CN109915434A - 一种采用油水介质的无密封圈液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明的一种采用油水介质的无密封圈液压缸，包括缸筒体和穿入缸筒体内的推拉杆，缸筒体左端设置有缸盖，缸筒体右端设置有缸底，推拉杆右端连接有推拉板，推拉板外侧壁与缸筒体内侧壁滑动配合，推拉板与缸底之间密封连接有环形的伸缩弹性体Ⅰ，推拉板、缸底和伸缩弹性体Ⅰ围成密封的液压腔体Ⅰ，缸底上开有与液压腔体相连通的通液口Ⅰ，推拉杆直径小于推拉板直径且推拉杆左端密封活动穿出缸盖，所述推拉杆、缸盖、缸筒体和推拉板围成液压腔体Ⅱ，缸盖上开有与液压腔体Ⅱ相连通的通液口Ⅱ。本发明的有益效果是：减少对密封件的依赖，将泄露控制到零状态，不用矿物液压油，完全避免油液渗漏造成的环境污染，减少加工成本。

Description

一种采用油水介质的无密封圈液压缸

技术领域

本发明涉及一种采用油水介质的无密封圈液压缸。

背景技术

液压缸是世界上应用极为广泛的工业动力元件，作为动力执行机构的关键零部件，在液压系统中起到非常大的作用，小到微电子领域，大到万吨压力机，在陆地、在海洋中等各个领域都有它的应用。在上世纪初美国将液压油应用到液压领域以来，液压缸的工作介质一直为矿物液压油，液压油具有很好的润滑左右，这对于往复运动的液压缸起到很好的减小磨损的效果。综合当前液压缸的特点，具有如下问题：

1)采用液压油作为介质，液压油具有一定的污染性，尤其渗漏后，可污染土地和水源，造成几十年甚至上百年的残存污染。每个液压缸都是一个污染风险源。

2)对于高压液压缸，密封圈是密封腔体实高压的关键原件。液压杆伸缩产生的动摩擦经常损坏密封圈，造成油液泄露，发生液压缸压力降低和不能工作的故障。高的液压压力也需要设置更多的密封圈来保障液压油被密封在墙体内，一旦某个密封圈损坏，就要更换，加之密封圈的寿命，造成维护周期短，维护比较麻烦。

3)液压缸各个零部件的加工精度高，尤其安装密封圈的轴外径、孔内径以及沟槽，表面粗糙度要求高，甚至需要磨床加工和镀铬等，缸筒的内壁需要深度镗床加工，同轴度要求高，这些高要求就需要高精度的加工机床和具有一定操作能力的机床操作者，提高了加工成本，据统计，仅仅机加工成本就占液压缸成本的60％以上，对于直径更大的液压缸来说，加工难度更大，成本更高。

4)液压缸在陆地上应用很广泛，但在水下应用特别是深水区域的应用很少，主要还是由于外界的水压产生的压力和液压缸内部油液密封压力之间的问题，这在深海钻井平台等海油开发领域、深水潜水器等收到限制，即使有应用，也需要附加与水深有关的压力补偿器，液压缸的功能和效益大幅度降低，但费用大幅度提高。

5)对于大直径的液压缸，由于零部件多，组装后重量很重，造成使用吊装、安装、维护的不方便型；

6)有些液压缸采用乳化液作为介质，这种介质也是基于水和油的混合而成，使用中容易氧化变质，使用周期短，而且价格高，使用条件和范围收到限制。

7)所有液压缸在维修保养中拆卸部件过程经常造成油液遗漏，污染环境。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种采用油水介质的无密封圈液压缸，包括缸筒体和穿入缸筒体内的推拉杆，所述缸筒体左端设置有缸盖，缸筒体右端设置有缸底，所述推拉杆右端连接有推拉板，所述推拉板外侧壁与缸筒体内侧壁滑动配合，推拉板与缸底之间密封连接有环形的伸缩弹性体Ⅰ，推拉板、缸底和伸缩弹性体Ⅰ围成密封的液压腔体Ⅰ，所述缸底上开有与液压腔体相连通的通液口Ⅰ，所述推拉杆直径小于推拉板直径且推拉杆左端密封活动穿出缸盖，所述推拉杆、缸盖、缸筒体和推拉板围成液压腔体Ⅱ，所述缸盖上开有与液压腔体Ⅱ相连通的通液口Ⅱ。

上述液压腔体Ⅱ内设置有双层环形的伸缩弹性体Ⅱ，所述伸缩弹性体Ⅱ左端与缸盖密封连接，伸缩弹性体Ⅱ右端与推拉板密封连接，伸缩弹性体Ⅱ外层贴近缸筒体内侧壁，伸缩弹性体Ⅱ内层贴近推拉杆的外侧壁，通液口Ⅱ与伸缩弹性体Ⅱ的外层与内层之间相连通。

上述伸缩弹性体Ⅰ的外表面间隔设置有若干凹陷的安装基座，所述安装基座上通过螺栓连接有与缸筒体内侧壁滑动配合的滑动摩擦片，靠近缸底部分的伸缩弹性体Ⅰ的外表面设置有补充片。

上述伸缩弹性体Ⅰ由内外两层叠加组成，伸缩弹性体Ⅰ外层为耐磨橡胶层且耐磨橡胶层嵌入有石墨颗粒，伸缩弹性体Ⅰ内层为高弹性橡胶层。

上述伸缩弹性体Ⅰ内嵌入有若干层倾斜缠绕的加强线圈，相邻两层加强线圈缠绕的方向相反。

上述缸筒体内设置若干组左右连接在一起的伸缩弹性体组件，每组伸缩弹性体组件均包括一个环形的伸缩弹性体和伸缩弹性体两端的封堵板，相邻两组伸缩弹性体组件之间的封堵板螺栓连接并通过通孔相连通。

上述推拉板右端中部设置有向右凸出的限位凸块。

上述缸筒体内侧壁上嵌有低摩擦套筒。

上述推拉板和缸底均采用法兰盘，所述伸缩弹性体Ⅰ两端分别与推拉板和缸底硫化在一起。

上述伸缩弹性体Ⅰ采用波纹状橡胶弹性体。

本发明的有益效果是：1、没有任何密封圈和密封垫，减少对密封件的依赖，将泄露控制到零状态；2、不用矿物液压油，完全避免油液渗漏造成的环境污染，不用投入资金购买液压油；3、使用各种水作为介质，内部的金属部件选用不锈钢材料时，可以选用纯净水、自来水、雨水、地下水、中水、海水、浑浊水等作为介质，通过改造结构甚至可以使用泥浆水以及其他乳状液等作为介质，这注定能适应各种恶劣环境；4、伸缩弹性体模块化设计，可方便进行多级串并联，可根据需要设计成各种截面，如方形、菱形等，实现模块化组装，实现行程的调节。5、结构简单，零部件数量少，不再追求高精度的表面粗糙度和位置度、尺寸公差要求等，对各个零部件的加工精度要求低，减少加工成本，降低金属原材料成本；6、现场实施性方便，可适应多种工作环境，最简单的可直接通过水管连接到城市自来水管、通过阀门就可实现液压缸的性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明压缩行程状态的结构示意图。

图3为本发明增加限位凸块的结构示意图。

图4为本发明的双作用的结构示意图。

图5为图4的伸长行程状态的结构示意图。

图6为图4的压缩行程状态的结构示意图。

图7为本发明的串联式结构示意图。

图8为伸缩弹性件的第一种形式的结构示意图。

图9为伸缩弹性件的第二种形式的结构示意图。

图10为伸缩弹性件的第三种形式的结构示意图。

图11为伸缩弹性件的第四种形式的结构示意图。

其中：201通液口Ⅰ，202液压腔体Ⅰ，203缸筒体，204伸缩弹性体Ⅰ，205推拉板，206推拉杆，207通液口Ⅱ，208液压腔体Ⅱ，209铜套，210缸盖，211缸底，212伸缩弹性体Ⅱ，213封堵板，214伸缩弹性体组件，215通孔，1201加强线圈，1202橡胶体，1203高弹性橡胶层，1204耐磨橡胶层，1205石墨颗粒，1206安装基座，1207滑动摩擦片，1208补充片，1209波纹状橡胶弹性体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：

如图1、2所示，本发明的一种采用油水介质的无密封圈液压缸，包括缸筒体203和穿入缸筒体203内的推拉杆206，缸筒体203左端设置有缸盖210，缸筒体203右端设置有缸底211，推拉杆206右端连接有推拉板205，推拉板205外侧壁与缸筒体203内侧壁滑动配合，推拉板205与缸底211之间密封连接有环形的伸缩弹性体Ⅰ204，推拉板205、缸底211和伸缩弹性体Ⅰ204围成密封的液压腔体Ⅰ202，缸底211上开有与液压腔体相连通的通液口Ⅰ201，推拉杆206直径小于推拉板205直径，且推拉杆206左端通过铜套209密封活动穿出缸盖210，推拉杆206、缸盖210、缸筒体203和推拉板205围成液压腔体Ⅱ208，缸盖210上开有与液压腔体Ⅱ208相连通的通液口Ⅱ207。如图3所示，推拉板205右端中部设置有向右凸出的限位凸块，压缩时可以起到限位作用，避免弹性体压缩时产生过度压缩造成弹性体裂纹或开裂。推拉板205和缸底211均采用法兰盘，伸缩弹性体Ⅰ204两端分别与推拉板205和缸底211硫化在一起。

如图4、5、6所示，液压腔体Ⅱ208内设置有双层环形的伸缩弹性体Ⅱ212，伸缩弹性体Ⅱ212左端与缸盖210密封连接，伸缩弹性体Ⅱ212右端与推拉板205密封连接，伸缩弹性体Ⅱ212外层贴近缸筒体203内侧壁，伸缩弹性体Ⅱ212内层贴近推拉杆206的外侧壁，通液口Ⅱ207与伸缩弹性体Ⅱ212的外层与内层之间相连通。

如图8、9、10、11所示，为加强橡胶弹性体的抗压能力，采用了四种方式。第一种方式是伸缩弹性体Ⅰ204的橡胶体1202内嵌入若干层倾斜缠绕的加强线圈1201，相邻两层加强线圈1201缠绕的方向相反。加强线圈1201采用锦纶线、芳纶线等。第二种方式是伸缩弹性体Ⅰ204由内外两层叠加组成，伸缩弹性体Ⅰ204外层为耐磨橡胶层1204且耐磨橡胶层1204嵌入有石墨颗粒1205，伸缩弹性体Ⅰ204内层为高弹性橡胶层1203。带有石墨颗粒1205的耐磨橡胶层1204能很好的与缸筒内壁形成具有石墨颗粒1205填充的摩擦面，从而减少摩擦力，高弹性橡胶层1203的弹性体具有较高的伸缩率。第三种方式是伸缩弹性体Ⅰ204的外表面间隔设置有若干凹陷的安装基座1206，所述安装基座1206上通过螺栓连接有与缸筒体203内侧壁滑动配合的滑动摩擦片1207，靠近缸底211部分的伸缩弹性体Ⅰ204的外表面设置有补充片。滑动摩擦片1207的材料选型以小的摩擦系数为依据，可以选用HDPE等高强度塑料板、无油铜基材料的轴承片等，从而降低与缸筒内壁的摩擦力。摩擦片的大小应根据缸径和行程确定，片之间应有交叉重叠面以抵抗内压力，同时以期待伸出后摩擦片之间的间隙尽量大的情况下变形较小。第四种方式是伸缩弹性体Ⅰ204采用波纹状橡胶弹性体1209。橡胶弹性体可做成波纹形状，减少压缩后的长度，也延长了伸缩后的总长度，从而提高总行程比例。为降低摩擦力的措施也可在缸筒内壁实施，缸筒体203内侧壁上嵌上低摩擦套筒，低摩擦套筒材料可选择HDPE等高强度塑料板、无油铜基材料的轴承片等，这样可降低对弹性体硫化加工时的难度。

如图7所示，缸筒体203内设置若干组左右连接在一起的伸缩弹性体组件214，每组伸缩弹性体组件214均包括一个环形的伸缩弹性体和伸缩弹性体两端的封堵板213，相邻两组伸缩弹性体组件214之间的封堵板213螺栓连接并通过通孔215相连通。

其工作原理为：工作时，水从通液口Ⅰ201进入液压腔体Ⅰ202，液压腔体Ⅰ202逐渐充满水，伸缩弹性体Ⅰ204膨胀拉伸，从而压力升高，推动推拉杆206向左伸出，铜套209起到导向和减小摩擦的作用，继续充水后，伸缩弹性体Ⅰ204继续伸长达到设计行程，推拉杆206向左伸出的同时，水从液压腔体Ⅱ208经通液口Ⅱ207流出。当压缩时，水从通液口Ⅰ201流出，液压腔体Ⅰ202逐渐排出水，伸缩弹性体Ⅰ204回缩，压力下降，推动推拉杆206向右压缩，同时，水经通液口Ⅱ207流入从液压腔体Ⅱ208。采用双作用的结构时，在单作用的结构上增加一套伸缩弹性体Ⅱ212，形成两套弹性体，通过交叉伸缩的方式实现双作用式，作用过程相同。缸筒体203采用串联多个伸缩弹性体组件214的方式，实现模块化设计、生产和组装，满足了液压缸大行程的要求。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用油水介质的无密封圈液压缸，包括缸筒体和穿入缸筒体内的推拉杆，其特征在于：所述缸筒体左端设置有缸盖，缸筒体右端设置有缸底，所述推拉杆右端连接有推拉板，所述推拉板外侧壁与缸筒体内侧壁滑动配合，推拉板与缸底之间密封连接有环形的伸缩弹性体Ⅰ，推拉板、缸底和伸缩弹性体Ⅰ围成密封的液压腔体Ⅰ，所述缸底上开有与液压腔体相连通的通液口Ⅰ，所述推拉杆直径小于推拉板直径且推拉杆左端密封活动穿出缸盖，所述推拉杆、缸盖、缸筒体和推拉板围成液压腔体Ⅱ，所述缸盖上开有与液压腔体Ⅱ相连通的通液口Ⅱ。

2.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述液压腔体Ⅱ内设置有双层环形的伸缩弹性体Ⅱ，所述伸缩弹性体Ⅱ左端与缸盖密封连接，伸缩弹性体Ⅱ右端与推拉板密封连接，伸缩弹性体Ⅱ外层贴近缸筒体内侧壁，伸缩弹性体Ⅱ内层贴近推拉杆的外侧壁，通液口Ⅱ与伸缩弹性体Ⅱ的外层与内层之间相连通。

3.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述伸缩弹性体Ⅰ的外表面间隔设置有若干凹陷的安装基座，所述安装基座上通过螺栓连接有与缸筒体内侧壁滑动配合的滑动摩擦片，靠近缸底部分的伸缩弹性体Ⅰ的外表面设置有补充片。

4.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述伸缩弹性体Ⅰ由内外两层叠加组成，伸缩弹性体Ⅰ外层为耐磨橡胶层且耐磨橡胶层嵌入有石墨颗粒，伸缩弹性体Ⅰ内层为高弹性橡胶层。

5.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述伸缩弹性体Ⅰ内嵌入有若干层倾斜缠绕的加强线圈，相邻两层加强线圈缠绕的方向相反。

6.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述缸筒体内设置若干组左右连接在一起的伸缩弹性体组件，每组伸缩弹性体组件均包括一个环形的伸缩弹性体和伸缩弹性体两端的封堵板，相邻两组伸缩弹性体组件之间的封堵板螺栓连接并通过通孔相连通。

7.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述推拉板右端中部设置有向右凸出的限位凸块。

8.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述缸筒体内侧壁上嵌有低摩擦套筒。

9.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述推拉板和缸底均采用法兰盘，所述伸缩弹性体Ⅰ两端分别与推拉板和缸底硫化在一起。

10.根据权利要求1所述采用油水介质的无密封圈液压缸，其特征在于：所述伸缩弹性体Ⅰ采用波纹状橡胶弹性体。