CN109869368B - 一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，所述的活塞上沿着轴向加工有各自独立的第一液压通道和第二液压通道，第一液压通道靠近有杆腔的一端开放，第二液压通道靠近无杆腔的一端开放；第一液压通道内安装有最大行程液压阀，第二液压通道内安装有最小行程液压阀，所述的最大行程液压阀通过导向套顶开，所述的最小行程液压阀通过缸底顶开。本发明的油缸能够消除最大行程和最小行程时活塞与导向套和缸底之间的接触力，使得油缸能够实现任意静止位置反馈外负载力。本发明的油缸相当于在油缸最大行程和最小行程两个极限点安装了两个限位器，使油缸在正常工作时，活塞与导向套或缸底不直接接触。

Description

一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸

技术领域

本发明属于液压元件领域，涉及液压油缸，具体涉及一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸。

背景技术

液压油缸是一种最常用的液压执行元件之一，广泛应用于工程机械等设备中。高压油进入液压油缸的有杆腔或者无杆腔，利用油压推动活塞作直线往复运动，进而推动负载运动。在实际工作过程中，往往需要反馈活塞杆的外负载力，判断液压油缸或者机械设备的工作状态。获取活塞杆的负载力，常用的方法是利用油缸有杆腔和无杆腔的压力进行计算，当活塞在最大行程和最小行程之间的位置时，可以利用该方法进行计算，但是当活塞在最大行程和最小行程点时，在传统油缸上，该方法则不适用，因为在最大行程和最小行程两个极限位置，活塞与导向套或者缸底有机械接触，必然产生接触力，利用压力计算活塞杆的负载力则产生误差。在机械设备中，液压油缸在极限位置工作是非常常见的，且活塞与导向套或者缸底的接触力难以获取，因此导致直接获取活塞杆的外负载力变得很困难。

发明内容

针对上述现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，解决传统油缸在最大行程和最小行程的极限位置不能精准获取活塞杆所受外负载力的问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，包括密封的缸体，缸体的一端设置有导向套，缸体的另一端设置有缸底，活塞杆的一端穿过导向套伸入缸体内，活塞杆伸入缸体内的一端上安装有活塞，活塞将缸体内的腔体分割为有杆腔和无杆腔，活塞和导向套之间的腔体为有杆腔，活塞和缸底之间的腔体为无杆腔；

所述的活塞上沿着轴向加工有各自独立的第一液压通道和第二液压通道，第一液压通道靠近有杆腔的一端开放，第二液压通道靠近无杆腔的一端开放；第一液压通道内安装有最大行程液压阀，第二液压通道内安装有最小行程液压阀，所述的最大行程液压阀通过导向套顶开，所述的最小行程液压阀通过缸底顶开；

所述的最大行程液压阀包括安装在第一液压通道内的第一主阀芯，第一主阀芯靠近有杆腔的一端设置有第一顶杆，第一主阀芯靠近无杆腔的一端通过第一弹簧连接有第一小活塞；第一顶杆伸出第一液压通道；第一液压通道靠近无杆腔的端部通过第一堵头封闭；

所示的第一液压通道靠近无杆腔的封闭端部和第一小活塞之间的腔体为第一小活塞腔，第一小活塞和第一主阀芯之间的腔体为第一弹簧腔，第一主阀芯靠近有杆腔的一端设置为阶梯轴状使得第一主阀芯和第一液压通道靠近有杆腔的一端之间形成第一主阀芯腔；

所述的无杆腔和第一主阀芯腔之间通过第一油路相互连通，所述的有杆腔和第一小活塞腔之间通过第二油路相互连通，所述的第一弹簧腔和第一主阀芯腔之间通过第三油路相互连通；

所述的最小行程液压阀包括安装在第二液压通道内的第二主阀芯，第二主阀芯靠近无杆腔的一端设置有第二顶杆，第二主阀芯靠近有杆腔的一端通过第二弹簧连接有第二小活塞；第二顶杆伸出第二液压通道；

所述的第二液压通道靠近有杆腔的封闭端部和第二小活塞之间的腔体为第二小活塞腔，第二小活塞和第二主阀芯之间的腔体为第二弹簧腔，第二主阀芯靠近无杆腔的一端设置为阶梯轴状使得第二主阀芯和第二液压通道靠近无杆腔的一端之间形成第二主阀芯腔；

所述的有杆腔和第二主阀芯腔之间通过第四油路相互连通，所述的无杆腔和第二小活塞腔之间通过第五油路相互连通，所述的第二弹簧腔和第二主阀芯腔之间通过第六油路相互连通。

本发明还具有如下技术特征：

所述的导向套通过限位盘顶开最大行程液压阀。

所述的限位盘安装在活塞靠近有杆腔的端面上设置的限位腔内，限位盘包括套装在活塞杆上的环板，第一顶杆伸入限位腔内且能够与环板接触；环板靠近有杆腔一侧的边缘设置有伸出限位腔的环壁凸起，环壁凸起能够与导向套接触挤压环板在限位腔内运动。

所述的环壁凸起和活塞杆之间设置有环形狭缝，第二油路和第四油路与有杆腔连通的端部均位于狭缝内的活塞杆上。

所述的第一液压通道靠近无杆腔的封闭端部通过第一堵头实现封闭；所述的第二液压通道靠近有杆腔的封闭端部通过第二堵头实现封闭。

所述的缸体靠近导向套的一端设置有有杆腔油口，所述的缸底设置有无杆腔油口。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明的油缸能够消除最大行程和最小行程时活塞与导向套和缸底之间的接触力，使得油缸能够实现任意静止位置反馈外负载力。

(Ⅱ)本发明的油缸相当于在油缸最大行程和最小行程两个极限点安装了两个限位器，使油缸在正常工作时，活塞与导向套或缸底不直接接触，则可利用现有公式进行活塞杆所受负载力的计算，油缸有杆腔和无杆腔的压力可利用压力传感器直接测量。

附图说明

图1是本发明的油缸的内部结构示意图。

图2是最大行程液压阀和最小行程液压阀的结构示意图。

图3是传统油缸的结构示意图。

图4是汽车起重机结构简图。

图5是汽车起重机垂直支腿的示意图。

图中各个标号的含义为：1-缸体，2-导向套，3-缸底，4-活塞杆，5-活塞，6-有杆腔，7-无杆腔，8-第一液压通道，9-第二液压通道，10-最大行程液压阀，11-最小行程液压阀，12-第一油路，13-第二油路，14-第三油路，15-第四油路，16-第五油路，17-第六油路，18-限位盘，19-限位腔，20-有杆腔油口，21-无杆腔油口，22-垂直支腿油缸，23-水平支腿，24-车架，25-上车转台，26-起重臂，27-吊重，28-变幅油缸；

1001-第一主阀芯，1002-第一顶杆，1003-第一弹簧，1004-第一小活塞，1005--第一小活塞腔，1006-第一弹簧腔，1007-第一主阀芯腔，1008-第一堵头；

1101-第二主阀芯，1102-第二顶杆，1103-第二弹簧，1104-第二小活塞，1105-第二小活塞腔，1106-第二弹簧腔，1107-第二主阀芯腔，1108-第二堵头；

1801-环板，1802-环壁凸起，1803-环形狭缝。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

传统油缸的结构如图3所示，活塞杆所受外负载力的计算公式如下所示：

F＝P₁A₁-P₂A₂+G cosθ (Ⅰ)

其中：

F为活塞杆所受外负载力；

P₁为油缸无杆腔压力；

A₁为油缸无杆腔活塞受压面积；

P₂为油缸有杆腔压力；

A₂为油缸有杆腔活塞受压面积；

G为油缸活塞杆所受重力；

θ为活塞杆伸出方向与重力方向的夹角。

但是，当活塞在最大行程和最小行程时，由于活塞与导向套和缸底之间有接触，他们之间有力的作用，那么公式(1)就失去了作用，不能准确的计算活塞杆所受外负载力。受此限制，实际工程应用中，不能利用公式(1)进行活塞杆外力的计算。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

遵从上述技术方案，本实施例给出一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，如图1和图2所示，包括密封的缸体1，缸体1的一端设置有导向套2，缸体的另一端设置有缸底3，活塞杆4的一端穿过导向套2伸入缸体1内，活塞杆4伸入缸体1内的一端上安装有活塞5，活塞5将缸体1内的腔体分割为有杆腔6和无杆腔7，活塞5和导向套2之间的腔体为有杆腔6，活塞5和缸底3之间的腔体为无杆腔7；

活塞5上沿着轴向加工有各自独立的第一液压通道8和第二液压通道9，第一液压通道8靠近有杆腔6的一端开放，第二液压通道9靠近无杆腔7的一端开放；第一液压通道8内安装有最大行程液压阀10，第二液压通道9内安装有最小行程液压阀11，最大行程液压阀10通过导向套2顶开，最小行程液压阀11通过缸底3顶开；

最大行程液压阀10包括安装在第一液压通道8内的第一主阀芯1001，第一主阀芯1001靠近有杆腔6的一端设置有第一顶杆1002，第一主阀芯1001靠近无杆腔7的一端通过第一弹簧1003连接有第一小活塞1004；第一顶杆1002伸出第一液压通道8；

所示的第一液压通道8靠近无杆腔7的封闭端部和第一小活塞1004之间的腔体为第一小活塞腔1005，第一小活塞1004和第一主阀芯1001之间的腔体为第一弹簧腔1006，第一主阀芯1001靠近有杆腔6的一端设置为阶梯轴状使得第一主阀芯1001和第一液压通道8靠近有杆腔6的一端之间形成第一主阀芯腔1007；

无杆腔7和第一主阀芯腔1007之间通过第一油路12相互连通，有杆腔6和第一小活塞腔1005之间通过第二油路13相互连通，第一弹簧腔1006和第一主阀芯腔1007之间通过第三油路14相互连通；

最小行程液压阀11包括安装在第二液压通道9内的第二主阀芯1101，第二主阀芯1101靠近无杆腔7的一端设置有第二顶杆1102，第二主阀芯1101靠近有杆6腔的一端通过第二弹簧1103连接有第二小活塞1104；第二顶杆1102伸出第二液压通道9；

第二液压通道9靠近有杆腔6的封闭端部和第二小活塞1104之间的腔体为第二小活塞腔1105，第二小活塞1104和第二主阀芯1101之间的腔体为第二弹簧腔1106，第二主阀芯1101靠近无杆腔7的一端设置为阶梯轴状使得第二主阀芯1101和第二液压通道9靠近无杆腔7的一端之间形成第二主阀芯腔1107；

有杆腔6和第二主阀芯腔1107之间通过第四油路15相互连通，无杆腔7和第二小活塞腔1105之间通过第五油路16相互连通，第二弹簧腔1106和第二主阀芯腔1107之间通过第六油路17相互连通。

作为本实施例的一种优选方案，导向套2通过限位盘18顶开最大行程液压阀10。限位盘18能够使得导向套2更好地顶开最大行程液压阀10。具体的，限位盘18安装在活塞5靠近有杆腔6的端面上设置的限位腔19内，限位盘18包括套装在活塞杆4上的环板1801，第一顶杆1002伸入限位腔19内且能够与环板1801接触；环板1801靠近有杆腔6一侧的边缘设置有伸出限位腔19的环壁凸起1802，环壁凸起1802能够与导向套2接触挤压环板1801在限位腔19内运动。

作为本实施例的一种优选方案，环壁凸起1802和活塞杆4之间设置有环形狭缝1803，第二油路13和第四油路15与有杆腔6连通的端部均位于狭缝1803内的活塞杆4上。环形狭缝1803能够保证第二油路13与有杆腔6始终连通，避免在最大行程位置，导向套2封堵第二油路13。

作为本实施例的一种优选方案，第一液压通道8靠近无杆腔7的封闭端部通过第一堵头1008实现封闭；第二液压通道9靠近有杆腔6的封闭端部通过第二堵头1108实现封闭。堵头的设计便于安装和维护。

作为本实施例的一种优选方案，缸体1靠近导向套2的一端设置有有杆腔油口20，缸底3设置有无杆腔油口21。

本实施例中最大行程液压阀10和最小行程液压阀11的开启采用机械顶杆结构。

本发明的油缸工作原理如下所述：

当活塞5运动至最大行程时，导向套2通过环壁凸起1802带动1801环板，从而顶起限位盘18，限位盘18顶开最大行程液压阀10的顶杆1002，第一主阀芯1001开启，使无杆腔7中的高压油与有杆腔6通过第一油路12接通，无杆腔7卸荷，此时活塞5不再伸出，使活塞5与导向套2之间保持一段微小的距离，避免活塞5和导向套2的直接接触，消除了活塞5与导向套2之间的接触力。

当活塞5在最小行程时，最小行程液压阀11的顶杆1102被缸底3顶开，第二主阀芯1101开启，使有杆腔6的高压油与无杆腔7通过第四油路15接通，有杆腔6卸荷，此时活塞5不再缩回，使活塞5与缸底3之间保持一段微小的距离，避免活塞5与缸底3的直接接触，消除了活塞5与缸底3之间的接触力。

当活塞5在最大行程和最小行程之间伸出时，无杆腔7进油，无杆腔7的高压油经过第一油路12进入第一主阀芯腔1007，同时经过第三油路14进入第一弹簧腔1006，由于第一弹簧腔1006的受压面积大于第一主阀芯腔1007的受压面积，且在第一弹簧1003的进一步作用下，因此第一主阀芯1001不能开启。另一方面，无杆腔7的高压油经过第五油路16进入第二小活塞腔1105，由于高压油作用在第二小活塞1104上的力大于高压油作用在第二主阀芯1101上的力，因此第二主阀芯1101也不能开启。在第一主阀芯1001和第二主阀芯1101均不能开启的情况下，油缸无杆腔7与有杆腔6不能接通，此时本实施例的油缸可以和传统油缸一样，进行正常的伸出动作。

当活塞5在最大行程和最小行程之间缩回时，有杆腔6进油，有杆腔6的高压油经过第四油路15进入第二主阀芯腔1107，同时经过第六油路17进入第二弹簧腔1106，由于第二弹簧腔1106的受压面积大于第二主阀芯腔1107的受压面积，且在第二弹簧1103的进一步作用下，因此第二主阀芯1101不能开启。另一方面，有杆腔6的高压油经过第二油路13进入第一小活塞腔1103，由于高压油作用在第一小活塞1004上的力大于高压油作用在第一主阀芯1001上的力，因此第一主阀芯1001也不能开启，在第一主阀芯1001和第二主阀芯1101均不能开启的情况下，无杆腔7与有杆腔6不能接通，此时本实施例的油缸可以和传统油缸一样，进行正常的缩回动作。

此外，如果油缸的有杆腔6空间较大，则可以取消限位盘18，活塞5在最大行程时，最大行程液压阀10的顶杆1002可被导向套2直接顶起，实现相同的功能，即避免活塞5和导向套2的直接接触。

应用例：

本应用例给出如实施例1所述的可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸的具体应用。如图4所示为汽车起重机结构简图。为了提高稳定性，汽车起重机在吊装作业时，需将下车水平支腿和垂直支腿伸出，将车架水平支撑在地面上。如图5所示为汽车起重机垂直支腿的示意图。由液压泵为系统提供压力油，主控阀控制垂直支腿油缸的伸缩。

在吊装作业过程中，吊重和工作机构对下车支腿有倾翻力矩的作用，如果吊重过大，则倾翻力矩过大，使一侧垂直支腿油缸离地翘起，汽车起重机发生倾翻事故。

当本实施例的新型油缸作为汽车起重机垂直支腿液压油缸时，利用压力传感器实时检测油缸有杆腔和无杆腔的压力，可计算得到活塞杆的负载力，当两个或两个以上油缸的活塞杆负载力接近零时，可判断相应支腿油缸离地翘起，此时汽车起重机处于极其危险的失稳状态，应及时采取措施，避免安全事故的发生。该新型油缸的应用领域不限于汽车起重机垂直支腿油缸。

Claims (3)

1.一种可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，包括密封的缸体（1），缸体（1）的一端设置有导向套（2），缸体的另一端设置有缸底（3），活塞杆（4）的一端穿过导向套（2）伸入缸体（1）内，活塞杆（4）伸入缸体（1）内的一端上安装有活塞（5），活塞（5）将缸体（1）内的腔体分割为有杆腔（6）和无杆腔（7），活塞（5）和导向套（2）之间的腔体为有杆腔（6），活塞（5）和缸底（3）之间的腔体为无杆腔（7），其特征在于：

所述的活塞（5）上沿着轴向加工有各自独立的第一液压通道（8）和第二液压通道（9），第一液压通道（8）靠近有杆腔（6）的一端开放，第二液压通道（9）靠近无杆腔（7）的一端开放；第一液压通道（8）内安装有最大行程液压阀（10），第二液压通道（9）内安装有最小行程液压阀（11），所述的最大行程液压阀（10）通过导向套（2）顶开，所述的最小行程液压阀（11）通过缸底（3）顶开；

所述的最大行程液压阀（10）包括安装在第一液压通道（8）内的第一主阀芯（1001），第一主阀芯（1001）靠近有杆腔（6）的一端设置有第一顶杆（1002），第一主阀芯（1001）靠近无杆腔（7）的一端通过第一弹簧（1003）连接有第一小活塞（1004）；第一顶杆（1002）伸出第一液压通道（8）；

所示的第一液压通道（8）靠近无杆腔（7）的封闭端部和第一小活塞（1004）之间的腔体为第一小活塞腔（1005），第一小活塞（1004）和第一主阀芯（1001）之间的腔体为第一弹簧腔（1006），第一主阀芯（1001）靠近有杆腔（6）的一端设置为阶梯轴状使得第一主阀芯（1001）和第一液压通道（8）靠近有杆腔（6）的一端之间形成第一主阀芯腔（1007）；

所述的无杆腔（7）和第一主阀芯腔（1007）之间通过第一油路（12）相互连通，所述的有杆腔（6）和第一小活塞腔（1005）之间通过第二油路（13）相互连通，所述的第一弹簧腔（1006）和第一主阀芯腔（1007）之间通过第三油路（14）相互连通；

所述的最小行程液压阀（11）包括安装在第二液压通道（9）内的第二主阀芯（1101），第二主阀芯（1101）靠近无杆腔（7）的一端设置有第二顶杆（1102），第二主阀芯（1101）靠近有杆腔（6）的一端通过第二弹簧（1103）连接有第二小活塞（1104）；第二顶杆（1102）伸出第二液压通道（9）；

所述的第二液压通道（9）靠近有杆腔（6）的封闭端部和第二小活塞（1104）之间的腔体为第二小活塞腔（1105），第二小活塞（1104）和第二主阀芯（1101）之间的腔体为第二弹簧腔（1106），第二主阀芯（1101）靠近无杆腔（7）的一端设置为阶梯轴状使得第二主阀芯（1101）和第二液压通道（9）靠近无杆腔（7）的一端之间形成第二主阀芯腔（1107）；

所述的有杆腔（6）和第二主阀芯腔（1107）之间通过第四油路（15）相互连通，所述的无杆腔（7）和第二小活塞腔（1105）之间通过第五油路（16）相互连通，所述的第二弹簧腔（1106）和第二主阀芯腔（1107）之间通过第六油路（17）相互连通；

所述的导向套（2）通过限位盘（18）顶开最大行程液压阀（10）；

所述的限位盘（18）安装在活塞（5）靠近有杆腔（6）的端面上设置的限位腔（19）内，限位盘（18）包括套装在活塞杆（4）上的环板（1801），第一顶杆（1002）伸入限位腔（19）内且能够与环板（1801）接触；环板（1801）靠近有杆腔（6）一侧的边缘设置有伸出限位腔（19）的环壁凸起（1802），环壁凸起（1802）能够与导向套（2）接触挤压环板（1801）在限位腔（19）内运动；

所述的第一液压通道（8）靠近无杆腔（7）的封闭端部通过第一堵头（1008）实现封闭；所述的第二液压通道（9）靠近有杆腔（6）的封闭端部通过第二堵头（1108）实现封闭。

2.如权利要求1所述的可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，其特征在于，所述的环壁凸起（1802）和活塞杆（4）之间设置有环形狭缝（1803），第二油路（13）和第四油路（15）与有杆腔（6）连通的端部均位于狭缝（1803）内的活塞杆（4）上。

3.如权利要求1所述的可实现任意静止位置反馈外负载力的油缸，其特征在于，所述的缸体（1）靠近导向套（2）的一端设置有杆腔油口（20），所述的缸底（3）设置有无杆腔油口（21）。