CN109869432A - 氮气弹簧结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮气弹簧结构，包括缸体和柱塞杆和中间套，所述缸体设有缸体孔，中间套密封连接在缸体孔的内壁上部，柱塞杆密封地与中间套的内孔滑移连接，缸体的缸体孔内充满高压氮气，柱塞杆的内端面设有外伸的至少两段台阶的阶梯式的凸台，且中间套的内壁设有内伸的止挡凸台和限位凸台，密封圈容纳槽内设有Y型密封圈，所述中间套的外周设有环形的泄压薄壁凸台；所述柱塞杆的外端面设有至少一个相对于外端面呈倾斜角度的受力面；所述缸体的缸体孔孔底部设有安装孔，安装孔上固定有堵头安装座，堵头安装座上设有朝向缸体孔的堵头盲孔。本发明具有防止缸体炸裂，防止柱塞杆断裂飞出，防止偏载，而且具有柱塞杆超行程保护功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮气弹簧结构。
背景技术
氮气弹簧是一种以高压氮气为工作介质的新型弹性组件，它体积小、弹力大、行程长、工作平稳，制造精密，使用寿命长，弹力曲线平缓，以及不需要预紧等等，它具有金属弹簧、橡胶和气垫等常规弹性组件难于完成的工作，简化模具设计和制造，方便模具安装和调整，延长模具的使用寿命，确保产品质量的稳定，也可以设计成一种氮气弹簧系统，作为模具的一部分参加工作，可以在系统中很方便实现压力恒定和延时动作，是一种具有柔性性能的新一代的最理想的弹性部件。
由于氮气弹簧的工况有些时候存在一定的润滑油或者冷却液，因此在这些工况下的氮气弹簧工作过程中，这些液体会顺着柱塞杆与密封件连接的密封处微小渗漏进入缸体内部，导致缸体内部容积变小，缸体内高压氮气压强升高，使用久了不及时排油会达到缸体防爆极限。现有的氮气弹簧处理方案是定期拆解排油。但是一旦疏忽排油问题，会存在很大安全隐患。
而且氮气弹簧在工作过程中柱塞杆在安全行程内运行，但是如果操作不当，柱塞杆超出安全行程范围，就会断裂飞出，造成安全事故。现有的气弹簧没有此防护措施。
目前现有的氮气弹簧在工作时，柱塞杆的外端面为受力面，当外力的外力作用面与柱塞杆外端面之间存在一定的倾斜角度时，会导致柱塞杆发生相应的倾斜，从而会导致相关接触面，比如中间套与柱塞杆和缸体内壁之间的摩擦力加剧，导致温度升高后密封件加剧磨损，另外由于柱塞杆的倾斜而导致密封件受力不均导致密封件局部加速磨损和局部高压氮气的易泄露。从而影响氮气弹簧的使用寿命。
现有的氮气弹簧超行程保护常用的做法是在氮气弹簧使用的工况下外置安装限位块。但是一旦工人误操作或者工作过程中有物体不小心卡在氮气弹簧柱塞杆处，就会存在氮气弹簧超行程使用的现象，导致有缸体受压后炸裂的事故风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有防止缸体炸裂，防止柱塞杆断裂飞出，防止偏载，而且具有柱塞杆超行程保护功能的氮气弹簧。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种氮气弹簧结构，包括缸体和柱塞杆和中间套，所述缸体设有缸体孔，中间套密封连接在缸体孔的内壁上部，柱塞杆密封地与中间套的内孔滑移连接，缸体的缸体孔内充满高压氮气，所述柱塞杆的内端面设有外伸的至少两段台阶的阶梯式的凸台，且中间套的内壁设有内伸的止挡凸台和限位凸台，止挡凸台和限位凸台之间设有径向密封圈容纳槽，密封圈容纳槽内设有Y型密封圈，当柱塞杆的凸台最外周台阶断裂，则最内圈台阶与限位凸台相抵；所述中间套的外周设有环形的泄压薄壁凸台，泄压薄壁凸台与中间套的端面法兰之间构成第一容纳槽，中间套的位于泄压薄壁凸台的外侧设有滑入槽，第一容纳槽内设有抵住缸体内壁的O型圈；所述柱塞杆的外端面设有至少一个相对于外端面呈倾斜角度的受力面；所述缸体的缸体孔孔底部设有安装孔，安装孔上固定有堵头安装座，堵头安装座上设有朝向缸体孔的堵头盲孔，堵头盲孔内安装有限位销子，限位销子的端部伸入缸体孔内。
优选的，所述柱塞杆的凸台为二段式阶梯凸台，且外侧的第一段台阶厚度小于第二段台阶，也小于止挡凸台的厚度。当柱塞杆飞出状态，第一段台阶会断裂，第二段台阶外周端面锐口划破密封圈来泄压。
优选的，所述柱塞杆的外端面设有两个相对于外端面呈倾斜角度的受力面，受力面为环形受力面，其中一个受力面与外端面夹角为α，另一个受力面与外端面夹角为β，α大于β。采用两个受力面，且每个受力面与外端面的夹角不同，外力作用面就会有两个可选倾斜角度。
优选的，所述滑入槽的槽深大于第一容纳槽的槽深。滑入槽用于泄压薄壁凸台断裂后O型圈滑入，容积大后O型圈失去密封作用，方便泄压。所述泄压薄壁凸台的厚度小于缸体的最薄壁厚处的厚度。保证泄压薄壁凸台第一时间断裂而不会缸体炸裂。
优选的，所述中间套的内壁设有内防尘圈容纳槽，内防尘圈容纳槽内设有内防尘圈，且缸体1的缸体孔孔口处，设有与中间套外周相抵的外防尘圈。保证灰尘和杂物不进入缸体内。
优选的，所述密封圈容纳槽内还设有耐磨导向环。耐磨导向环起到柱塞杆升降导向作用。
优选的，所述中间套通过卡簧固定连接在缸体的内壁上部。固定牢固，而且提高安装效率。
所述安装孔为内螺纹孔，堵头安装座螺纹连接在安装孔内；所述安装孔内壁与堵头安装座之间设有密封圈。堵头安装座可以方便与缸体安装，提高安装效率。密封圈提高堵头安装座安装的密封性能，防止泄露缸体内的气体。
所述堵头安装座的外端设有沉孔，沉孔与堵头盲孔之间设有泄压壁。泄压壁可以被限位销子击穿，对缸体进行泄压。
所述柱塞杆的外端设有安装螺孔，柱塞杆伸入缸体一端开设有存气槽。方便安装外设装置，存气槽用于增大储气量。
采用上述结构后，由于本发明在柱塞杆的内端面设有阶梯式外伸的凸台，且中间套的内壁设有内伸的止挡凸台，本发明在正常工况下，柱塞杆的升降在安全行程保留区内，止挡凸台可以抵住凸台进行限位。当缸体高压氮气压力过大，柱塞杆由于压力过大，阶梯式的凸台最外侧的一端阶梯会由于止挡凸台的限制而断裂，而最内圈的台阶的端面锐口就会划破Y型密封圈，Y型密封圈失去密封作用，缸体内高压氮气会从Y型密封圈处泄压，凸台最内圈的台阶会与限位凸台相抵，防止柱塞杆飞出，造成安全事故。
采用上述结构后，本发明在中间套的外周设有环形的泄压薄壁凸台、第一容纳槽和滑入槽，在第一容纳槽内设有O型圈，由于泄压薄壁凸台厚度远小于缸体壁厚，其强度远远低于缸体的强度，当缸体内部的高压氮气压力超过一定值时O型圈挤压泄压薄壁凸台，导致泄压薄壁凸台变形断裂，O型圈往滑入槽内移位，O型圈就会失去密封效果，导致缸体内部的高压氮气顺着泄压薄壁凸台的断裂处瞬间泄压，避免缸体内部压力过高导致缸体炸裂的事故风险。
采用上述结构后，由于通过在柱塞杆的外端面制成至少一个倾斜角度的受力面。这样在外力作用面有一定的倾斜现象时，由于柱塞杆受力面的存在，外力作用面轻易找到与之相匹配的倾斜角度的受力面，从而补偿倾斜角度，使得柱塞杆受力时能在一定角度保持垂直上下移动，从而可以在一定角度内消除由于偏载导致的缺陷。大大避免了氮气弹簧由于外部偏载所导致的寿命影响。
采用上述结构后，本发明在正常工况下，柱塞杆的升降在安全行程保留区内，柱塞杆的内端部不会与限位销子接触。当柱塞杆受外力后移动至安全行程保留区外，柱塞杆底部会撞击限位销子，限位销子将泄压壁击穿，从而将氮气弹簧内部的高压氮气瞬间通过限位销子击穿处释放。因此采用本发明用来防止外力作用在柱塞杆上导致缸体炸裂或者柱塞杆撞击缸体底部导致柱塞杆和缸体碎裂所造成的事故风险。
附图说明
图1是本发明的半剖视图；
图2是图1的I部放大图；
图3是图1的II放大图；
图4是图1中柱塞杆的俯视图；
图5是柱塞杆的凸台断裂后示意图；
图6是中间套的泄压薄壁凸台断裂后示意图；
图7是防偏载示意图；
图8是限位销子击穿后示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
参见图1、2所示，一种氮气弹簧结构，包括缸体1和柱塞杆2和中间套3，所述缸体1设有缸体孔11，中间套3密封连接在缸体孔11的内壁上部，柱塞杆2密封地与中间套3的内孔滑移连接，缸体1的缸体孔11内充满高压氮气，所述柱塞杆2的内端面设有外伸的两段台阶的阶梯式的凸台21，且外侧的第一段台阶211厚度小于第二段台阶212，也小于止挡凸台31的厚度。保证最薄的第一段台阶211首先断裂，第二段台阶212能在飞出过程中抵住限位凸台37。且中间套3的内壁设有内伸的止挡凸台31和限位凸台37，止挡凸台31和限位凸台37之间设有径向密封圈容纳槽32，密封圈容纳槽32内设有Y型密封圈4，这种密封圈结构可以凸台21的端面锐口轻易划破，方便泄压。当柱塞杆2的凸台21最外周台阶断裂，则最内圈台阶与限位凸台37相抵。
本发明在正常工况下，柱塞杆2在安全行程保留区内正常运动。在氮气弹簧工作过程中如果柱塞杆2发生断裂现象，那么必定是柱塞杆2内端面的最薄的第一段台阶211处碰撞止挡凸台31首先断裂，参见图5所示。这样第二段台阶212由于比第一段台阶211厚而保留，并在第二段台阶212的外侧形成锋利的边角锐口，柱塞杆2受缸体1内部高压氮气而向上快速移动，这样保留的第二个台阶处的边角锐口就会将Y型密封圈4划破，导致Y型密封圈4的密封作用失效，缸体1内的高压氮气会瞬间释放。同时柱塞杆2的第二段台阶212会被限位凸台37卡住而无法飞出。防止了由于柱塞杆1高速飞出而造成的事故风险。
参见图1、2所示，所述中间套3的外周设有环形的泄压薄壁凸台38，泄压薄壁凸台38与中间套3的端面法兰39之间构成第一容纳槽33，中间套3的位于泄压薄壁凸台38的外侧设有滑入槽39，第一容纳槽33内设有抵住缸体1内壁的O型圈5；滑入槽39的槽深大于第一容纳槽33的槽深，所述泄压薄壁凸台38的厚度小于缸体1的最薄壁厚处的厚度。
本发明在现有的结构基础上，在中间套3的外壁设置泄压薄壁凸台38，泄压薄壁凸台38与中间套3的端面法兰39之间构成第一容纳槽33，中间套3的位于泄压薄壁凸台38的外侧设有滑入槽39，第一容纳槽33内设有抵住缸体1内壁的O型圈5。值得注意的是泄压薄壁凸台38的厚度小于缸体1的壁厚，其强度远远低于缸体1的强度。参见图6所示，当缸体1内部的高压氮气压力超过一定值时O型圈5挤压泄压薄壁凸台38，导致泄压薄壁凸台38变形断裂，O型圈5往滑入槽39内移位，O型圈5就会失去密封效果，导致缸体1内部的高压氮气顺着泄压薄壁凸台38的断裂处瞬间泄压，避免缸体1内部压力过高导致缸体1炸裂的事故风险。
参见图1-4所示，所述柱塞杆2的外端面设有至少一个相对于外端面呈倾斜角度的受力面22；所述柱塞杆2的外端面设有两个相对于外端面呈倾斜角度的受力面21，受力面21为环形受力面，其中一个受力面21与外端面夹角为α，另一个受力面21与外端面夹角为β，α大于β。两个不同夹角的受力面可以适应两种偏载角度。α角度为3°，β角度为5°，当然如果需要，可以制成更多的受力面。
本发明在正常工况下，外力杆10的作用力F是垂直朝下，而外力作用面20与柱塞杆2的外端面整体接触，柱塞杆2也垂直向下运动，柱塞杆2、中间套3和各个零件都处在正常的工况环境中。如图7所示，如果外力杆10处于偏斜状态，偏载情况就会发生。本发明通过在柱塞杆2的外端面制成两个与柱塞杆2外端面倾斜角度不同的受力面22，来处理偏载情况的发生。这样在外力作用面20有一定的倾斜现象时，由于柱塞杆2的受力面22的存在，外力作用面20能轻易找到与之相匹配的倾斜角度的受力面22，从而补偿倾斜角度，使得柱塞杆2受力时能在一定角度保持垂直上下移动，从而可以在一定角度内消除由于偏载导致的缺陷。大大避免了氮气弹簧由于外部偏载所导致的寿命影响。
参见图1所示，所述缸体1的缸体孔11孔底部设有安装孔12，安装孔12上固定有堵头安装座13，堵头安装座13上设有朝向缸体孔11的堵头盲孔131，堵头盲孔131内安装有限位销子14，限位销子14的端部伸入缸体孔11内。所述安装孔12为内螺纹孔，堵头安装座13螺纹连接在安装孔12内；所述安装孔12内壁与堵头安装座13之间设有密封圈15。所述堵头安装座13的外端设有沉孔132，沉孔132与堵头盲孔131之间设有泄压壁133。所述柱塞杆2的外端设有安装螺孔221，柱塞杆2伸入缸体1一端开设有存气槽222。
本发明在正常工况下，柱塞杆2在安全行程保留区内正常运动，柱塞杆2的内端部不会与限位销子124接触。当柱塞杆2受外力F作用后移动至安全行程保留区外，参见图8所示，柱塞杆2底部会撞击限位销子14，由于泄压壁133的壁厚小于缸体1的壁厚，在缸体1爆裂前，限位销子14就会将泄压壁133击穿，从而将氮气弹簧内部的高压氮气瞬间通过限位销子14击穿处释放。因此采用本发明用来防止外力作用在柱塞杆2上导致缸体1炸裂或者柱塞杆2撞击缸体1底部导致柱塞杆2和缸体1碎裂所造成的事故风险。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氮气弹簧结构，包括缸体(1)和柱塞杆(2)和中间套(3)，所述缸体(1)设有缸体孔(11)，中间套(3)密封连接在缸体孔(11)的内壁上部，柱塞杆(2)密封地与中间套(3)的内孔滑移连接，缸体(1)的缸体孔(11)内充满高压氮气，其特征在于：
所述柱塞杆(2)的内端面设有外伸的至少两段台阶的阶梯式的凸台(21)，且中间套(3)的内壁设有内伸的止挡凸台(31)和限位凸台(37)，止挡凸台(31)和限位凸台(37)之间设有径向密封圈容纳槽(32)，密封圈容纳槽(32)内设有Y型密封圈(4)，当柱塞杆(2)的凸台(21)最外周台阶断裂，则最内圈台阶与限位凸台(37)相抵；
所述中间套(3)的外周设有环形的泄压薄壁凸台(38)，泄压薄壁凸台(38)与中间套(3)的端面法兰(39)之间构成第一容纳槽(33)，中间套(3)的位于泄压薄壁凸台(38)的外侧设有滑入槽(39)，第一容纳槽(33)内设有抵住缸体(1)内壁的O型圈(5)；
所述柱塞杆(2)的外端面设有至少一个相对于外端面呈倾斜角度的受力面(22)；
所述缸体(1)的缸体孔(11)孔底部设有安装孔(12)，安装孔(12)上固定有堵头安装座(13)，堵头安装座(13)上设有朝向缸体孔(11)的堵头盲孔(131)，堵头盲孔(131)内安装有限位销子(14)，限位销子(14)的端部伸入缸体孔(11)内。
2.根据权利要求1所述的防偏载氮气弹簧，其特征在于：所述柱塞杆(2)的凸台(21)为二段式阶梯凸台，且外侧的第一段台阶(211)厚度小于第二段台阶(212)，也小于止挡凸台(31)的厚度。
3.根据权利要求1所述的防偏载氮气弹簧，其特征在于：所述柱塞杆(2)的外端面设有两个相对于外端面呈倾斜角度的受力面(21)，受力面(21)为环形受力面，其中一个受力面(21)与外端面夹角为α，另一个受力面(21)与外端面夹角为β，α大于β。
4.根据权利要求1所述的氮气弹簧结构，其特征在于：所述滑入槽(39)的槽深大于第一容纳槽(33)的槽深，所述泄压薄壁凸台(38)的厚度小于缸体(1)的最薄壁厚处的厚度。
5.根据权利要求1所述的氮气弹簧结构，其特征在于：所述中间套(3)的内壁设有内防尘圈容纳槽(34)，内防尘圈容纳槽(34)内设有内防尘圈(7)，且缸体(1)的缸体孔(11)孔口处，设有与中间套(3)外周相抵的外防尘圈(9)。
6.根据权利要求1所述的氮气弹簧结构，其特征在于：所述密封圈容纳槽(32)内还设有耐磨导向环(8)。
7.根据权利要求1所述的氮气弹簧结构，其特征在于：所述中间套(3)通过卡簧(6)固定连接在缸体(1)的内壁上部。
8.根据权利要求1所述的氮气弹簧结构，其特征在于：所述安装孔(12)为内螺纹孔，堵头安装座(13)螺纹连接在安装孔(12)内；所述安装孔(12)内壁与堵头安装座(13)之间设有密封圈(15)。
9.根据权利要求1所述的具有超行程保护功能的氮气弹簧，其特征在于：所述堵头安装座(13)的外端设有沉孔(132)，沉孔(132)与堵头盲孔(131)之间设有泄压壁(133)。
10.根据权利要求1所述的具有超行程保护功能的氮气弹簧，其特征在于：所述柱塞杆(2)的外端设有安装螺孔(221)，柱塞杆(2)伸入缸体(1)一端开设有存气槽(222)。
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