CN110985479B - 一种自动换向液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压缸技术领域。本发明公开了一种自动换向液压缸，包括壳体、缸筒和活塞，壳体上设有与进油管连接的P口以及与出油管连接的T1口和T2口，缸筒位于壳体内部，活塞位于缸筒内，活塞在高压油液的作用下可以进行轴向往返移动，缸筒在高压油液下可以相对于壳体进行轴向往复移动，使活塞的两侧分别与高压油液形成交替连通，实现液压缸的自动换向的往复移动。本发明的液压缸可以在液压力的驱动下进行自动换向往复移动，不仅结构简单、紧凑，制造成本低、集成度高，而且可以省去对换向阀的使用，无需电控，避免了电器不稳定因素，可长时间工作并且寿命长。

Description

一种自动换向液压缸

技术领域

本发明属于液压缸技术领域，具体涉及一种自动换向液压缸。

背景技术

液压缸是将液压能转变为机械能、做直线运动的液压执行元件。由于液压缸的结构简单、工作可靠，在各种机械的液压系统中得到广泛应用。其中，在自动切割机的切割片进给机构、一些自动送料装置和选矿机械等实际工作中，常常需要液压缸不停地做连续往复运动。

目前，传统液压缸若要实现往复运动,通过需要借助换向阀由外部的手动或电动等方式来控制。其中，手动方式不能满足高频长时间的工作要求，而电动方式会受到工况限制，尤其是有些设备在野外无电源环境中工作。同时，借助电磁换向阀和位移传感器的相配合，达到控制换向目的时，由接近开关控制传感器，这样不仅换向不稳定，可靠性差，而且换向装置的控制电路部分采用的是电路板控制，而线路板是非标件，制作加工比较困难，损坏后维修就非常困难，维护成本高。此外，现有的换向装置，如果长期持续通电，很容易损坏小器件，不能满足长期通电的要求，也在一定程度上影响到了生产效率。

发明内容

为了解决目前常规结构形式液压缸存在的上述问题，本发明提出了一种全新结构形式的自动换向液压缸。该自动换向液压缸包括壳体、缸筒和活塞；其中，所述壳体设有P口、T1口和T2口，并且P口与进油管连接，T1口和T2口与出油管连接；

所述缸筒位于所述壳体内部，并且可以相对于所述壳体进行轴向往复移动；所述缸筒上设有沿轴向分布的第一油孔和第二油孔，并且所述第一油孔和所述第二油孔与P口、T1口和T2口交替连通；其中，所述第一油孔与P口连通时，所述第二油孔与T2口连通，所述第二油孔与P口连通时，所述第一油孔与T1口连通；

所述活塞位于所述缸筒内部，并且可以相对于所述缸筒进行轴向往复移动；所述活塞将所述缸筒内部分割为沿轴向的第一控制室和第二控制室，并且所述第一控制室和所述第二控制室分别与所述第一油孔和所述第二油孔连通；

所述活塞相对于所述缸筒移动至轴向终端位置时，所述缸筒相对于所述壳体进行轴向移动，完成所述第一油孔和所述第二油孔与P口、T1口和T2口连通关系切换。

优选的，所述壳体上设有第一油路、第二油路、第三油路、第四油路、第五油路、第六油路、第七油路和第八油路；所述活塞上设有第一环形槽和第二环形槽；所述缸筒与所述壳体之间设有独立的第一控制腔和第二控制腔，并且分别位于所述缸筒的两端；

所述第一油路的一端与P口连通，另一端与所述第一环形槽选择连通；所述第二油路的一端与P口连通，另一端与所述第二环形槽选择连通；所述第三油路的一端与所述第一控制腔连通，另一端与所述第一环形槽连通；所述第四油路的一端与所述第二控制腔连通，另一端与所述第二环形槽连通；所述第五油路的一端与所述第三油路连通，另一端与所述第一控制室连通；所述第六油路的一端与所述第四油路连通，另一端与所述第二控制室连通；所述第七油路的一端与T1口连通，另一端与所述第一环形槽选择连通；所述第八油路的一端与T2口连通，另一端与所述第二环形槽选择连通；

所述活塞移动至所述第一控制室的终端位置时，所述第一油路与所述第一环形槽连通，所述第二油路和所述第七油路封闭，所述第八油路与所述第二环形槽连通；所述活塞移动至所述第二控制室的终端位置时，所述第二油路与所述第二环形槽连通，所述第一油路和所述第八油路封闭，所述第七油路与所述第一环形槽连通。

进一步优选的，所述第五油路和所述第六油路上分别设有一个阻尼孔。

进一步优选的，该自动换向液压缸还设有一个处于压缩状态的弹性件；所述弹性件位于所述缸筒与所述壳体之间，并且其两端沿轴向分别与所述缸筒和所述壳体保持接触。

进一步优选的，在所述缸筒的两端面位置分别设有一个环形凹槽，并且两端的环形凹槽分别为所述第一控制腔和所述第二控制腔的一部分。

进一步优选的，所述活塞采用台阶结构形式，并且两侧的台阶分别为所述第一控制室和所述第二控制室的一部分。

优选的，所述壳体上设有第一连接槽；所述第一连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与所述P口保持连通。

优选的，所述壳体上设有第二连接槽；所述第二连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与T1口保持连通。

优选的，所述壳体上设有第三连接槽；所述第三连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与T2口保持连通。

优选的，所述壳体采用分体式结构，两端分别为可拆卸的端盖。

相较于现有结构形式的液压缸，本发明的自动换向液压缸具有以下有益技术效果：

1、在本发明中，通过在壳体上分别设置与进油管连接的P口以及与出油管连接的T1口和T2口，并且P口、T1口和T2口与活塞两侧的控制室进行交替连通，从而借助高压油液驱动活塞进行轴向往复移动，进而带动左活塞杆和右活塞杆进行往复伸出和回收动作。同时，当活塞移动至控制室终端位置时，利用P口处高压油液驱动缸筒相对于壳体进行的轴向移动，达到高压油液对活塞两侧交替施加液压作用力的切换，实现对活塞进行轴向往复交替移动的驱动，达到左活塞杆和右活塞杆进行自动往复伸出和回收动作目的。这样，在液压缸内部的液压油控制下就可以实现活塞的自动往复移动，改变了现有常规液压缸依靠换向阀才能实现的往复动作情况。

2、在本发明中，通过在壳体、缸筒和活塞上设置相互关联的油路、油孔和环形槽，从而实现缸筒相对于壳体进行相对轴向移动过程中，完成对P口、T1口和T2口与活塞两侧控制室的交替连通切换。这样，不仅可以完全省去现有自动换向过程中对电磁换向阀的使用和控制要求，降低了成本和控制复杂度，而且通过在壳体、缸筒和活塞上分别设置多个不同功能的结构，提高了对零部件的使用率，减小了整个液压缸的体积，减少了零部件使用量，从而实现了整个液压缸的高集成度。

附图说明

图1为本实施例自动换向液压缸中活塞向第二控制室方向移动过程的结构示意图；

图2为本实施例自动换向液压缸中活塞移动至第二控制室终端位置并且完成换向后的结构示意图；

图3为本实施例自动换向液压缸中活塞向第一控制室方向移动过程的结构示意图；

图4为本实施例自动换向液压缸中活塞移动至第一控制室终端位置并且完成换向后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

结合图1所示，本实施例自动换向液压缸，包括壳体1、缸筒2和活塞3。其中，沿轴线方向，活塞3的两端分别设有左活塞杆41和右活塞杆42，并且由活塞3带动左活塞杆41和右活塞杆42进行轴向同步移动。

壳体1为中空形结构，并且在壳体1设有P口、T1口和T2口。其中，P口与进油管连接，T1口和T2口分别与出油管连接。

缸筒2位于壳体1的内部，并且缸筒2的外表面与壳体1的内表面接触，可以相对于壳体1进行轴向的往复移动。在缸筒2上设有沿轴向分布的第一油孔21和第二油孔22，并且第一油孔21和第二油孔22与P口、T1口和T2口交替连通。当第一油孔21与P口连通时，第二油孔22与T2口连通；当第二油孔22与P口连通时，第一油孔21与T1口连通。

活塞3位于缸筒2的内部，并且可以相对于缸筒2进行轴向往复移动。活塞3将缸筒2的内部分割为沿轴向的第一控制室23和第二控制室24，并且第一控制室23和第二控制室24分别与第一油孔21和第二油孔22保持连通。

当P口与第一油孔21连通时，将进油管的高压油液引流至第一控制室23，同时第二油孔22与T2口连通，将第二控制室24中的油液引流至出油管，从而使活塞3在第一控制室23中高压油液的作用下向第二控制室24的方向移动，实现左活塞杆41的回收和右活塞杆42的伸出。待活塞3移动至第二控制室24的终端位置时，缸筒2相对于壳体1进行轴向移动，将P口切换至与第二油孔22连通，将第一油孔21切换至与T1口连通，从而开始反向驱动活塞3向第一控制室23的方向移动。

当P口与第二油孔22连通时，将进油管的高压油液引流至第二控制室24，同时第一油孔21与T1口连通，将第一控制室23中的油液引流至出油管，从而使活塞3在第二控制室24中高压油液的作用下向第一控制室23的方向移动，实现左活塞杆41的伸出和右活塞杆42的回收。待活塞3移动至第一控制室23的终端位置时，缸筒2相对于壳体1进行轴向移动，将P口切换至与第一油孔21连通，将第二油孔22切换至与T2口连通，从而开始反向驱动活塞3向第二控制室24的方向移动。

结合图1所示，在本实施例中，壳体1上设有第一油路11、第二油路12、第三油路13、第四油路14、第五油路15、第六油路16、第七油路17和第八油路18。活塞3上设有第一环形槽31和第二环形槽32。在缸筒2与壳体1之间设有独立的第一控制腔51和第二控制腔52，并且分别位于缸筒2的两端。

其中，第一油路11的一端与P口连通，另一端与第一环形槽31选择连通。第二油路12的一端与P口连通，另一端与第二环形槽32选择连通。第三油路13的一端与第一控制腔51连通，另一端与第一环形槽31连通。第四油路14的一端与第二控制腔52连通，另一端与第二环形槽32连通。第五油路15的一端与第三油路13连通，另一端与第一控制室23连通；第六油路16的一端与第四油路14连通，另一端与第二控制室24连通。第七油路17的一端与T1口连通，另一端与第一环形槽31选择连通。第八油路18的一端与T2口连通，另一端与第二环形槽32选择连通。

当活塞3移动至第一控制室23的终端位置时，第一油路11与第一环形槽31连通，第二油路12和第七油路17封闭，第八油路18与第二环形槽32连通，P口处高压油液依次通过第一油路11、第一环形槽31和第三油路13流至第一控制腔51中，同时第二控制腔52中的油液依次通过第四油路14、第二环形槽32和第八油路18流至T2口，从而使缸筒2在第一控制腔51和第二控制腔52油液作用力差下，向第二控制腔52的方向移动，将P口切换至与第一油孔21连通，将第二油孔22切换至与T2口连通。

当活塞3移动至第二控制室24的终端位置时，第二油路12与第二环形槽32连通，第一油路11和第八油路18封闭，第七油路17与第一环形槽31连通，P口处高压油液依次通过第二油路12、第二环形槽32和第四油路14流至第二控制腔52中，同时第一控制腔51中的油液依次通过第三油路13、第一环形槽31和第七油路17流至T1口，从而使缸筒2在第一控制腔51和第二控制腔52的油液作用差下，向第一控制腔51的方向移动，将P口切换至与第二油孔22连通，将第一油孔21切换至与T1口连通。

在本实施例中，借助沿轴向关系布设的多个油路以及缸筒相对于壳体之间的轴向移动，从而完成油路之间连通关系的切换，实现P口、T1口和T2口与第一控制室和第二控制室之间连通关系的切换。同样，在其他实施例中，也可以将油路进行圆周方向关系的布设并借助缸筒相对于壳体之间沿圆周方向的转动，完成油路之间连通关系的切换，从而实现P口、T1口和T2口与第一控制室和第二控制室的连通关系切换。

结合图1所示，在第五油路15上设有一个阻尼孔6。此时，借助阻尼孔对通过第五油路油液的阻尼效果，即对第三油路13与第一控制室23之间油液流动的阻尼效果，不仅可以使第一油路中的油液通过第一环形槽和第三油路快速进入第一控制腔，提高第一控制腔中油液压力的建立速度，使缸筒可以快速的相对于壳体进行轴向移动，从而提高活塞换向的速度，而且在活塞向第二控制室方向移动时，还可以对由第一控制室通过第五油路和第三油路流至第一控制腔的高压油液进行稳压，保持第一控制腔中高压油液对缸筒所产生指向第二控制腔方向的作用力，将缸筒固定在第二控制腔的终端位置，保证活塞向第二控制室方向移动过程中，第一油孔与P口以及第二油孔与T2口的稳定连接，提高该液压缸工作过程的稳定可靠性。

同理，在第六油路16上也设有一个阻尼孔6，用于提高活塞的换向速度以及反向移动过程的稳定可靠性。

优选的，结合图1所示，在本实施例的自动换向液压缸中还设有一个处于压缩状态的弹性件7。弹性件7位于缸筒2与壳体1之间的第一控制腔51中，并且弹性件7的两端沿轴向分别与缸筒2和壳体1保持接触，从而对缸筒2产生一个指向第二控制腔52方向的预紧力。这样，借助弹性件就可以使不受液压油作用力的缸筒或者失去液压油作用力的缸筒处于第二控制腔的终端位置，即保持第一油孔与P口连通以及第二油孔与T2口连通的关系，使该液压缸的起始动作为左活塞杆回收和右活塞杆伸出。同样，在其他实施例中，根据使用工况和设计要求，也可以将弹性件设置在第二控制腔中，从而使液压缸的起始动作为左活塞杆伸出和右活塞杆回收。

在本实施例中，弹性件7选用螺旋弹簧结构形式。同样，在其他实施例中，也可以根据设计要求和工况的不同，选用其他结构形式的弹性件，例如碟簧。

结合图1所示，在本实施例中，在缸筒2的两端面位置分别设有一个环形凹槽25，并且两端的环形凹槽25分别为第一控制腔51和第二控制腔52的一部分。这样，当缸筒沿轴向移动至终端位置时，借助环形凹槽可以使缸筒与壳体之间继续保有第一控制腔和第二控制腔，从而快速引入高压油液并且迅速建立对缸筒反方向驱动的作用力，提高缸筒相对于壳体进行轴向移动的反应速度，提高该液压缸进行往复运动的换向速度。

结合图1所示，在本实施例中，活塞3采用台阶结构形式，并且两侧的台阶分别为第一控制室23和第二控制室24的一部分。这样，当活塞沿轴向移动至终端位置时，借助活塞两侧的台阶可以使活塞与壳体之间继续保有第一控制室和第二控制室，从而快速引入高压油液并且迅速建立对活塞反方向驱动的作用力，提高活塞进行轴向反方向移动的反应速度，提高该液压缸进行往复运动的换向速度。

结合图1所示，在壳体1上还设有第一连接槽191。第一连接槽191采用沿轴向布设的环形槽结构形式，并且与P口保持连通。这样，在缸筒进行轴向移动过程中，即便发生圆周方向的转动，也可以保证P口与第一油孔或第二油孔的准确快速连通，从而保证该液压缸工作过程的稳定可靠性。

结合图1所示，在壳体1上还分别设有第二连接槽192和第三连接槽193。第二连接槽192和第三连接槽193均采用环形槽结构形式，并且位于壳体1与缸筒2之间，其中，第二连接槽192与T1口保持连通，第三连接槽193与T2口保持连通。这样，在活塞进行轴向移动过程中，即便发生圆周方向的转动，也可以保证T1口与第一油孔以及T2口与第二油孔的准确快速连通，从而保证该液压缸工作过程的稳定可靠性。

此外，结合图1所示，在本实施例中，壳体1采用分体式结构，两端分别采用通过轴向螺旋连接的端盖结构形式。这样，不仅便于对整个壳体进行加工制造，尤其是对相关油路的加工，从而降低加工难度和成本，而且便于拆卸，提高组装效率和维护的便捷性。

结合图1至图4所示，本实施例的空压机进行工作时，P口与进油管连接，T1口和T2口与出油管连接，具体工作过程如下：

当活塞3向第二控制室24方向移动，使左活塞杆41回收、右活塞杆42伸出时，进油管的高压油液依次通过P口、第一连接槽191和第一油孔21流至第一控制室23中，同时第二控制室24中的油液依次通过第二油孔22、第三连接槽193和T2口流至出油管，从而使活塞3在第一控制室23和第二控制室24两侧油液压力差作用下，向第二控制室24的方向移动，实现左活塞杆41的回收和右活塞杆42的伸出。

在上述过程中，第一控制室23中的高压油液依次通过阻尼孔6、第五油路15和第三油路13流至第一控制腔51中，同时第二控制腔52依次通过第四油路14、第六油路16、第二控制室24、第二油孔12和T2口与出油管连通，从而使缸筒2在第一控制腔51和第二控制腔52两侧油液压力差作用下，固定在第二控制腔52的终端位置，保持第一连接槽191与第一油孔21的稳定连通状态以及第二油孔22与第三连接槽193的稳定连通状态，保证活塞3向第二控制室24方向移动的稳定可靠性。

当活塞3移动至第二控制室24的终端位置，使左活塞杆41达到最大回收位置、右活塞杆42达到最大伸出位置时，第二环形槽32将第二油路12和第四油路14连通，从而使进油管的高压油液依次通过P口、第二油路12、第二环形槽32、第四油路14流至第二控制腔52中，同时第一控制腔51中的油液依次通过第三油路13、第一环形槽31、第七油路17和T1口流至出油管，从而使缸筒2在第一控制腔51和第二控制腔52两侧油液压力差作用下克服弹性件7的作用力，向第一控制腔51的方向相对于壳体1进行移动，将P口切换至与第二油孔22连通，将第一油孔21切换至与T1口连通，实现活塞3的换向操作。

当活塞3向第一控制室23方向移动，使左活塞杆41伸出、右活塞杆42回收时，进油管的高压油液依次通过P口、第一连接槽191和第二油孔22流至第二控制室24中，同时第一控制室23中的油液依次通过第一油孔21、第二连接槽192和T1口流至出油管，从而使活塞3在第一控制室23和第二控制室24两侧油液压力差作用下，向第一控制室23的方向移动，实现左活塞杆41的伸出和右活塞杆42的回收。

在上述过程中，第二控制室24中的高压油液依次通过阻尼孔6、第六油路16和第四油路14流至第二控制腔52中，同时第一控制腔51依次通过第三油路13、第五油路15、第一控制室23、第一油孔11和T1口与出油管连通，从而使缸筒2在第一控制腔51和第二控制腔52两侧油液压力差作用下克服弹性件7的作用力，固定在第一控制腔51的终端位置，保持第一连接槽191与第二油孔22的稳定连通状态以及第一油孔21与第二连接槽192的稳定连通状态，保证活塞3向第一控制室23方向的稳定可靠移动。

当活塞3移动至第一控制室23的终端位置，使左活塞杆41达到最大伸出位置、右活塞杆42达到最大回收位置时，第一环形槽31将第一油路11和第三油路13连通，从而使进油管的高压油液依次通过P口、第一油路11、第一环形槽31、第三油路13流至第一控制腔51中，同时第二控制腔52中的油液依次通过第四油路14、第二环形槽32、第八油路18和T2口流至出油管，从而使缸筒2在第一控制腔51和第二控制腔52两侧油液压力差作用和弹性件7的作用下，向第二控制腔52的方向相对于壳体1进行移动，将P口切回至与第一油孔21连通，将第二油孔22切回至与T2口连通，实现活塞3的再次换向操作。

依次重复上述往复动作，实现该液压缸在液压驱动下的自动往复运动。

Claims (9)

1.一种自动换向液压缸，其特征在于，包括壳体、缸筒和活塞；其中，所述壳体设有P口、T1口和T2口，并且P口与进油管连接，T1口和T2口与出油管连接；

所述缸筒位于所述壳体内部，并且可以相对于所述壳体进行轴向往复移动；所述缸筒上设有沿轴向分布的第一油孔和第二油孔，并且所述第一油孔和所述第二油孔与P口、T1口和T2口交替连通；其中，所述第一油孔与P口连通时，所述第二油孔与T2口连通，所述第二油孔与P口连通时，所述第一油孔与T1口连通；

所述活塞位于所述缸筒内部，并且可以相对于所述缸筒进行轴向往复移动；所述活塞将所述缸筒内部分割为沿轴向的第一控制室和第二控制室，并且所述第一控制室和所述第二控制室分别与所述第一油孔和所述第二油孔连通；

所述活塞相对于所述缸筒移动至轴向终端位置时，所述缸筒相对于所述壳体进行轴向移动，完成所述第一油孔和所述第二油孔与P口、T1口和T2口连通关系切换；

所述壳体上设有第一油路、第二油路、第三油路、第四油路、第五油路、第六油路、第七油路和第八油路；所述活塞上设有第一环形槽和第二环形槽；所述缸筒与所述壳体之间设有独立的第一控制腔和第二控制腔，并且分别位于所述缸筒的两端；

所述第一油路的一端与P口连通，另一端与所述第一环形槽选择连通；所述第二油路的一端与P口连通，另一端与所述第二环形槽选择连通；所述第三油路的一端与所述第一控制腔连通，另一端与所述第一环形槽连通；所述第四油路的一端与所述第二控制腔连通，另一端与所述第二环形槽连通；所述第五油路的一端与所述第三油路连通，另一端与所述第一控制室连通；所述第六油路的一端与所述第四油路连通，另一端与所述第二控制室连通；所述第七油路的一端与T1口连通，另一端与所述第一环形槽选择连通；所述第八油路的一端与T2口连通，另一端与所述第二环形槽选择连通；

所述活塞移动至所述第一控制室的终端位置时，所述第一油路与所述第一环形槽连通，所述第二油路和所述第七油路封闭，所述第八油路与所述第二环形槽连通；所述活塞移动至所述第二控制室的终端位置时，所述第二油路与所述第二环形槽连通，所述第一油路和所述第八油路封闭，所述第七油路与所述第一环形槽连通。

2.根据权利要求1所述的自动换向液压缸，其特征在于，所述第五油路和所述第六油路上分别设有一个阻尼孔。

3.根据权利要求1所述的自动换向液压缸，其特征在于，该自动换向液压缸还设有一个处于压缩状态的弹性件；所述弹性件位于所述缸筒与所述壳体之间，并且其两端沿轴向分别与所述缸筒和所述壳体保持接触。

4.根据权利要求1所述的自动换向液压缸，其特征在于，在所述缸筒的两端面位置分别设有一个环形凹槽，并且两端的环形凹槽分别为所述第一控制腔和所述第二控制腔的一部分。

5.根据权利要求1所述的自动换向液压缸，其特征在于，所述活塞采用台阶结构形式，并且两侧的台阶分别为所述第一控制室和所述第二控制室的一部分。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的自动换向液压缸，其特征在于，所述壳体上设有第一连接槽；所述第一连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与所述P口保持连通。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的自动换向液压缸，其特征在于，所述壳体上设有第二连接槽；所述第二连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与T1口保持连通。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的自动换向液压缸，其特征在于，所述壳体上设有第三连接槽；所述第三连接槽位于所述壳体与所述缸筒之间并沿轴向布设的环形槽，与T2口保持连通。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述自动换向液压缸，其特征在于，所述壳体采用分体式结构，两端分别为可拆卸的端盖。

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