动也会形成阻尼。液压关节油缸的功能要求是活塞在中间阶段运动时产生较小的阻尼力，活塞在两端运动时需要较大的阻尼力。上述结构可实现液压关节油缸的功能。对不同的使用者，需要调整液压关节油缸的阻尼力，使液压关节的运动速度适合使用者的运动规律，让使用者行走方便、舒适。
现有的液压油缸调节装置，通常采用单一通孔的前节流孔和后节流孔。但由于流通孔径的面积与阻尼力的变化率是非线性的，使阻尼力的调整变得难以控制，普遍存在调整量变化率过大的问题，即较小的调节操作量会产生较大的液压关节的速度变化量，调整困难且线性度差。尤其是在较高阻尼区间，即在较小的连通口径范围调整时问题尤为突出。在手工操作调整机构时，微量的变动会引起较大的阻尼力变化，难以调整到适当的位置。根据对液压关节油缸的应用观察和研究实验，发现液压关节油缸采用连续调节方式在高阻尼阶段（即小流通口径阶段）进行调节效果欠佳，也不是必要的。在实际应用中，采用分级调节也能够满足液压关节油缸阻尼力的调整要求，即在高阻尼阶段有效控制液压关节油缸阻尼调节梯度，并在中低阻尼阶段提高液压关节油缸阻尼调节线性度，获得良好的应用效果。
如图7至图10，当前节流孔完全封闭时，前调节套的前调节孔在前微节流孔一侧之外；同样，当后节流孔完全封闭时，后调节套的后调节孔在后微节流孔一侧之外，如图7所示。进行阻尼力调节时，前调节套的前调节孔先转动到前微节流孔，使前微节流孔逐步开启流通，五个以阵列方式设置的前微节流孔可分段实现三级调节，在高阻尼阶段（即小流通口径阶段）实现分级调节。在渡过高阻尼阶段后，前调节孔继续转动，前调节孔再以连续方式调整前主节流孔的连通孔径，提高调节线性度。后调节孔也采用同样的方法进行调节。
双向可调液压关节油缸能够有效地解决现有的液压油缸调节装置的问题，实践证明，这种结构完全能够满足液压关节油缸的功能要求，且结构简单可靠，使用方便，提升假肢产品的运动稳定性与安全性。另外，前调节套和后调节套采用长孔和偏心凸轴驱动，以及油缸中套通过两端安装在缸体中的结构，有效地支持了本液压关节油缸功能的实现。
将调节孔运动的方作为长度的方向，将垂直于调节孔运动的方向作为宽度的方向。

Claims (8)

1.一种双向可调液压关节油缸，包括缸体和活塞；其特征在于，在所述缸体中设有油缸中套，所述油缸中套的前部套有一个前调节套，所述油缸中套的后部套有一个后调节套，所述前调节套和后调节套与油缸中套转动配合，在所述缸体与所述油缸中套、前调节套、后调节套之间设有油流间隙，所述活塞在所述油缸中套中往复运动，所述油缸中套的前部设有用于调节油流阻尼的前节流孔，所述油缸中套的后部设有用于调节油流阻尼的后节流孔；所述前调节套设有位置与所述前节流孔对应的前调节孔，所述前调节孔与所述前节流孔的重叠量随所述前调节套的转动变化；所述后调节套设有位置与所述后节流孔对应的后调节孔，所述后调节孔与所述后节流孔的重叠量随所述后调节套的转动变化；
所述前节流孔包括一个前主节流孔和多个前微节流孔，所述前主节流孔和前微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列；所述后节流孔包括一个后主节流孔和多个后微节流孔，所述后主节流孔和后微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列；
所述多个前微节流孔是阵列方式排列的前微节流孔，所述多个后微节流孔是阵列方式排列的后微节流孔；所述前主节流孔的面积大于所述前微节流孔的面积，所述后主节流孔的面积大于所述后微节流孔的面积；所述前调节孔的长度大于等于所述前主节流孔和前微节流孔的延伸长度，所述后调节孔的长度大于等于所述后主节流孔和后微节流孔的延伸长度；通过前微节流孔和后微节流孔实现高阻尼阶段的分级调节，通过前主节流孔和后主节流孔实现在中低阻尼阶段提高调节线性度。
2.根据权利要求1所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述前调节套设有前套长孔，所述缸体设有前向阻尼旋钮，所述前向阻尼旋钮设有偏心的前向阻尼旋钮凸轴，所述前向阻尼旋钮凸轴嵌入所述前套长孔，所述前向阻尼旋钮转动时拨动所述前调节套转动；所述后调节套设有后套长孔，所述缸体设有后向阻尼旋钮，所述后向阻尼旋钮设有偏心的后向阻尼旋钮凸轴，所述后向阻尼旋钮凸轴嵌入所述后套长孔，所述后向阻尼旋钮转动时拨动所述后调节套转动。
3.根据权利要求1所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述前主节流孔是矩形孔，所述前主节流孔的长度为0.4mm，所述前微节流孔是直径为0.2mm的圆孔，所述后主节流孔是矩形孔，所述后主节流孔的长度为0.4mm，所述后微节流孔是直径为0.2mm的圆孔；
所述前节流孔包括5个阵列方式排列的前微节流孔，所述5个前微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个前微节流孔，一列为三个前微节流孔，相邻两前微节流孔之间的中心距为0.3mm，所述前主节流孔的边沿与相邻的前微节流孔的中心之间的距离为0.2mm；
所述后节流孔包括5个阵列方式排列的后微节流孔，所述5个后微节流孔沿所述油缸中套的圆周方向排列成两列，一列为两个后微节流孔，一列为三个后微节流孔，相邻两后微节流孔之间的中心距为0.3mm，所述后主节流孔的边沿与相邻的后微节流孔的中心之间的距离为0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述前主节流孔的宽度大于所述前调节孔的宽度，所述后主节流孔的宽度大于所述后调节孔的宽度。
5.根据权利要求4所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述前调节孔的宽度为0.8mm，所述前调节孔的长度为1.3mm，所述后调节孔的宽度为0.8mm，所述后调节孔的长度为1.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述油缸中套内径设有与外径连通的中套环槽，所述活塞设有活塞环槽，所述活塞还设有使油流从活塞环槽流向活塞前端的前向单向阀、以及使油流从活塞环槽流向活塞后端的后向单向阀。
7.根据权利要求1所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述缸体设有油池，所述油池包括油池瓣膜、瓣膜压板和压板弹簧，所述压板弹簧顶压所述瓣膜压板，所述瓣膜压板顶压所述油池瓣膜。
8.根据权利要求1所述的一种双向可调液压关节油缸，其特征在于，所述油缸中套通过两端安装在所述缸体中，所述油缸中套的一端与所述缸体连接，所述油缸中套的另一端与一只安装在所述缸体上的油缸中盖连接。
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