CN110296122A - 一种移动框架式耐偏载液压缸 - Google Patents

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章志恒
訚耀保
李长明
原佳阳
张阳
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Abstract

本发明涉及一种移动框架式耐偏载液压缸，包括由缸盖、缸筒、缸头和活塞组成的液压缸主体，该移动框架式耐偏载液压缸还包括设置在缸筒外侧用以防偏载的多个侧支活塞装置，每个侧支活塞装置均包括侧支筒、在侧支筒内随活塞往复运动的侧支活塞以及连接侧支活塞和活塞外端的连接架。与现有技术相比，本发明具有辅助承受偏向载荷、有效提高承载刚度、减小活塞处摩擦等优点。

Description

一种移动框架式耐偏载液压缸
技术领域
本发明涉及液压缸领域，尤其是涉及一种移动框架式耐偏载液压缸。
背景技术
液压缸作为液压系统的执行元件，其性能好坏直接影响系统的控制精度和响应速度。航空航天等领域所用液压缸要求具备较小的摩擦力和抗偏载能力，以满足重载和偏载要求。液压缸的活塞杆和缸体以及活塞和缸体通常采用密封件进行密封，导致活塞运动时的摩擦阻力增大，液压缸的动态性能降低。同时在实际工况中，液压缸会承受一定的侧向偏载，而侧向偏载会使液压缸密封处摩擦力增大，最终造成低速爬行、泄漏甚至密封失效等问题。因此，设计一种耐偏载的液压缸具有重要意义。
文献《抗偏载液压缸静压支撑特性研究》(訚耀保.流体传动与控制,2016(06):12-18)分析得到某静压支撑抗偏载液压缸的支撑力与供油压力以及活塞偏心量之间呈线性关系以及静压支撑的温度分布于支撑力的关系。文献所提液压缸仅通过静压支撑实现抗偏载，其抗偏载能力不足。
文献《抗偏载水压缸结构设计》(张军辉.液压与气动，2017(06):84-87)提出一种球铰内置于活塞杆式水压缸，利用球头铰接的形式对各个方向出现的偏载力做出补偿，从而减小磨损，但其无法解决活塞杆与水压缸体处的因偏载而产生的摩擦。
中国专利“一种铰接结构抗偏载重载伺服液压缸”(公开号：CN207961141U)设计了一种铰接结构抗偏载液压缸，其采用活塞杆与活塞铰接连接的方式，有效避免活塞与缸筒偏载摩擦，从而提高了液压缸使用寿命，其同样不能减小活塞杆与缸体之间摩擦。
美国专利“Force Balanced Split Ring Dynamic Shaft Seals”(专利号为US3743303A)通过在支撑密封环的凹槽底部开槽引入油液，利用油液压力平衡活塞杆受到的偏载力从而减小密封处的摩擦磨损。其抗偏载效果不如本发明中的静压支撑与顺锥结构的组合形式，同时不能解决内泄露问题对液压缸性能的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种移动框架式耐偏载液压缸。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种移动框架式耐偏载液压缸，包括由缸盖、缸筒、缸头和活塞组成的液压缸主体，该移动框架式耐偏载液压缸还包括设置在缸筒外侧用以防偏载的多个侧支活塞装置，每个侧支活塞装置均包括侧支筒、在侧支筒内随活塞往复运动的侧支活塞以及连接侧支活塞和活塞外端的连接架。
所述的缸头上开设用以穿过侧支活塞的通孔，并在通孔处设置直线轴承，该直线轴承通过双头螺柱和六角螺母固定在缸头上。
所述的侧支筒下端通过螺纹固定在缸盖上，上端通过双头螺柱固定在缸头下端面上。
所述的侧支活塞的伸出杆表面沿周向均匀开设多条轨道槽，在侧支活塞的伸出杆往复运动时与直线轴承内的滚珠相互配合支撑。
所述的侧支活塞的伸出杆上端为凸台型，其上设有与连接架连接的螺纹，并且通过六角螺母锁紧。
所述的侧支活塞装置设有4个。
所述的侧支活塞的伸出杆表面开设轨道槽的数量为4条。
该移动框架式耐偏载液压缸的总惯性矩I1的计算式为：
其中，D为活塞杆的直径，d为侧支杆的直径，r为侧支杆和活塞杆的中心距。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明在现有的在传统液压缸四周增加可跟随活塞移动的四个侧支筒以辅助液压缸活塞承受偏向载荷，并将侧支活塞改造，利用滚珠使其在侧支筒内沿着轨道槽运动，本发明设计的移动框架式液压缸可以有效提高承载刚度，承受较大的径向偏载，减小活塞处摩擦。
附图说明
图1为本发明移动框架式液压缸结构示意图。
图2为本发明移动框架式液压缸三维剖视图。
图3为本发明移动框架式液压缸三维剖视局部放大图。
图4为本发明中直线轴承安装图。
图5为本发明中侧支活塞与连接架固定图。
图6为本发明中侧支活塞底端结构图。
图中标记说明：
1、缸盖，2、侧支筒，3、侧支活塞，4、缸头，5、双头螺柱，6、活塞，7、螺母，8、连接架，9、直线轴承，10、六角螺母，11、缸筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和2所示，本发明提供一种移动框架式耐偏载液压缸，包括缸盖1、侧支筒2、侧支活塞3、缸头4、活塞6、连接架8、直线轴承9和缸筒11组成，在传统液压缸四周增加可随活塞移动的四个侧支缸和连接架，并在侧支活塞端部安装了直线轴承9。侧支筒2底端采用螺纹形式固定于液压缸盖1，顶端用双头螺柱5和六角螺母10与缸头4进行固定，侧支活塞3的伸出杆表面开有四个均布的允许滚珠滚动的轨道槽。
需要指出的是在允许范围内主活塞杆四周可均布多个侧支缸，本实施例仅以4个侧支缸进行了分析，基于侧支缸数量的改变应属于本发明的权利要求范围。
设在液压缸周围添加四根侧支杆，并假设活塞杆直径D＝110mm，侧支杆和活塞杆的中心距r＝150mm，侧支杆的直径d＝15mm，则液压缸活塞杆和四根侧支杆所受的总惯性矩I1为：
代入数值计算得到I1＝3.03e7,而未加侧支杆的传统液压缸的活塞杆所受惯性矩为：
代入数值计算得到I0＝1.43e7,增加侧支杆后的总惯性矩与未增加侧支杆时活塞杆所受的惯性矩之比为2.1,因此变形量下，增加侧支杆后液压缸受力为原来的2.1倍。
如图3，4所示，直线轴承9经过改造，将现有直线轴承固定端和移动端进行换位，使滚珠可跟随活塞移动，直线轴承9的轴承座用双头螺柱5和六角螺母10固定于缸头4上。
如图5，6所示，侧支活塞3顶端为台阶结构并加工有螺纹。连接架一端靠轴肩支撑另一端用六角螺母7锁紧，改造后的侧支活塞3底端安放轴承滚珠并置于侧支筒2内，侧支活塞3与主活塞6用连接架连接起来，侧支活塞3随主活塞6同步运动。
本发明阐明了一种移动框架式耐偏载液压缸具体结构，并分析了其在相关参数下液压缸的承载力。属于本发明所引申出的变动或者变化均应纳入本发明的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种移动框架式耐偏载液压缸，包括由缸盖(1)、缸筒(11)、缸头(4)和活塞(6)组成的液压缸主体，其特征在于，该移动框架式耐偏载液压缸还包括设置在缸筒(11)外侧用以防偏载的多个侧支活塞装置，每个侧支活塞装置均包括侧支筒(2)、在侧支筒(2)内随活塞(6)往复运动的侧支活塞(3)以及连接侧支活塞(3)和活塞(6)外端的连接架(8)。
2.根据权利要求1所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，所述的缸头(4)上开设用以穿过侧支活塞(3)的通孔，并在通孔处设置直线轴承(9)，该直线轴承(9)通过双头螺柱(5)和六角螺母(10)固定在缸头(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，所述的侧支筒(2)下端通过螺纹固定在缸盖(1)上，上端通过双头螺柱(5)固定在缸头(4)下端面上。
4.根据权利要求2所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，所述的侧支活塞(3)的伸出杆表面沿周向均匀开设多条轨道槽，在侧支活塞(3)的伸出杆往复运动时与直线轴承(9)内的滚珠相互配合支撑。
5.根据权利要求1所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，所述的侧支活塞(3)的伸出杆上端为凸台型，其上设有与连接架(8)连接的螺纹，并且通过六角螺母(7)锁紧。
6.根据权利要求1所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，所述的侧支活塞装置设有4个。
7.根据权利要求4所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，所述的侧支活塞(3)的伸出杆表面开设轨道槽的数量为4条。
8.根据权利要求1所述的一种移动框架式耐偏载液压缸，其特征在于，该移动框架式耐偏载液压缸的总惯性矩I1的计算式为：
其中，D为活塞杆的直径，d为侧支杆的直径，r为侧支杆和活塞杆的中心距。
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