CN109630501B - 一种双向机械自锁的液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向机械自锁的液压缸，属于液压缸自锁技术领域，包括：缸筒组件、活塞杆、第一钢球架、第一钢球、第二钢球架、第二钢球及活塞组件；缸筒组件包括：缸筒、法兰盘和导向套；所述法兰盘和导向套分别安装在缸筒两端；活塞杆安装在缸筒内；第一钢球架穿过活塞杆，并安装在缸筒内，第一钢球沿周向安装在第一钢球架的第一安装孔内；第二钢球架穿过活塞杆，并安装在缸筒内，第二钢球沿周向安装在第二钢球架的第二安装孔内；活塞组件同轴固定在活塞杆的中部，将活塞杆与缸筒之间形成的环形腔体分隔为两部分；本发明能够实现双向的机械自锁，且结构简单可靠，制造安装方便。

Description

一种双向机械自锁的液压缸

技术领域

本发明属于液压缸自锁技术领域，具体涉及一种双向机械自锁的液压缸。

背景技术

在机械传动领域中，液压缸是一种通过液压油的压力推动活塞杆往复运动的常用机构。普通液压缸一般很少涉及到位锁止装置，即使有，锁止也不是很理想。例如，采用定位块或者使用弹簧锁定机构，可能存在定位块不耐撞击、容易变形；采用弹簧锁定，锁定效果不明显，缓冲时间容易滞后，且弹簧在长时间工作后容易变形失效。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双向机械自锁的液压缸，能够实现双向的机械自锁，且结构简单可靠，制造安装方便。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种双向机械自锁的液压缸，包括：缸筒组件、活塞杆、第一钢球架、第一钢球、第二钢球架、第二钢球及活塞组件；

所述缸筒组件包括：缸筒、法兰盘和导向套；所述法兰盘和导向套分别安装在缸筒两端，且缸筒上分别设有与其内腔相通的第一油口、第二油口、第一排气口；导向套上设有第二排气口；

所述活塞杆安装在缸筒内，一端与缸筒一端的法兰盘孔轴配合，另一端与缸筒另一端的导向套孔轴配合，且导向套上的第二排气口与导向套和活塞杆之间的安装间隙相通，第二排气口用于将活塞杆轴向运动时产生的空气排出；

所述第一钢球架穿过活塞杆，并安装在缸筒内，且第一钢球架一端设置有轴肩，轴肩两侧分别通过法兰盘的端面和缸筒内圆周面设有的台阶面进行轴向限位，另一端的外圆周面上沿周向加工有用于安装第一钢球的第一安装孔，两个以上第一钢球沿周向安装在所述第一安装孔内；第一钢球架的第一钢球所在端的外圆周面与缸筒的内圆周面留有环形间隙；

所述第二钢球架穿过活塞杆，并安装在缸筒内，且第二钢球架一端设置有轴肩，轴肩两侧分别通过导向套的端面和缸筒内圆周面设有的台阶面进行轴向限位，另一端的外圆周面上沿周向加工有用于安装第二钢球的第二安装孔，两个以上第二钢球沿周向安装在所述第二安装孔内；第二钢球架的第二钢球所在端的外圆周面与缸筒的内圆周面留有环形间隙；

所述活塞组件同轴固定在活塞杆的中部，将活塞杆与缸筒之间形成的环形腔体分隔为两部分；活塞组件与第一钢球架之间的环形腔体为第一腔体，活塞组件与第二钢球架之间的环形腔体为第二腔体；所述第一腔体与缸筒上的第一油口及第一排气口相通，所述第二腔体与缸筒上的第二油口相通；活塞组件能够随活塞杆做同步轴向移动，当活塞杆向法兰盘移动时，活塞组件随活塞杆移动到位后，与第一钢球架上的第一钢球相配合，实现对活塞杆的锁定，即左向锁定；当活塞杆向导向套移动时，活塞组件随活塞杆移动到位后，与第二钢球架上的第二钢球相配合，实现对活塞杆的锁定，即右向锁定。

进一步的，所述活塞组件包括：螺母、第一支撑块、锁紧块、左挡板、压缩弹簧、活塞、右挡板及第二支撑块；

所述活塞的一端为凸形结构，另一端为凹腔；活塞套装在活塞杆上，且其外圆周面与缸筒的内圆周面贴合；

活塞的凸形结构的端面固定有左挡板；螺母螺纹连接在活塞杆上，且螺母与左挡板的端面相抵触，所述螺母实现了对活塞组件向左的轴向限位；

第一支撑块套装在螺母上，其两端分别通过螺母上设有的轴肩和左挡板的左端面轴向限位，且第一支撑块的外圆周面设有圆弧面；锁紧块套装在活塞的凸形结构上；压缩弹簧安装在活塞的凸形结构外部，其两端分别与活塞的台阶面及锁紧块的右端面相抵触，使锁紧块抵触在左挡板的右端面上；且锁紧块的左端面延伸出圆筒结构，该圆筒结构内圆周面、左挡板的外圆周面及第一支撑块的外圆周面合围形成与第一钢球相配合的第一环形空腔；锁紧块上加工有两个以上沿其周向分布的轴向通孔，作为过油孔；

活塞的凹腔底面固定有右挡板；第二支撑块套装在活塞杆上，且第二支撑块的一端抵触在活塞杆上设有的轴肩上，另一端与右挡板的端面相抵触，且第二支撑块的外圆周面设有圆弧面；所述活塞杆上的轴肩实现了对活塞组件向右的轴向限位；且第二活塞凹腔的内圆周面、第二支撑块的外圆周面及第二支撑块的外圆周面合围形成与第二钢球相配合的第二环形空腔；

当活塞组件左向锁定时，所述第一钢球架的第一钢球所在端与所述第一环形空腔相配合，第一钢球的内、外侧面分别与第一环形空腔的内、外侧面相抵触，实现对活塞杆运动的机械锁定；

当活塞组件右向锁定时，所述第二钢球架的第二钢球所在端与所述第二环形空腔相配合，第二钢球的内、外侧面分别与第二环形空腔的内、外侧面相抵触，实现对活塞杆运动的机械锁定；

进一步的，所述导向套的端面与第二钢球架的轴肩侧面之间留有设定间隙，使第二钢球架能够沿其轴向移动设定距离，且导向套与第二钢球架之间的活塞杆上套装安装有蝶形弹簧。

进一步的，所述活塞杆由外部活塞杆和内部活塞杆同轴对接组成，且二者通过螺纹连接。

进一步的，还包括锁紧螺母，锁紧螺母螺纹连接在活塞杆上，并与螺母端面相抵触。

进一步的，还包括铜套，铜套安装在锁紧块与活塞的凸形结构圆周面之间。

进一步的，所述活塞包括：第一活塞和第二活塞；所述第一活塞为凸字形活塞，所述第二活塞为凹字形活塞；所述第一活塞和第二活塞均套装在活塞杆上；且第一活塞的平面端与第二活塞的平面端贴合。

有益效果：(1)本发明通过钢球实现活塞杆的锁定，对液压缸的空间要求低，适用于结构紧凑、内腔尺寸小的液压缸上；且结构既简单又可靠，钢球的滚动摩擦阻力小，通过利用支撑块的外圆周面的圆弧面，使得钢球可以对应滑入第一环形空腔或第二环形空腔，避免了刚性接触造成的较大滑动摩擦力。

(2)本发明的活塞杆的伸出或缩回的极限位置都能实现自动锁定，提高了系统的安全性能，即需要超过设定值的解锁力(即第二腔体或第一腔体内的油压超过设定值)才能解锁，比传统的靠自重或者靠系统被压来锁定的结构更安全、更方便。

附图说明

图1为本发明的结构组成图；

图2为图1的I处的局部放大图；

图3为图1的II处的局部放大图；

图4为本发明的左向锁定状态图；

图5为本发明的活塞杆均未被锁定的状态图；

图6为本发明的右向锁定状态图；

其中，1-外部活塞杆，2-锁紧螺母，3-螺母，4-第一钢球架，5-第一支撑块1，6-第一钢球，7-锁紧块，8-左挡板，11-铜套，12-压缩弹簧，13-第一活塞，14-第二活塞，15-右挡板，17-第二支撑块，18-内部活塞杆，19-第二钢球，20-第二钢球架，21-蝶形弹簧，22-导向套，23-缸筒，24-法兰盘，25-第一油口，26-第二油口，27-第一排气口，28-第二排气口。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种双向机械自锁的液压缸，参见附图1-3，包括：缸筒组件、活塞杆、第一钢球架4、第一钢球6、第二钢球架20、第二钢球19、蝶形弹簧21及活塞组件；

所述缸筒组件包括：缸筒23、法兰盘24和导向套22；所述法兰盘24和导向套22分别安装在缸筒23两端，且缸筒23上分别设有与其内腔相通的第一油口25、第二油口26、第一排气口27；导向套22上设有第二排气口28；

所述活塞杆由外部活塞杆1和内部活塞杆18同轴对接组成，且二者通过螺纹连接；活塞杆安装在缸筒23内，且外部活塞杆1与缸筒23一端的法兰盘24孔轴配合，配合面安装有密封圈，内部活塞杆18与缸筒23另一端的导向套22孔轴配合，配合面安装有密封圈，且第二排气口28与导向套22和内部活塞杆18之间的安装间隙相通，第二排气口28用于将内部活塞杆18轴向运动时产生的空气排出；

所述第一钢球架4穿过活塞杆，并安装在缸筒23内，且第一钢球架4一端设置有轴肩，轴肩两侧分别通过法兰盘24的端面和缸筒23内圆周面设有的台阶面进行轴向限位，另一端的外圆周面上沿周向加工有用于安装第一钢球6的第一安装孔，两个以上第一钢球6沿周向安装在所述第一安装孔内(本实施例中为12个)；第一钢球架4的第一钢球6所在端的外圆周面与缸筒23的内圆周面留有环形间隙；

所述第二钢球架20穿过活塞杆，并安装在缸筒23内，且第二钢球架20一端设置有轴肩，轴肩两侧分别通过导向套22的端面和缸筒23内圆周面设有的台阶面进行轴向限位，导向套22的端面与所述轴肩的侧面之间留有设定间隙，使第二钢球架20能够沿其轴向移动设定距离(所述设定距离与设定间隙相等)，且导向套22与第二钢球架20之间的内部活塞杆18上套装有蝶形弹簧21，用于在第二钢球架20向导向套22移动时，起到缓冲作用；第二钢球架20的另一端的外圆周面上沿周向加工有用于安装第二钢球19的第二安装孔，两个以上第二钢球19(本实施例中为12个)沿周向安装在所述第二安装孔内；第二钢球架20的第二钢球19所在端的外圆周面与缸筒23的内圆周面留有环形间隙；

所述活塞组件同轴固定在活塞杆的中部，将活塞杆与缸筒23之间形成的环形腔体分隔为两部分；活塞组件与第一钢球架4之间的环形腔体为第一腔体，活塞组件与第二钢球架20之间的环形腔体为第二腔体；所述第一腔体与缸筒23上的第一油口25及第一排气口27相通，所述第二腔体与缸筒23上的第二油口26相通；活塞组件能够随活塞杆做同步轴向移动，当活塞杆向法兰盘24移动时，活塞组件随活塞杆移动到位后，与第一钢球架4上的第一钢球6相配合，实现对活塞杆的锁定，即左向锁定；当活塞杆向导向套22移动时，活塞组件随活塞杆移动到位后，与第二钢球架20上的第二钢球19相配合，实现对活塞杆的锁定，即右向锁定；

参见附图2，所述活塞组件包括：锁紧螺母2、螺母3、第一支撑块5、锁紧块7、左挡板8、铜套11、压缩弹簧12、第一活塞13、第二活塞14、右挡板15及第二支撑块17；

所述第一活塞13为凸字形活塞，所述第二活塞14为凹字形活塞；所述第一活塞13和第二活塞14均套装在活塞杆上；且第一活塞13的平面端与第二活塞14的平面端贴合，第一活塞13和第二活塞14的外圆周面均与缸筒23的内圆周面贴合，且贴合面安装有密封圈；

第一活塞13的凸形结构的端面通过螺钉固定有左挡板8；螺母3和锁紧螺母2并列螺纹连接在活塞杆上，且螺母3与左挡板8的端面相抵触，锁紧螺母2用于对螺母3进行进一步锁定，防止螺母3发生轴向移动；所述螺母3和锁紧螺母2实现了对活塞组件向左的轴向限位；

第一支撑块5套装在螺母3上，其两端分别通过螺母3上设有的轴肩和左挡板8的左端面轴向限位，且第一支撑块5的外圆周面设有圆弧面；锁紧块7通过铜套11套装在第一活塞13的凸形结构上；压缩弹簧12安装在第一活塞13的凸形结构外部，其两端分别与第一活塞13的台阶面及锁紧块7的右端面相抵触，使锁紧块7抵触在左挡板8的右端面上；且锁紧块7的左端面延伸出圆筒结构，该圆筒结构内圆周面、左挡板8的外圆周面及第一支撑块5的外圆周面合围形成与第一钢球6相配合的第一环形空腔；锁紧块7上加工有两个以上沿其周向分布的轴向通孔，作为过油孔；

第二活塞14的凹腔底面通过螺钉固定有右挡板15；第二支撑块17套装在活塞杆上，且第二支撑块17的一端抵触在活塞杆上设有的轴肩上，另一端与右挡板15的端面相抵触，且第二支撑块17的外圆周面设有圆弧面；所述活塞杆上的轴肩实现了对活塞组件向右的轴向限位；且第二活塞14凹腔的内圆周面、第二支撑块17的外圆周面及第二支撑块17的外圆周面合围形成与第二钢球19相配合的第二环形空腔；

当活塞组件左向锁定时，锁紧块7的圆筒结构插入第一钢球架4的第一钢球6所在端的外圆周面与缸筒23的内圆周面留有的环形间隙中，且所述第一钢球架4的第一钢球6所在端与所述第一环形空腔相配合，第一钢球6的内、外侧面分别与第一环形空腔的内、外侧面相抵触，并能够实现对活塞杆运动的机械锁定；第一活塞13与第一钢球架4之间的空腔即为第一腔体；

当活塞组件右向锁定时，所述第二钢球架20的第二钢球19所在端与所述第二环形空腔相配合，第二钢球19的内、外侧面分别与第二环形空腔的内、外侧面相抵触，并能够实现对活塞杆运动的机械锁定；第二活塞14与第二钢球架20之间的空腔即为第二腔体。

工作原理：参见附图4-6，初始时，活塞组件处于左向锁定状态；向与第一腔体相通的第一油口25打入压力油，同时，第一腔体内的气体通过第一排气口27排出；当第一腔体内的压力逐渐增大超过设定值后，推动活塞组件及活塞杆沿缸筒23的轴线向导向套22方向移动，使第一钢球6与所述第一环形空腔分离，活塞组件的左向锁定状态解除，活塞杆的内部活塞杆18伸出；第一钢球6与所述第一环形空腔的分离过程如下：第一支撑块5向导向套22方向移动时，第一支撑块5的圆弧面挤压第一钢球6，使第一钢球6向外移动(即远离活塞杆轴线的方向)，同时锁紧块7向导向套22方向移动，为第一钢球6腾出空间，直至第一支撑块5完全离开第一钢球6；

活塞组件的左向锁定状态解除后，继续向第一油口25打入压力油，活塞组件及活塞杆继续向导向套22方向移动，直到第二钢球架20的第二钢球19所在端与所述第二环形空腔相配合，第二钢球19的内、外侧面分别与第二环形空腔的内、外侧面相抵触，实现对活塞杆运动的机械锁定，此时活塞组件处于右向锁定状态，其中，在第二钢球架20的第二钢球19所在端与所述第二环形空腔相配合的过程中，蝶形弹簧21起到缓冲作用；

向与第二腔体相通的第二油口26打入压力油；当第二腔体内的压力逐渐增大超过设定值后，推动活塞组件及活塞杆沿缸筒23的轴线向法兰盘24方向移动，使第二钢球19与所述第二环形空腔分离，活塞组件的右向锁定状态解除，活塞杆的内部活塞杆18缩回；第二钢球19与所述第二环形空腔的分离过程如下：第二支撑块17向法兰盘24方向移动时，第二支撑块17的圆弧面挤压第二钢球19，使第二钢球19向外移动(即远离活塞杆轴线的方向)，同时第二活塞14的圆筒结构向法兰盘24方向移动，为第二钢球19腾出空间，直至第二支撑块17完全离开第二钢球19；

活塞组件的右向锁定状态解除后，继续向第二油口26打入压力油，活塞组件及活塞杆继续向法兰盘24方向移动，直到第一钢球架4的第一钢球6所在端与所述第一环形空腔相配合，第一钢球6的内、外侧面分别与第一环形空腔的内、外侧面相抵触，实现对活塞杆运动的机械锁定，此时活塞组件处于左向锁定状态，其中，在第一钢球架4的第一钢球6所在端与所述第一环形空腔相配合的过程中，压缩弹簧12起到缓冲作用。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双向机械自锁的液压缸，其特征在于，包括：缸筒组件、活塞杆、第一钢球架（4）、第一钢球（6）、第二钢球架（20）、第二钢球（19）及活塞组件；

所述缸筒组件包括：缸筒（23）、法兰盘（24）和导向套（22）；所述法兰盘（24）和导向套（22）分别安装在缸筒（23）两端，且缸筒（23）上分别设有与其内腔相通的第一油口（25）、第二油口（26）、第一排气口（27）；导向套（22）上设有第二排气口（28）；

所述活塞杆安装在缸筒（23）内，一端与缸筒（23）一端的法兰盘（24）孔轴配合，另一端与缸筒（23）另一端的导向套（22）孔轴配合，且导向套（22）上的第二排气口（28）与导向套（22）和活塞杆之间的安装间隙相通，第二排气口（28）用于将活塞杆轴向运动时产生的空气排出；

所述第一钢球架（4）穿过活塞杆，并安装在缸筒（23）内，且第一钢球架（4）一端设置有轴肩，轴肩两侧分别通过法兰盘（24）的端面和缸筒（23）内圆周面设有的台阶面进行轴向限位，另一端的外圆周面上沿周向加工有用于安装第一钢球（6）的第一安装孔，两个以上第一钢球（6）沿周向安装在所述第一安装孔内；第一钢球架（4）的第一钢球（6）所在端的外圆周面与缸筒（23）的内圆周面留有环形间隙；

所述第二钢球架（20）穿过活塞杆，并安装在缸筒（23）内，且第二钢球架（20）一端设置有轴肩，轴肩两侧分别通过导向套（22）的端面和缸筒（23）内圆周面设有的台阶面进行轴向限位，另一端的外圆周面上沿周向加工有用于安装第二钢球（19）的第二安装孔，两个以上第二钢球（19）沿周向安装在所述第二安装孔内；第二钢球架（20）的第二钢球（19）所在端的外圆周面与缸筒（23）的内圆周面留有环形间隙；

所述活塞组件同轴固定在活塞杆的中部，将活塞杆与缸筒（23）之间形成的环形腔体分隔为两部分；活塞组件与第一钢球架（4）之间的环形腔体为第一腔体，活塞组件与第二钢球架（20）之间的环形腔体为第二腔体；所述第一腔体与缸筒（23）上的第一油口（25）及第一排气口（27）相通，所述第二腔体与缸筒（23）上的第二油口（26）相通；活塞组件能够随活塞杆做同步轴向移动，当活塞杆向法兰盘（24）移动时，活塞组件随活塞杆移动到位后，与第一钢球架（4）上的第一钢球（6）相配合，实现对活塞杆的锁定，即左向锁定；当活塞杆向导向套（22）移动时，活塞组件随活塞杆移动到位后，与第二钢球架（20）上的第二钢球（19）相配合，实现对活塞杆的锁定，即右向锁定；

所述活塞组件包括：螺母（3）、第一支撑块（5）、锁紧块（7）、左挡板（8）、压缩弹簧（12）、活塞、右挡板（15）及第二支撑块（17）；

所述活塞的一端为凸形结构，另一端为凹腔；活塞套装在活塞杆上，且其外圆周面与缸筒（23）的内圆周面贴合；

活塞的凸形结构的端面固定有左挡板（8）；螺母（3）螺纹连接在活塞杆上，且螺母（3）与左挡板（8）的端面相抵触，所述螺母（3）实现了对活塞组件向左的轴向限位；

第一支撑块（5）套装在螺母（3）上，其两端分别通过螺母（3）上设有的轴肩和左挡板（8）的左端面轴向限位，且第一支撑块（5）的外圆周面设有圆弧面；锁紧块（7）套装在活塞的凸形结构上；压缩弹簧（12）安装在活塞的凸形结构外部，其两端分别与活塞的台阶面及锁紧块（7）的右端面相抵触，使锁紧块（7）抵触在左挡板（8）的右端面上；且锁紧块（7）的左端面延伸出圆筒结构，该圆筒结构内圆周面、左挡板（8）的外圆周面及第一支撑块（5）的外圆周面合围形成与第一钢球（6）相配合的第一环形空腔；锁紧块（7）上加工有两个以上沿其周向分布的轴向通孔，作为过油孔；

活塞的凹腔底面固定有右挡板（15）；第二支撑块（17）套装在活塞杆上，且第二支撑块（17）的一端抵触在活塞杆上设有的轴肩上，另一端与右挡板（15）的端面相抵触，且第二支撑块（17）的外圆周面设有圆弧面；所述活塞杆上的轴肩实现了对活塞组件向右的轴向限位；且第二活塞（14）凹腔的内圆周面、第二支撑块（17）的外圆周面及第二支撑块（17）的外圆周面合围形成与第二钢球（19）相配合的第二环形空腔；

所述导向套（22）的端面与第二钢球架（20）的轴肩侧面之间留有设定间隙，使第二钢球架（20）能够沿其轴向移动设定距离，且导向套（22）与第二钢球架（20）之间的活塞杆上套装安装有蝶形弹簧（21）。

2.如权利要求1所述的一种双向机械自锁的液压缸，其特征在于，当活塞组件左向锁定时，所述第一钢球架（4）的第一钢球（6）所在端与所述第一环形空腔相配合，第一钢球（6）的内、外侧面分别与第一环形空腔的内、外侧面相抵触，实现对活塞杆运动的机械锁定；

当活塞组件右向锁定时，所述第二钢球架（20）的第二钢球（19）所在端与所述第二环形空腔相配合，第二钢球（19）的内、外侧面分别与第二环形空腔的内、外侧面相抵触，实现对活塞杆运动的机械锁定。

3.如权利要求1所述的一种双向机械自锁的液压缸，其特征在于，所述活塞杆由外部活塞杆（1）和内部活塞杆（18）同轴对接组成，且二者通过螺纹连接。

4.如权利要求1所述的一种双向机械自锁的液压缸，其特征在于，还包括锁紧螺母（2），锁紧螺母（2）螺纹连接在活塞杆上，并与螺母（3）端面相抵触。

5.如权利要求1所述的一种双向机械自锁的液压缸，其特征在于，还包括铜套（11），铜套（11）安装在锁紧块（7）与活塞的凸形结构圆周面之间。

6.如权利要求1所述的一种双向机械自锁的液压缸，其特征在于，所述活塞包括：第一活塞（13）和第二活塞（14）；所述第一活塞（13）为凸字形活塞，所述第二活塞（14）为凹字形活塞；所述第一活塞（13）和第二活塞（14）均套装在活塞杆上；且第一活塞（13）的平面端与第二活塞（14）的平面端贴合。