CN109838491A - 一种气体复位的带有锥形棒的多级液压缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体复位的多级液压缓冲器，包括了填充了液压油的液压缸体、第二级柱塞、第一级柱塞、锥形棒、单向阀以及填充了惰性气体的蓄能器。本发明通过节流小孔耗能作用和蓄能器储能作用，达到缓冲和吸收冲击的功能。液压缸体内侧缸体底部设有单向阀，在复位时使得液压油从液压缸体外侧缸体快速流入液压缸体内侧缸体。复位时通过蓄能器释放压力能，实现各级柱塞的复位功能。由于采用多级缸体结构，可有效的降低柱塞高度，便于加工与安装加工。

Description

一种气体复位的带有锥形棒的多级液压缓冲器

技术领域

本发明涉及一种液压缓冲器，尤其是一种适用于高速、大载荷缓冲场合的多级液压缓冲器。

背景技术

传统的单级液压缓冲器主要包括环形节流孔-锥形棒和薄壁小孔等两种主要结构形式。而液压缓冲器的高度和体积由缓冲行程、载荷大小决定。而载荷越大，缓冲器的体积越大。并且缓冲行程是与冲击速度的平方成正比，冲击速度越大，行程越长，液压缓冲器的高度越高。因此，使得缓冲器的加工、安装以及运输难度大大增加。所以，在高速和重载的冲击场合，为了缩短高度尺寸，常常考虑采用多级液压缓冲器。中国发明专利CN 103935862A公开了一种三级液压缓冲器。该缓冲器以同心叠合的方式设置，节流孔-锥形棒被设置在第三级柱塞中，其余两级柱塞以定节流孔的形式被分别设置在第二级和第一级柱塞中。上述缓冲器的缓冲性能不能按照整个缓冲行程进行设计，只能对部分缓冲行程进行缓冲性能设计，不能对缓冲行程进行较好的利用。

中国发明专利CN101597003A公开了一种电梯油压缓冲器，该缓冲器的柱塞以同心叠合的方式设置，并且能够在上下方向伸缩，复位依靠设置在缸体底部的弹簧。上述多级缓冲器都是采用弹簧复位，在缓冲结束后，弹簧仍具有高度而造成缓冲器高度的浪费。并且弹簧会给缓冲器的安装造成一定的困难。上述缓冲器在针对高速、重载的工况下，结构不够紧凑，极大提高了缓冲器的高度，造成空间的浪费，这对缓冲器的加工、安装造成不便。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种在高速、重载情况下气体复位的多级液压缓冲器，解决现有液压缓冲器在高速重载情况下无法降低高度和尺寸，加工制造、运输困难等问题。该缓冲器通过采用蓄能器来代替弹簧实现柱塞的复位，可用于高速、重载的缓冲领域。

本发明提出一种气体复位的多级液压缓冲器，包括：填充有液压油的液压缸体、第一级柱塞、第二级柱塞、锥形棒、单向阀和填充有惰性气体的蓄能器；所述第二级柱塞沿轴向滑动插入所述液压缸体，且在第二级柱塞的底部设有通油孔，使液压油从第二级柱塞和第一级柱塞流入液压缸体；所述第一级柱塞沿轴向滑动插入所述第二级柱塞，且在第一级柱塞的底部设有通油孔，使液压油从第二级柱塞流入第一级柱塞；所述液压缸体、第二级柱塞和第一级柱塞由下至上依次同心密封套接，形成液压机构；所述锥形棒竖立在第二级柱塞底部；所述蓄能器设通过液压管道连通所述液压缸体并置于液压缸体的一侧。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述第一级柱塞与第二级柱塞之间，以及所述第二级柱塞与液压缸体之间设有密封机构。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述第一级柱塞顶部设有缓冲垫。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述第一级柱塞和所述第二级柱塞底部设有通油孔。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述液压缸体内侧缸体壁上分别开有纵向和周向分布的节流小孔；所述液压缸体内侧缸体壁上分布的节流小孔的长度与直径的比值≤0.5。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述锥形棒中部具有空腔，并且空腔与第一级柱塞和第二级柱塞的通油孔相对应。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述锥形棒的外截面积随着趋近于锥形棒的底部而逐渐增大。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述锥形棒与第一级柱塞的通油孔形成的节流小孔随着趋近于锥形棒的底部而逐渐减小。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述液压缸体中的薄壁小孔的节流总面积随着第二级柱塞的压缩行程的增加而减小。

本发明提出的所述气体复位的多级液压缓冲器中，所述液压缸体底部设有用于控制液压油流向的单向阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明采用环形节流孔-锥形棒和节流小孔(薄壁小孔)节流相结合的结构形式，并通过压缩惰性气体来实现高速、重载情况下的缓冲，并且随着压缩行程的增加，环形节流孔和节流小孔(薄壁小孔)的总面积是在逐渐减小，缓冲力逐渐增加，并且通过对锥形棒直径和节流小孔(薄壁小孔)直径的设计，液压缓冲器在整个缓冲过程中的缓冲性能是可控的。与专利CN 103935862A相比，整个缓冲过程均可通过设计锥形棒的直径和节流小孔的直径来实现整个缓冲过程的可控性，提高了缓冲器的缓冲性能，有效的利用了缓冲器的高度。与专利CN101597003A相比，在缓冲结束后，缓冲器的高度可降为无负荷状态的1/3，有效的从结构上减小了尺寸，便于柱塞以及缸体的加工和运输。此外，缓冲器采用蓄能器来储存缓冲过程中的部分动能，可吸收油压冲击和油压波动，保持整个过程的平稳性。

附图说明

图1为本发明的多级液压缓冲器的无负荷状态的剖视图；

图2为本发明的多级液压缓冲器被全行程压缩状态的剖视图；

图3为本发明的第一级柱塞压缩过程中的状态剖视图；

图4为本发明的第二级柱塞压缩过程中的状态剖视图；

图5为本发明的多级液压缓冲器在复位过程时的状态剖视图；

图6为本发明的第二级柱塞位移与锥形棒外截面积之间的关系图

图7为第二级柱塞位移和节流孔开口面积的关系图；

图8为液压缸体内侧缸壁的节流孔分布的示意图；

图中：1-缓冲垫；2-第一级柱塞；3-第二级柱塞；4-锥形棒；5-液压缸体；6-液压缸体内侧缸体；7-液压缸体外侧缸体；8-单向阀；9-密封机构；10-第一级柱塞通油孔；11-第二级柱塞通油孔；12-密封机构；13-密封机构；14-液压缸体节流孔；15-液压管道；16-蓄能器。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明提出的气体复位的多级液压缓冲器进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

请同时参阅图1至图8。

本实施案例提供了一种气体复位的多级液压缓冲器，包括如下部件：

填充了液压油的液压缸体5；

填充了惰性气体的蓄能器16，所述蓄能器16置于液压缸体5的一侧，蓄能器16与液压缸体5之间通过液压管道15相连通；所述蓄能器16在撤去载荷之后能够使第二级柱塞3和第一级柱塞2回到无负荷状态的位置；

竖立在第二级柱塞3底部的中空的锥形棒4，锥形棒4的中空腔与第一级柱塞2和第二级柱塞3底部的通油孔相对应；

竖立在液压缸体5中的内侧缸体，内侧缸壁上开有按一定规律变化的节流小孔14(薄壁小孔)，如图7和图8所示；

第二级柱塞3，所述第二级柱塞3沿轴向可滑动地插入上述液压缸体5，且在第二级柱塞3底部设有供锥形棒4插入的通油孔11；

第一级柱塞2，所述第一级柱塞2沿轴向可滑动地插入上述第二级柱塞3，且在第一级柱塞2底部设有通油孔10；

所述液压缸体5、第二级柱塞3和第一级柱塞2由下至上依次同心密封套接，形成液压机构，所述液压机构内部填充有液压油。

进一步地，所述第一级柱塞2顶部设有缓冲垫1。

进一步地，所述液压缸体的内侧缸壁底部设有两个控制液压油流向的单向阀8。

进一步地，所述锥形棒4的外截面积随着趋近于锥形棒4的底部而逐渐增大。

进一步地，所述锥形棒4的外表面与第一级柱塞底部的通油孔10之间构成环形节流孔；在缓冲过程中，第二级柱塞3内部的液压油只能通过该环形节流孔进入锥形棒4的空腔，继而进入液压缸体5中。在复位过程中，液压缸体中的液压油通过锥形棒4的空腔进入第一级柱塞2中，再通过锥形棒4的外表面与第一级柱塞底部的通油孔10之间构成环形节流孔进入第二级柱塞3。

进一步地，所述锥形棒4与第一级柱塞2底部通油孔之间形成的节流孔面积与载荷大小、缓冲过程的加速度大小、压缩行程以及柱塞横截面积有关，故锥形棒的直径需要根据图6来设计。

进一步地，所述节流孔的面积(薄壁小孔的面积之和)与载荷大小、缓冲过程的加速度大小、压缩行程以及液压缸体横截面积有关，故薄壁小孔的直径需要根据图7来设计。

进一步地，在缓冲过程中，液压缸体内侧缸体7中的液压油只能通过节流孔14进入液压缸体的外测缸体6，并通过液压管道15进入蓄能器16中。而在撤去载荷之后进入复位过程中，被排入蓄能器16中的液压油可以通过液压管道15进入液压缸体外侧缸体6，其中大部分液压油通过液压缸体内侧缸体7底部的单向阀8从液压缸体外侧缸体6流向液压缸体内侧缸体7，其余液压油通过节流小孔14从液压缸体外侧缸体6流向液压缸体内侧缸体7，实现第二级柱塞3和第一级柱塞2复位。

进一步地，所述蓄能器16内部设有能够膨胀和收缩的气囊。在缓冲过程中，压缩气囊内的惰性气体，从而吸收冲击并存储能量；在冲击负载移除后，气囊在高压气体的作用下，将液压油压回液压缸体5中，从而实现第二级柱塞3和第一级柱塞2的复位。

进一步地，所述第一级柱塞与第二级柱塞之间设有密封机构9；第二级柱塞与液压缸体之间设有密封机构12和13；

本实施例具体为：

如图1所示，本实施案例提供的气体复位的多级液压缓冲器，包括液压缸体5，第一级柱塞2、第二级柱塞3、单向阀8、锥形棒4和蓄能器16。其中第一级柱塞2和第二级柱塞3能够在上下方向嵌合在液压缸体内，上述柱塞的直径从外到内顺次减小，并且相互之间以同心的方式叠合设置。

第一级柱塞2的底部设有通油孔10，并且在该柱塞内充满液压油。第二级柱塞3内的液压油作用于第一级柱塞2的底部，使得第一级柱塞2能够完全伸出，并使得该柱塞能够上下滑动。液压缸体5由外侧缸体6和内侧缸体7组成。该液压缸体5内充满液压油，作用于第二级柱塞3的底部，使得第二级柱塞3能够完全伸出，并使得该柱塞能够上下滑动。

锥形棒4竖立在第二级柱塞3的底部，并在第一级柱塞2下降过程中插入第一级柱塞通油孔10中。从第一级柱塞2和第二级柱塞3中流出的液压油通过锥形棒4的空腔和通油孔11进入液压缸体内侧7缸体，并作用于第二级柱塞3的下表面。液压缸体内侧缸体7的液压油通过节流孔14进入液压缸体外侧缸体6，并通过液压管道15进入蓄能器16中，并压缩蓄能器16中的惰性气体。

在该液压缓冲器中，随着第一级柱塞2的下降，第一级柱塞2和第二级柱塞3中的液压油通过锥形棒4的空腔进入液压缸体内侧缸体7。此时由于液压油通过通油孔10与锥形棒4外表面之间的环形节流孔而产生的节流效果，获得缓冲效果。同时，随着第一级柱塞2的下降，在锥形棒4的作用下，节流孔的面积逐渐减小，液压油流经节流孔产生阻力将逐渐增大，其对应的结果为第一级柱塞2的下降速度将逐渐减少直至第一级柱塞2的速度为零。

在第一级柱塞2下降的同时，由于压差的关系，第二级柱塞3也开始向下运动。液压缸体的内侧缸体7中的液压油通过节流小孔14进入液压缸体外侧缸体6，此时由于液压油通过节流小孔产生节流效果，对第二级柱塞3的下降产生很大的阻力，消耗冲击动能，从而获得缓冲效果。并且随着第二级柱塞3的下降，节流小孔的总面积逐渐减小，阻力将会逐渐增大，其对应的结果就是第二级柱塞3的下降速度将会减小，直至速度为零。随着第二级柱塞3的下降，部分液压油通过节流小孔14进入第二级柱塞3与液压缸体内侧缸体7之间形成的空腔，再次形成节流效果。同时，液压缸体的外侧缸体7内的液压油通过液压管道15进入蓄能器16，压缩惰性气体，储存和吸收部分冲击动能用于柱塞的复位。

在该缓冲器中，单向阀8设置在液压缸体内侧缸体7底部，使得缓冲过程中液压缸体内侧缸体7中的液压油不能通过单向阀进入液压缸体内侧缸体6中。

复位时，即移除载荷后，蓄能器16中的液压油压力大于液压缸体中的液压油压力。蓄能器15中的液压油通过液压管道15进入液压缸体外侧缸体6中，并通过单向阀8可快速进入液压缸体内侧缸体7中，并依次通过通油孔11和10进入第一级柱塞2和第二级柱塞3，推动各级柱塞实现复位。

以下对具有上述结构的液压缓冲器的动作进行说明。

当载荷与顶部的缓冲垫1发生碰撞后。首先，第一级柱塞2沿着第二级柱塞3的内壁向下运动，使得第二级柱塞3内的油液压力升高。此时第二级柱塞3中的液压油只能通过通油孔10和锥形棒4外表面之间的环形节流孔进入第一级柱塞2中，并通过锥形棒4中的空腔和通油孔11进入液压缸体内侧缸体7。在该节流孔的作用下，起到减速的作用。

当第一级柱塞2完成行程时，第一级柱塞2的底部和第二级柱塞3的底部将会发生接触，然后，第一级柱塞2和第二级柱塞3继续以相同的速度一起向下运动。第二级柱塞3沿着液压缸体内侧缸体7的内壁向下运动，使得液压缸体内侧缸体7中的油液压力升高。液压油通过内侧缸体7上的节流小孔14进入液压缸体外侧缸体6，并通过液压管道15进入蓄能器16，在气体压力以及节流孔节流的共同作用下，起到减速的作用，直至速度为零。随着第二级柱塞3的下降，部分液压油油通过节流小孔14进入第二级柱塞3与液压缸体内侧缸体7之间形成的空腔，再次形成节流效果。

在整个缓冲过程中，由于第一级柱塞2向下运动，锥形棒4与第一级柱塞通油孔10形成的节流孔面积逐渐减小，来自液压油的阻力将逐渐增大。随着第二级柱塞3向下运动，由于第三级柱塞3的向下运动，节流小孔14的总面积逐渐减小，来自液压油的阻力将逐渐增大。进入蓄能器16的液压油压缩气囊中的惰性气体，起到缓冲的作用并存储能量。其结果是，载荷的下降速度逐渐减小至零。如果合理调整各级柱塞和液压缸体的横截面积、节流孔的面积以及油液初始压力和蓄能器初始压力，可使得各级柱塞按规定的顺序进行运动。此外，在卸除载荷后，气囊中的惰性气体压力较大，将蓄能器16中的液压油通过液压管道15压回液压缸体外测缸体6中，并通过单向阀进入液压缸体内侧缸体7中，并依次通过通油孔11、锥形棒空腔和通油孔10流入第一级柱塞盒第二级柱塞中，推动各级柱塞向上运动。

在缓冲过程中，定义节流孔面积1＝第一级柱塞通油孔10截面积-锥形棒4外截面积；定义节流孔面积2＝液压缸体的内侧缸体壁7上节流小孔的面积总和；定义节流孔总面积＝定义节流孔面积1+定义节流孔面积2。节流孔面积1和节流孔面积2随着各级柱塞的行程增加而减小。当载荷以一定的速度碰撞液压缓冲器的情况下，假定预期的减速度为一定值。因此，锥形棒的外截面积与第一级柱塞行程之间的关系如图6所示。由此，可得到锥形棒的外截面积。节流孔面积2A_x与第二级柱塞行程L之间的关系如图7所示。由此，可得到各节流小孔14的直径。图8给出了各个节流小孔在液压缸体内侧缸体上的位置分布图。

在本实施例中：

气体复位的多级液压缓冲器，包括填充了液压油的液压缸体以及填充了惰性气体的蓄能器，能够滑动地沿轴方向插入液压缸体且在底部设有通油孔的第二级柱塞；能够滑动地沿轴方向插入第二级柱塞且在底部设有通油孔的第一级柱塞；竖立设置在第二级底部柱塞底部，且在第一级柱塞向下运动过程中插入柱塞底部的通油孔的锥形棒；设置在液压缸体内侧缸体底部的单向阀。

锥形棒插入第一级柱塞底部的通油孔，并且上述锥形棒的截面积随着趋近于锥形棒的底部而逐渐增大；

在上述锥形棒内有空腔，当第一级柱塞被压缩时，第一级柱塞和第二级柱塞中的液压油通过锥形棒内的空腔进入液压缸体内。

节流小孔分布在液压缸体的内侧缸体的缸壁上，并且沿高度方向和周向按图8分布。

液压缸体内侧缸体的液压油通过节流小孔进入液压缸体外侧缸体，然后进入蓄能器，并作用于气囊，进而压缩惰性气体；

单向阀设置在液压缸体内侧缸体的底部，并且使得液压缸体内侧缸体中的液压油不能通过单向阀进入液压缸体外侧缸体中；

两级柱塞以能够沿轴向方向伸缩的方式设置在液压缸中，且柱塞的直径由外到内逐渐减小，相互之间以同心的方式设置；

为了避免柱塞之间的液体泄露，在第一级柱塞的外壁和第二级柱塞的内壁间设有密封装置；

为了避免第二级柱塞与液压缸体之间的液体泄露，在第二级柱塞的外壁和液压缸体的内壁间设有密封装置；

第一级柱塞的底部设有通油孔；

第二级柱塞的底部设有通油孔；

上述缓冲垫设置在第一级柱塞的顶部。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：包括：填充有液压油的液压缸体、第一级柱塞、第二级柱塞、锥形棒、单向阀和填充有惰性气体的蓄能器；所述第二级柱塞沿轴向滑动插入所述液压缸体，且在第二级柱塞的底部设有通油孔，使液压油从第二级柱塞和第一级柱塞流入液压缸体；所述第一级柱塞沿轴向滑动插入所述第二级柱塞，且在第一级柱塞的底部设有通油孔，使液压油从第二级柱塞流入第一级柱塞；所述液压缸体、第二级柱塞和第一级柱塞由下至上依次同心密封套接，形成液压机构；所述锥形棒竖立在第二级柱塞底部；所述蓄能器设通过液压管道连通所述液压缸体并置于液压缸体的一侧。

2.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述第一级柱塞与第二级柱塞之间，以及所述第二级柱塞与液压缸体之间设有密封机构。

3.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述第一级柱塞顶部设有缓冲垫。

4.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述第一级柱塞和所述第二级柱塞底部设有通油孔。

5.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述液压缸体内侧缸体壁上分别开有纵向和周向分布的节流小孔；所述液压缸体内侧缸体壁上分布的节流小孔的长度与直径的比值≤0.5。

6.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述锥形棒中部具有空腔，并且空腔与第一级柱塞和第二级柱塞的通油孔相对应。

7.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述锥形棒的外截面积随着趋近于锥形棒的底部而逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述锥形棒与第一级柱塞的通油孔形成的节流小孔随着趋近于锥形棒的底部而逐渐减小。

9.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述液压缸体中的薄壁小孔的节流总面积随着第二级柱塞的压缩行程的增加而减小。

10.根据权利要求1所述的气体复位的多级液压缓冲器，其特征在于：所述液压缸体底部设有用于控制液压油流向的单向阀。