CN111022420A - 一种集成式机械锁紧液压缸及系统 - Google Patents

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CN111022420A CN201911290081.2A CN201911290081A CN111022420A CN 111022420 A CN111022420 A CN 111022420A CN 201911290081 A CN201911290081 A CN 201911290081A CN 111022420 A CN111022420 A CN 111022420A
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郭初生
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Abstract

本申请涉及一种集成式机械锁紧液压缸及系统，该集成式机械锁紧液压缸包括缸筒和活塞组件，所述活塞组件包括活塞和活塞杆，还包括：解锁油口，设于所述活塞杆的伸出端；解锁油路，设于所述活塞杆内，所述解锁油路一端连接所述解锁油口，另外一端连接位于所述活塞的圆周面与所述缸筒的侧壁之间的解锁腔以涨开所述缸筒。上述的集成式机械锁紧液压缸及系统在解锁时，通过从设置在活塞杆内的解锁油路向位于活塞的圆周面与所述缸筒的侧壁之间的解锁腔充入油液进行解锁，在活塞移动过程中，解锁油路和解锁腔的容积基本保持稳定，不再需要实时调整解锁油液的压力，有效降低了液压系统的能耗和控制复杂度。

Description

一种集成式机械锁紧液压缸及系统
技术领域
本发明属于液压设备领域，具体涉及一种集成式机械锁紧液压缸及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
液压直线执行元件-液压缸大量应用于工程机械、农业机械、工业、国防军工领域提供直线驱动功能。目前大部分的液压缸运行到指定位置后，通过在液压系统中的液压锁、平衡阀或换向阀等阀件关闭液压缸负载油路来实现运动位置的保持。
现有的具有机械锁紧功能的液压缸的机械锁紧功能，在系统中提供一路专用解锁液压回路，液压缸运行过程中，该回路需持续供给较高压力，耗能较大，而且随着活塞的移动，解锁油路的容积随时处于变化状态，需要实时调整解锁油液的压力，对于液压控制系统提出了较高的要求。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种集成式机械锁紧液压缸及系统，解锁油路的容积保持稳定以便于保持解锁油液的压力。
一种集成式机械锁紧液压缸，包括缸筒和活塞组件，所述活塞组件包括活塞和活塞杆，所述活塞杆连接于所述活塞，所述活塞设于所述缸筒内将所述缸筒分隔为正腔和反腔并且所述活塞与所述缸筒过盈配合，还包括：
解锁油口，设于所述活塞杆的伸出端；
解锁油路，设于所述活塞杆内，所述解锁油路一端连接所述解锁油口，另外一端连接位于所述活塞的圆周面与所述缸筒的侧壁之间的解锁腔以涨开所述缸筒。
优选地，还包括：
伸出油口，设于所述活塞杆的伸出端；
伸出油路，设于所述活塞杆内，所述伸出油路的一端连接所述伸出油口，另外一端连接所述正腔以向所述正腔输送油液推动所述活塞杆伸出。
优选地，还包括：
缩回油口，设于所述活塞杆的伸出端；
缩回油路，设于所述活塞杆内，所述缩回油路一端连接所述缩回油口，另外一端连接所述反腔以向所述反腔输送油液推动所述活塞杆缩回。
优选地，所述活塞还包括：
第一密封圈，套设于所述活塞的靠近所述反腔的端部，用于隔绝所述解锁腔和所述反腔；
第二密封圈，套设于所述活塞的靠近所述正腔的端部，用于隔绝所述解锁腔和所述正腔，其中，所述解锁腔位于所述第一密封圈和第二密封圈之间。
优选地，所述解锁腔包括设于所述活塞的圆周面的槽体，所述槽体沿所述活塞的圆周方向延伸。
一种机械锁紧液压系统，包括：
上述的液压缸；
电机泵组，包括电机和与所述电机连接的液压泵，所述液压泵分别与所述液压缸和油箱连接；
阀开关组件，包括解锁阀，所述解锁阀连接于所述液压缸的解锁油口和所述液压泵连接油箱和所述解锁阀，用于经所述解锁阀向所述解锁腔输送油液以涨开所述缸筒，或者停止向所述液压缸输送油液使得所述缸筒与所述活塞处于过盈配合状态以抱紧所述活塞。
优选地，还包括控制器，所述控制器连接所述解锁阀和电机泵组，用于控制所述电机和所述解锁阀。
优选地，所述阀开关组件还包括：
伸出阀，连接所述液压泵、油箱和所述液压缸的正腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制下连通所述液压缸的正腔和液压泵以伸出所述活塞杆；
缩回阀，分别连接所述液压泵、油箱和所述液压缸的反腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制连通所述液压缸的反腔和液压泵以缩回所述活塞杆。
优选地，还包括工作台，所述工作台连接于所述活塞杆，所述缸筒沿所述活塞杆的长度方向移动以支撑所述工作台。
优选地，还包括：还包括压力传感器，所述压力传感器连接于所述控制器，用于检测所述解锁腔的油压。
相较于现有技术，上述的集成式机械锁紧液压缸及系统在解锁时，通过从设置在活塞杆内的解锁油路向位于活塞的圆周面与所述缸筒的侧壁之间的解锁腔充入油液进行解锁，在活塞移动过程中，解锁油路和解锁腔的容积基本保持稳定，不再需要实时调整解锁油液的压力，有效降低了液压系统的能耗和控制复杂度，可实现在解锁运行时不消耗液压系统能源，实现长期高精度的任意位置机械锁紧保持功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是机械锁紧液压系统的结构示意图。
图2是机械锁紧液压缸的结构示意图。
图3是机械锁紧液压缸的剖面结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002318811630000031
Figure BDA0002318811630000041
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
图1是具备机械锁紧功能的总线式电液缸的原理图，图2是具备机械锁紧功能的总线式电液缸的结构示意图。如图1和图2所示，该具备机械锁紧功能的总线式电液缸包括液压缸10、电机泵组20、控制器30和阀开关组件40。控制器30控制电机泵组20驱动高压油液经阀开关组件40后进入液压缸10执行对应的动作。本实施方式中，电机泵组20、控制器30和阀开关组件40等均可以集中安装于液压缸10，实现电液缸的微型化。
电机泵组20包括电机21和与所述电机21连接的液压泵22，所述液压泵22与所述液压缸10连接，用于驱动油液进入液压缸10内推动活塞124移动。
控制器30与所述电机21连接，用于控制所述电机21驱动所述液压泵22动作，并且控制阀开关组件40动作，使得液压缸10能够完成对应的动作，例如活塞124伸出或者缩回。
图3是液压缸10的剖面结构示意图。如图3所示，液压缸10包括缸筒11和活塞杆12，所述活塞杆12包括活塞124，所述活塞124移动地设于所述缸筒11内，可在缸筒11内沿其轴向方向来回移动。在一般情况下，活塞124与缸筒11之间为过盈配合状态，缸筒11通过弹性回复力抱紧活塞124使得活塞124不需要高压油液的支撑即可保持在固定位置。另外，在所述活塞124的圆周面与所述缸筒11之间设有解锁腔111。在一些实施方式中，所述解锁腔111包括一条或者多条相互连通的设于所述活塞124的圆周面的槽体，所述槽体沿所述活塞124的圆周方向延伸。当解锁腔111内充满高压油液时，高压油液可以涨开缸筒11，使得缸筒11和活塞124之间形成间隙配合状态，这样活塞124可以在缸筒11内在油液的推动移动。本实施方式中，活塞124还套设有第一密封圈和第二密封圈。第一密封圈1241套设于所述活塞124的靠近所述反腔113的端部，用于隔绝所述解锁腔111和所述反腔113。第二密封圈1242套设于所述活塞124的靠近所述正腔112的端部，用于隔绝所述解锁腔111和所述正腔112，这样，所述解锁腔111位于所述第一密封圈1241和第二密封圈1242之间。
阀开关组件40用于控制所述液压缸10的油液流动方向，所述液压泵22经所述阀开关组件40连接于所述液压缸10。本实施方式中，所述阀开关组件40包括伸出阀41、缩回阀42、解锁阀43和液压锁44。
本实施方式中，伸出阀41是换向阀，油液端分别连接所述液压泵22、油箱50和所述液压缸10的正腔112，控制端与控制器30连接，在控制器30的控制信号下可切换伸出阀41的工作状态，连通所述液压缸10的正腔112和液压泵22以伸出所述活塞杆12。液压泵22的油液可以经伸出阀41流入液压缸10的正腔112内，也可以从液压缸10的正腔112内经伸出阀41回流至油箱50内。缩回阀42为换向阀，其油液端分别连接所述液压泵22、油箱50和所述液压缸10的反腔113，控制端与控制器30连接，在控制器30的控制信号下可切换缩回阀42的工作状态，连通所述液压缸10的反腔113和液压泵22以缩回所述活塞杆12。具体的，液压泵22的油液可以经缩回阀42流入液压缸10的反腔113内，或者从液压缸10的反腔113内经缩回阀42回流至油箱50内。解锁阀43是换向阀，油液端分别连接所述液压泵22、油箱50和所述活塞124与所述缸筒11之间的解锁腔111，控制端与控制器30连接，用于在控制器30的控制连通所述液压泵22和所述解锁腔111以涨开所述缸筒11。具体的，液压泵22的油液可以经解锁阀43流入液压缸10的解锁腔111内，或者从液压缸10的解锁腔111内经解锁阀43回流至油箱50内。
液压锁44为单向阀，一端连接液压泵22，另外一端连接解锁阀43，使得所述液压泵22的油液只能经所述液压锁44进入所述解锁阀43，用于在需要解锁的时候通过液压锁44可以保持解锁腔111内的油压，不再需要液压泵22持续运行来保持解锁腔111内的油压，从而当解锁压力足够时，解锁阀43可以复位，液压锁44可以隔离解锁油路123与液压缸10运行油路。
综上所述，阀开关组件40内形成三条油路：解锁油路123、伸出油路122和缩回油路121，解锁油路123通过解锁阀43控制，伸出油路122通过伸出阀41控制，缩回油路121通过缩回阀42控制。
图3是液压缸10的剖面结构示意图。如图3所示，液压缸10的活塞杆12内设有三条管道：解锁油路123、伸出油路122和缩回油路121。所述解锁腔111通过所述解锁油路123与所述解锁阀43连接。本实施方式中，解锁腔111设置于活塞124的旋转面与缸筒11之间的间隙，所述解锁腔111通过活塞杆12内的解锁油路123与所述液压泵22连接，所述液压泵22向所述解锁腔111输入油液涨开所述缸筒11使得所述缸筒11与所述活塞124处于间隙配合状态以解锁所述液压缸10。在一些实施方式中，该电液缸还包括一压力传感器31，所述压力传感器31与所述控制器30连接并且与连接所述解锁腔111的油管连接以检测涨开所述缸筒11的油液的压力值(即解锁压力)，并实时将检测的压力信号传递至控制器30。在一些优选的实施方式中，液压缸10为倒置型结构，即缸筒11随负载移动而活塞杆12固定，这样油管连接于活塞杆12而不需要跟随活塞124移动。
活塞杆12的缩回油路121一端连接所述反腔113，另外一端与所述缩回阀42连接，液压泵22输出的油液经缩回油路121进入到反腔113内推动活塞124缩回动作。活塞杆12的伸出油路122的一端连接所述正腔112，另外一端连接所述伸出阀41，液压泵22输出的油液伸出油路122进入正腔112内推动活塞124伸出动作。
下面详细介绍上述具备机械锁紧功能的总线式电液缸的工作过程。
当需要移动活塞124(伸出活塞124或者缩回活塞124)时，控制器30执行以下步骤：
首先，控制液压泵22驱动油液经解锁阀43进入液压缸10的活塞124与缸筒11之间的解锁腔111内，使得所述缸筒11涨开至所述活塞124与所述缸筒11之间形成间隙配合。
然后，控制所述解锁阀43使得所述液压泵22经解锁阀43与所述解锁腔111连通以保持所述解锁腔111内的油压；
最后，控制伸出阀41和缩回阀42动作，使得所述液压泵22与所述液压缸10的正腔112连通以驱动所述活塞杆12伸出，或者使得所述液压泵22与所述液压缸10的反腔113连通以驱动所述活塞杆12缩回。
在活塞杆12完成移动指令后，控制器30控制所述解锁阀43动作，使得所述解锁腔111经所述解锁阀43与油箱50连通以卸载所述解锁腔111内的油压，这样，所述缸筒11与所述活塞124之间形成过盈配合以抱紧所述活塞124。
上述的集成式机械锁紧液压缸及系统在解锁时，通过从设置在活塞杆12内的解锁油路123向位于活塞124的圆周面与所述缸筒11的侧壁之间的解锁腔111充入油液进行解锁，在活塞124移动过程中，解锁油路123和解锁腔111的容积基本保持稳定，因此可以不再需要实时调整解锁油液的压力，有效降低了液压系统的能耗和控制复杂度，可实现在解锁运行时不消耗液压系统能源，实现长期高精度的任意位置机械锁紧保持功能。
在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的系统和部件，可以通过其它的方式实现。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种集成式机械锁紧液压缸，包括缸筒和活塞组件，所述活塞组件包括活塞和活塞杆，所述活塞杆连接于所述活塞，所述活塞设于所述缸筒内将所述缸筒分隔为正腔和反腔并且所述活塞与所述缸筒过盈配合，其特征在于，还包括：
解锁油口，设于所述活塞杆的伸出端；
解锁油路，设于所述活塞杆内，所述解锁油路一端连接所述解锁油口，另外一端连接位于所述活塞的圆周面与所述缸筒的侧壁之间的解锁腔以涨开所述缸筒。
2.如权利要求1所述的集成式机械锁紧液压缸，其特征在于，还包括：
伸出油口，设于所述活塞杆的伸出端；
伸出油路，设于所述活塞杆内，所述伸出油路的一端连接所述伸出油口，另外一端连接所述正腔以向所述正腔输送油液推动所述活塞杆伸出。
3.如权利要求1或2所述的集成式机械锁紧液压缸，其特征在于，还包括：
缩回油口，设于所述活塞杆的伸出端；
缩回油路，设于所述活塞杆内，所述缩回油路一端连接所述缩回油口，另外一端连接所述反腔以向所述反腔输送油液推动所述活塞杆缩回。
4.如权利要求1所述的集成式机械锁紧液压缸，其特征在于，所述活塞还包括：
第一密封圈，套设于所述活塞的靠近所述反腔的端部，用于隔绝所述解锁腔和所述反腔；
第二密封圈，套设于所述活塞的靠近所述正腔的端部，用于隔绝所述解锁腔和所述正腔，其中，所述解锁腔位于所述第一密封圈和第二密封圈之间。
5.如权利要求1所述的集成式机械锁紧液压缸，其特征在于，所述解锁腔包括设于所述活塞的圆周面的槽体，所述槽体沿所述活塞的圆周方向延伸。
6.一种机械锁紧液压系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-5任一项所述的液压缸；
电机泵组，包括电机和与所述电机连接的液压泵，所述液压泵分别与所述液压缸和油箱连接；
阀开关组件，包括解锁阀，所述解锁阀连接于所述液压缸的解锁油口和所述液压泵连接油箱和所述解锁阀，用于经所述解锁阀向所述解锁腔输送油液以涨开所述缸筒，或者停止向所述液压缸输送油液使得所述缸筒与所述活塞处于过盈配合状态以抱紧所述活塞。
7.如权利要求6所述的机械锁紧液压系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器连接所述解锁阀和电机泵组，用于控制所述电机和所述解锁阀。
8.如权利要求7所述的机械锁紧液压系统，其特征在于，所述阀开关组件还包括：
伸出阀，连接所述液压泵、油箱和所述液压缸的正腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制下连通所述液压缸的正腔和液压泵以伸出所述活塞杆；
缩回阀，分别连接所述液压泵、油箱和所述液压缸的反腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制连通所述液压缸的反腔和液压泵以缩回所述活塞杆。
9.如权利要求8所述的机械锁紧液压系统，其特征在于，还包括工作台，所述工作台连接于所述活塞杆，所述缸筒沿所述活塞杆的长度方向移动以支撑所述工作台。
10.如权利要求9所述的机械锁紧液压系统，其特征在于，还包括：还包括压力传感器，所述压力传感器连接于所述控制器，用于检测所述解锁腔的油压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111577686A (zh) * 2020-05-18 2020-08-25 广东志成电液科技有限公司 步进式液压设备及其控制方法
CN113048115A (zh) * 2021-02-25 2021-06-29 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种防溜缸结构、系统及方法
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