CN111425477A - 一种具有缓冲和自锁功能的液压缸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液压缸领域,公开了一种具有缓冲和自锁功能的液压缸,包括缸体、活塞、活塞杆和自锁组件;缸体上设有A口和B口;活塞位于缸体内,将缸体的内部分割为互不连通的第一控制腔和第二控制腔,第一控制腔与A口保持连通,第二控制腔与B口保持连通,活塞在缸体的内部进行轴向的往复运动和沿圆周方向的往复转动;活塞杆的一端与活塞连接,另一端穿过第一控制腔伸出至缸体的外部;自锁组件位于缸体与活塞之间,用于对活塞进行轴向位置的固定;活塞运动至控制腔终端位置时进行圆周方向转动,减低介质排出速度,进行活塞的减速缓冲。本发明的液压缸不仅可以实现对活塞往复运动过程中的有效减速缓冲,而且还可以实现对活塞轴向位置的机械锁定。
Description
技术领域
本发明属于液压缸的技术领域,尤其涉及一种具有缓冲和自锁功能的液压缸。
背景技术
液压缸是将液压能转变为机械能并且执行直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。利用液压缸实现往复运动时,不仅可以免去减速装置,而且还没有传动间隙,运动平稳,在各种液压系统中得到广泛应用。但是,高速运动的液压缸运动至端部时,会产生很大的冲击,为了减少冲击,通常会在液压缸端部增加液压缓冲装置。
现有液压缸缓冲装置种类很多,但其本质都是在活塞前后增加一段配合面,把回油腔分成缓冲腔和回油腔两部分,其中缓冲腔的油液通过节流口流到回油腔,由此在缓冲腔产生背压,阻止活塞的运动,降低活塞运动速度,从而起到减缓冲击的目的。根据节流口面积是否变化,分为固定节流和可变节流两种缓冲类型;固定节流在缓冲开始的时候,产生的缓冲制动力很大,但缓冲压力很快衰减下来,后期几乎不起什么作用,缓冲效果很差;变节流缓冲装置是在缓冲过程中通流面积随缓冲行程的变化而变化,采用圆锥面时在缓冲初期的压力变化比较平缓,但后期的压力突变很大,而采用抛物线时能达到较理想的缓冲效果,但加工需要数控机床,成本高,并且在缓冲开始和结束的时候存在压力的突变。
此外,现有的缓冲装置为了达到较好的缓冲效果,必须保证缓冲装置与缸筒或端盖的同心,这就需要在加工过程中保证端盖与活塞杆的配合精度、缸筒与端盖的配合精度、缸筒与活塞的配合精度、活塞与活塞杆的配合精度、缓冲套与活塞杆的配合精度、缓冲套与端盖的配合精度,这样一方面增加了加工的难度,另一方面由于误差的积累具有不可控性,导致同样加工精度的两个液压缸缓冲效果不一致,无法保证最终液压缸的缓冲效果。
另外,根据工作要求,有时需要工件在运动到某一位置后或工件停止工作后保持一定时间内的位置不变,此时为了防止工件在外力、重力等其他力作用下发生位移,需要液压缸锁紧。
目前,液压缸的自锁主要依靠封堵压力油的方式来实现,然而这种锁紧方式液压油易泄露,液压油泄漏后会发生“负压效应”和“软腿现象”,虽然针对此现象,做了很多的改进方案,但是均没有从根本上解决上述问题。为了实现液压缸的自锁,还可以采用液压锁,但是液压锁在自锁过程中存在泄露问题,泄漏后发生自锁精度不高及工件位移现象,在发生油路故障时,精度和可靠性就更加无法保障,所以液压锁不能长时间实现液压缸的自锁;并且液压锁往往都需要单向阀、换向阀等多个辅助元件共同作用来实现液压缸的自锁,这不但使自锁成本高,也使实现自锁时占用了更多的空间,同时油路增多,使发生泄漏的可能性增加,维修和使用带来不便。
发明内容
为了提高液压缸中活塞往复运动过程中的减速缓冲效果以及液压缸的自锁效果,本发明提出了一种具有缓冲和自锁功能的液压缸。该液压缸包括缸体、活塞、活塞杆和自锁组件;所述缸体上设有A口和B口;所述活塞位于所述缸体内,将所述缸体的内部分割为互不连通的第一控制腔和第二控制腔,所述第一控制腔与A口保持连通,所述第二控制腔与B口保持连通,所述活塞在所述缸体的内部进行轴向的往复运动和沿圆周方向的往复转动;所述活塞杆的一端与所述活塞连接,另一端穿过所述第一控制腔伸出至所述缸体的外部;所述自锁组件位于所述缸体与所述活塞之间,用于对所述活塞进行轴向位置的固定;
所述活塞在所述第一控制腔和所述第二控制腔之间介质压力作用下相对于所述缸体进行轴向往复运动,当所述活塞运动至所述第一控制腔的终端位置时,所述活塞相对于所述缸体进行圆周方向转动,使所述第一控制腔与A口之间的通流面积减小,降低所述第一控制腔中介质回流至A口的速度,当所述活塞运动至所述第二控制腔的终端位置时,所述活塞相对于所述缸体进行圆周方向转动,使所述第二控制腔与B口之间的通流面积减小,降低所述第二控制腔中介质回流至B口的速度。
优选的,该液压缸还设有第一U形槽、第一油路、第二U形槽和第二油路;其中,所述第一U形槽和所述第二U形槽均沿轴向布设在所述活塞的外圆周表面,所述第一U形槽与所述第一控制腔保持连通,所述第二U形槽与所述第二控制腔保持连通,并且所述第一U形槽的通流面积小于A口的通流面积,所述第二U形槽的通流面积小于B口的通流面积;
在所述活塞移动至所述第一控制腔的终端过程中,所述第一控制腔与A口直接连通的关系切换至通过所述第一U形槽与A口连通的关系,并且在所述活塞移动至所述第一控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,所述第一U形槽与A口之间的通流面积逐渐减小,所述第二U形槽则随所述活塞逐渐转动至与B口处于同一轴向位置,所述第一油路将A口与所述第一控制腔连通;
在所述活塞移动至所述第二控制腔的终端过程中,所述第二控制腔与B口直接连通的关系切换至通过所述第二U形槽与B口连通的关系,并且在所述活塞移动至所述第二控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,所述第二U形槽与B口之间的通流面积逐渐减小,所述第一U形槽则随所述活塞逐渐转动至与A口处于同一轴向位置,所述第二油路将B口与所述第二控制腔连通。
进一步优选的,所述活塞上还设有第一螺旋节流槽和第二螺旋节流槽;所述第一螺旋节流槽的一端与所述第一U形槽连通,另一端沿所述活塞的外圆周表面螺旋延伸向所述第二控制腔的方向并且通流面积逐渐减小;所述第二螺旋节流槽的一端与所述第二U形槽连通,另一端沿所述活塞的外圆周表面螺旋延伸向所述第一控制腔的方向并且通流面积逐渐减小;
在所述活塞移动至所述第一控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,A口依次与所述第一U形槽和所述第一螺旋节流槽形成连通关系;在所述活塞移动至所述第二控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,B口依次与所述第二U形槽和所述第二螺旋节流槽形成连通关系。
进一步优选的,所述第一油路和所述第二油路均布设在所述缸体上,并且在所述第一油路上设有第一单向阀,在所述第二油路上设有第二单向阀;所述第一单向阀的进口与A口保持连通,所述第一单向阀的出口与所述第一控制腔保持连通;所述第二单向阀的进口与B口保持连通,所述第二单向阀的出口与所述第二控制腔保持连通。
优选的,该液压缸设有第一控制杆和第二控制杆,所述缸体的两端分别设有第一螺旋轨道和第二螺旋轨道;所述第一控制杆的一端与所述活塞的端面固定连接,另一端沿轴向伸至所述第一控制腔中,所述第二控制杆的一端与所述活塞的端面固定连接,另一端沿轴向伸至所述第二控制腔中;所述第一螺旋轨道位于所述第一控制腔的终端位置,所述第二螺旋轨道位于所述第二控制腔的终端位置;
当所述活塞移动至所述第一控制腔的终端位置时,所述第一控制杆与所述第一螺旋轨道接触并且沿所述第一螺旋轨道滑动过程中驱动所述活塞进行圆周方向转动;当所述活塞移动至所述第二控制腔的终端位置时,所述第二控制杆与所述第二螺旋轨道接触并且沿所述第二螺旋轨道滑动过程中驱动所述活塞进行圆周方向转动;
优选的,该液压缸上还设有导向杆和定位组件,所述活塞杆贯穿所述活塞并且与所述活塞形成沿圆周方向的转动连接;所述导向杆的一端与所述第二控制腔的终端固定连接,另一端与所述活塞杆沿轴向活动连接;所述定位组件位于所述活塞与所述活塞杆之间,定位所述活塞与所述活塞杆之间沿圆周方向的位置。
进一步优选的,所述定位组件包括定位孔、定位弹簧、定位球和定位槽;所述定位孔和所述定位槽分别位于所述活塞和所述活塞杆上,所述定位弹簧和所述定位球位于所述定位孔中;所述活塞在沿圆周方向转动过程中,所述定位球压缩所述定位弹簧保持在所述定位孔中,所述活塞转动到位后,所述定位球的一端位于所述定位孔中,另一端伸出至所述定位凹槽中。
优选的,所述自锁组件包括自锁杆和自锁槽;所述自锁杆沿轴向固定在所述缸体上,并且可以相对于所述缸体进行轴向往复运动,所述自锁槽位于所述活塞的外表面;当所述活塞移动至自锁位置时,所述自锁杆伸出至所述自锁槽中形成对所述活塞沿轴向位置的锁定,当所述活塞进行轴向往复运动时,所述自锁杆脱离与所述自锁槽的插装连接,解除对所述活塞的轴向锁定。
进一步优选的,所述自锁组件还包括自锁弹性件和解锁油路,并且在所述自锁杆与所述缸体之间形成密闭腔;所述自锁弹性件的一端与所述缸体接触,另一端与所述自锁杆接触,以驱动所述自锁杆向所述活塞方向运动;所述解锁油路的一端与所述第二控制腔连通,另一端与所述密闭腔连通,以引流所述B口处介质至所述密闭腔中驱动所述自锁杆克服所述弹性件进行运动。
进一步优选的,所述自锁杆中与所述自锁槽插装连接的一端采用沿其轴向的斜面结构形式。
相较于现有结构形式的液压缸,本发明的液压缸具有以下有益技术效果:
1、在本发明中,通过将活塞设计为可以沿轴向往复运动和沿圆周方向往复转动的结构形式,利用活塞沿轴向移动至第一控制腔和第二控制腔终端位置时所形成的圆周方向转动,实现对A口和B口与第一控制腔和第二控制腔之间的通流面积进行调整,从而降低控制腔中介质的排出速度,逐渐提高对活塞的运动阻力,达到对活塞减速缓冲的目的和效果。
2、在本发明中,通过在缸体与活塞之间布设自锁组件,利用自锁组件可以对移动并停留在第二控制腔终端位置的活塞进行轴向的机械锁定,从而形成对活塞轴向位置的限位,实现对液压缸状态的机械锁定,避免现有液压缸利用密封件密封锁定时存在的介质泄漏以及由此引起的“负压效应”和“软腿现象”,提高液压缸的自锁效果。
3、在本发明中,通过在活塞外表面布设U形槽和螺旋节流槽,可以形成对控制腔中介质的分梯度逐渐外排,形成对活塞移动阻力的连续平缓增加,减缓活塞降速梯度,提高对活塞减速缓冲效果。
4、在本发明中,通过在活塞的两个端面布设控制杆以及在控制腔的终端位置布设螺旋轨道,这样利用活塞轴向移动过程中控制杆沿螺旋轨道的滑动,就可以反向驱动活塞形成沿圆周方向的转动,实现活塞在控制腔终端位置形成的自动转动。
附图说明
图1为本实施例液压缸中活塞靠近第二控制腔终端位置时的结构示意图;
图2为沿图1中P-P方向的结构示意图;
图3为本实施例液压缸中活塞的第一角度外形结构示意图;
图4为本实施例液压缸中活塞的第二角度外形结构示意图;
图5为本实施例液压缸中端盖的外形结构示意图;
图6为本实施例液压缸中定位组件的局部结构示意图;
图7为本实施例液压缸中活塞锁定在第二控制腔终端位置时的结构示意图;
图8为沿图7中Q-Q方向的结构示意图;
图9为本实施例液压缸中活塞靠近第一控制腔终端位置时的结构示意图;
图10为沿图9中M-M方向的结构示意图;
图11为本实施例液压缸中活塞移动至第一控制腔终端位置时的结构示意图;
图12为沿图11中N-N方向的结构示意图。
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和图2所示,本实施例的液压缸包括缸体1、活塞2、活塞杆3和自锁组件4。其中,缸体1上设有A口和B口,活塞2位于缸体1的内部,将缸体1的内部分割为互不连通的第一控制腔11和第二控制腔12,第一控制腔11与A口连通,第二控制腔12与B口连通,并且活塞2可以在缸体1的内部进行轴向的往复运动和沿圆周方向的往复转动。活塞杆3的一端与活塞2连接,另一端穿过第一控制腔11伸出至缸体12的外部。自锁组件4则位于缸体1与活塞2之间,用于对活塞2进行轴向位置的固定,进而形成自锁定位。
活塞2在第一控制腔11和第二控制腔12之间介质压力的作用下可以相对于缸体1进行轴向往复运动。其中,当活塞2运动至第一控制腔11的终端位置时,活塞2相对于缸体1进行圆周方向转动,使第一控制腔11与A口之间的通流面积减小,降低第一控制腔11中介质回流至A口的速度,从而形成活塞2靠近第一控制腔11终端位置时的减速缓冲效果。当活塞2运动至第二控制腔12的终端位置时,活塞2相对于缸体1再次进行圆周方向转动,使第二控制腔12与B口之间的通流面积减小,降低第二控制腔12中介质回流至B口的速度,从而形成活塞2靠近第二控制腔12终端位置时的减速缓冲效果。
结合图1至图4所示,在本实施例的缸体1上设有第一油路13和第二油路14,在活塞2上设有第一U形槽21和第二U形槽22。其中,第一U形槽21和第二U形槽22均沿轴向布设在活塞2的外圆周表面,并且第一U形槽21与第一控制腔11保持连通,第二U形槽22与第二控制腔12保持连通。同时,第一U形槽21的通流面积小于A口的通流面积,第二U形槽22的通流面积小于B口的通流面积。
此时,在活塞2移动至第一控制腔11的终端过程中,第一控制腔11逐渐切换至通过第一U形槽21与A口保持连通,当活塞2移动至第一控制腔11的终端位置进行圆周方向转动的过程中,第一U形槽21随活塞2沿圆周方向的转动,逐渐减小与A口的通流面积,从而降低第一控制腔11中介质通过第一U形槽21流回至A口的速度,从而对活塞2运动至第一控制腔11的终端位置过程形成阻力,达到减速缓冲作用。在此过程中,第二U形槽22随活塞2逐渐转动至与B口处于同一轴向位置,第一油路13将A口与第一控制腔11连通。这样,在第一U形槽21与A口完全闭合后,借助第一油路13可以将A口处介质重新引流至第一控制腔11中,以驱动活塞2向第二控制腔12方向运动。
同理,在活塞2移动至第二控制腔12的终端过程中,第二控制腔12逐渐切换至通过第二U形槽22与B口保持连通,当活塞2移动至第二控制腔12的终端位置进行圆周方向转动的过程中,第二U形槽22随活塞2沿圆周方向的转动,逐渐减小与B口的通流面积,从而降低第二控制腔12中介质通过第二U形槽22流回至B口的速度,从而对活塞2运动至第二控制腔12的终端位置过程形成阻力,达到减速缓冲作用。在此过程中,第一U形槽21随活塞2逐渐转动至与A口处于同一轴向位置,第二油路14将B口与第二控制腔12连通。这样,在第二U形槽22与B口完全闭合后,借助第二油路14可以将B口处介质重新引流至第二控制腔12中,以驱动活塞2向第一控制腔11方向运动。
此时,在活塞向第一控制腔方向进行运动的过程中,通过将第一控制腔与A口的直接连通关系切换至通过第一U形槽的间接连通,以及第一U形槽随活塞沿圆周方向转动过程中逐渐与A口通流面积的减小,实现了对第一控制腔中介质通过A口排出阻力的分梯度改变,从而在形成对活塞减速阻力,达到缓冲效果的情况下,进一步提高了缓冲的效果。
进一步,在活塞2上还设有第一螺旋节流槽23和第二螺旋节流槽24。其中,第一螺旋节流槽23的一端与第一U形槽21连通,另一端沿活塞2的外圆周表面螺旋延伸向第二控制腔12的方向并且通流面积逐渐减小。第二螺旋节流槽24的一端与第二U形槽22连通,另一端沿活塞2的外圆周表面螺旋延伸向第一控制腔11的方向并且通流面积逐渐减小。
此时,在活塞2移动至第一控制腔11的终端位置进行圆周方向转动的过程中,A口会依次与第一U形槽21和第一螺旋节流槽23形成连通关系,即第一控制腔11中的介质会由经过第一U形槽21流向A口向经过第一U形槽21和第一螺旋节流槽23流向A口的转变。同理,在活塞2移动至第二控制腔12的终端位置进行圆周方向转动的过程中,B口也会依次与第二U形槽22和第二螺旋节流槽23形成连通关系,即第二控制腔12中的介质会由经过第二U形槽22流向B口向经过第二U形槽22和第二螺旋节流槽24流向B口的转变。
这样,通过设置螺旋节流槽,利用螺旋节流槽沿活塞外圆周表面布设所形成的面积梯度逐渐变化,可以在活塞有限的轴向运动距离中通过沿圆周方向的转动,达到减缓控制腔中介质排出通流面积的变化梯度,从而使得介质排出的速度更缓和平稳,进一步提高对活塞的减速平稳性,降低冲击,提高缓冲的效果。
在本实施例中,借助U形槽和螺旋节流槽的配合方式,通过逐渐减小控制腔中介质排出的通流面积,从而形成对活塞的减速缓冲效果,同样在其他实施例中,也可以根据活塞的运动情况下采用其他结构形式的槽结构形成对控制腔中介质排出的减缓效果,达到对活塞的减速缓冲目的。
结合图1和图2所示,第一油路13和第二油路14均布设在缸体1上,并且在第一油路13上设有第一单向阀15,在第二油路14上设有第二单向阀16。其中,第一单向阀15的进口与A口保持连通,第一单向阀15的出口与第一控制腔11保持连通,使第一油路13将A口处介质单向引流至第一控制腔11中。同理,第二单向阀16的进口与B口保持连通,第二单向阀16的出口与第二控制腔12保持连通,使第二油路14将B口处介质单向引流至第二控制腔12中。
这样,借助单向阀就可以形成对油路的通断控制,即在控制腔中的介质进行外排过程中,对应油路保持断开状态,使所有介质通过通流面积逐渐减小的U形槽和螺旋节流槽进行外排,保证对活塞的减速缓冲效果,反之,在活塞进行反向运动时,借助油路可以将介质重新引入对应控制腔中以驱动活塞的运动,保证活塞可以有效顺畅的进行往复运动。同样,在他实施例中,也可以将油路拆分为缸体段和活塞段,利用活塞相对于缸体转动至最终位置时形成连通关系,从而省去对单向阀的布设。
结合图1至图5所示,在本实施例的液压缸中,还设有第一控制杆51和第二控制杆52,并且在缸体1的两端分别设有第一螺旋轨道61和第二螺旋轨道62。其中,第一控制杆51的一端与活塞2的端面固定连接,另一端沿轴向伸至第一控制腔11中,第二控制杆52的一端与活塞2的端面固定连接,另一端沿轴向伸至第二控制腔12中。第一螺旋轨道61位于第一控制腔11的终端位置,第二螺旋轨道62位于第二控制腔12的终端位置。在本实施例中,将缸体设计为分体结构,其两端采用可拆卸的端盖结构,并且将螺旋轨道布设在端盖上,以便于对螺旋轨道进行加工制造,保证螺旋轨道的尺寸精度。
当活塞2移动至第一控制腔11的终端位置时,第一控制杆51与第一螺旋轨道61接触并且沿第一螺旋轨道61滑动过程中,形成对活塞2进行圆周方向转动的驱动。当活塞2移动至第二控制腔12的终端位置时,第二控制杆52与第二螺旋轨道62接触并且沿第二螺旋轨道62滑动过程中,形成活塞2进行圆周方向转动的驱动。
此时,借助控制杆和螺旋轨道就可以直接将介质驱动活塞沿轴向方向的运动转换为螺旋运动,即沿轴向运动过程中形成沿圆周方向的转动。同样,也可以采用其他方式形成对活塞沿圆周方向的转动,例如采用辅助电控的方式完成活塞沿圆周方向的转动,在活塞轴向转动的终端设置位移传感器,借助位移传感器对活塞移动位置的检测,控制电机驱动活塞进行沿圆周方向的往复转动,从而完成对控制腔中介质外排通流面积的调整。
在本实施例中,两个控制杆沿圆周方向对称布设,两个螺旋轨道也沿圆周方向对称布设,并且每一个螺旋轨道沿圆周方向的布设角度为90度,这样在第一控制杆沿第一螺旋轨道由最高点滑动至最低点的终端位置时,第二控制杆正好随活塞转动至与第二螺旋轨道中最高点沿轴向对应的位置,从而在活塞向第二控制腔方向运动过程中,第二控制杆就可以直接与第二螺旋轨道的最高点形成接触而对活塞产生转动驱动,提高对活塞进行转动驱动的效率,提高活塞转动的流畅连贯性。同样,在其他实施例中,根据整个液压缸的尺寸和使用工况,也可以布设多个控制杆和多个螺旋轨道,从而提高驱动活塞转动的驱动力,保证活塞进行圆周方向转动的流畅稳定性,进而保证对活塞的节流缓冲效果。
此外,在其他实施例中,也可以将两个控制杆布设在缸体上,即分别沿轴向固定在第一控制腔的终端位置和第二控制腔的终端位置,而将两个螺旋轨道布设在活塞的两个端面,这样也可以形成对活塞沿圆周方向转动的驱动效果。
结合图1所示,本实施例的液压缸中,还设有导向杆7和定位组件8,并且活塞杆3沿轴向贯穿活塞2后与活塞2形成沿圆周方向的转动连接,而导向杆7的一端与第二控制腔12的终端固定连接,另一端与活塞杆3形成沿轴向的活动连接,从而由定位杆7形成对活塞杆3沿圆周方向转动的定位。定位组件8则位于活塞2与活塞杆3之间,用于定位活塞2与活塞杆3之间沿圆周方向的位置,从而提高活塞2沿轴向运动的稳定性。
此时,利用定位杆就可以避免活塞杆随活塞沿圆周方向的转动,保证活塞杆与外界工件的有效可靠连接,同时借助定位组件可以稳定活塞与活塞杆之间沿圆周方向的位置关系,保证活塞沿轴向运动的稳定性。
在本实施例中,通过在定位杆上布设沿直径方向突出的定位销以及在活塞杆的内表面设置沿轴向的导向槽,利用定位销与导向槽之间沿轴向的相对往复滑动,形成定位杆对活塞杆沿圆周方向转动的限制。同样,在他实施例中,也可以直接将定位杆和活塞杆的内孔设计为对应的多边形截面形状,从而省去对定位销和导向槽的设置,同样实现定位杆对活塞杆进行轴向往复直线运动的导向作用。
结合图6所示,在本实施例中,定位组件8包括定位孔81、定位弹簧82、定位球83和定位凹槽84。其中,定位孔81开设在活塞2的内表面,并且定位弹簧82和定位球83位于定位孔81中,定位凹槽84位于活塞杆3的外表面并且与定位孔81位于对应的同一圆周上。这样,活塞2在往复转动过程中,定位球83直接与活塞杆3的外表面接触对定位弹簧82进行压缩,从而保持在定位孔81中,当活塞2转动到位后,定位凹槽84与定位孔81处于同一直径方向,定位球83的一端位于定位孔81中,另一端则伸出至定位凹槽84中,从而完成对活塞2与活塞杆3之间的位置固定,实现对活塞2的定位。
同样,在其他实施例中,也可以将定位孔设置在活塞杆上,而将定位凹槽设置在活塞上,甚至采用其他结构,例如定位销,实现对活塞的位置进行固定和定位。
结合图7所示,自锁组件4包括自锁杆41、自锁槽42、自锁弹性件43、解锁油路44和自锁孔45。其中,自锁孔45位于缸体1的内表面并且沿径向开设在靠近第二控制腔12的终端位置,自锁杆41位于自锁孔45中并且可以相对于缸体1进行径向往复运动伸出至自锁孔45的外部,同时在自锁杆41与自锁孔45之间形成一个密闭腔46。选用螺旋弹簧结构的自锁弹性件43位于自锁孔45中,并且一端与缸体1接触,另一端与自锁杆41接触,以驱动自锁杆41向活塞方向运动,即驱动自锁杆41伸出至自锁孔45的外部。解锁油路44的一端与第二控制腔12连通,另一端与密闭腔46连通,以引流B口处介质至密闭腔46中驱动自锁杆41克服自锁弹性件43进行运动。自锁槽42则位于活塞2的外表面。
此时,当活塞2移动至靠近第二控制腔12附件的自锁位置时,即移动至沿径向与自锁孔45相对应的位置时,自锁杆41在自锁弹性件43的驱动下伸出自锁孔45并延伸至自锁槽42中形成对活塞2沿轴向位置的机械锁定。反之,当活塞2要向第一控制腔11方向进行轴向运动时,第二控制腔12中的高压介质通过解锁油路44流至密闭腔46中,驱动自锁杆41克服自锁弹性件43的作用力而运动脱离与自锁槽42的插装连接,从而解除对活塞2的轴向机械锁定。
在本实施例中,针对活塞杆回收状态的机械锁定而将自锁组件布设在了靠近第二控制腔位置附近,同样,在其他实施例中,也可以将自锁组件布设在靠近第一控制腔的位置附近,形成对活塞杆伸出状态的机械锁定,此时将解锁油路与第一控制腔连通即可,甚至是直接将解锁油路与外控油路连接,借助外控油路控制对活塞进行解锁控制。此外,本实施例中,是借助控制腔中介质压力与解锁弹性件所产生的作用力控制自锁杆的运动,同样也可以直接借助直线驱动机构单独控制自锁杆的往复运动。
此外,结合图7所示,在本实施例中,将自锁杆41中与自锁槽42插装连接的一端设计为沿其轴向的斜面结构形式并且朝向第一控制腔11的方向。这样,在活塞向第二控制腔方向运动过程中,可以由活塞与自锁杆中斜面的接触,直接将自锁杆压回至自锁孔中,并且活塞移动至自锁槽与自锁孔对应时,自锁杆在自锁弹性件作用下自动伸出,从而形成对活塞的自动锁定操作。
结合图1至图12所示,本实施例的液压缸进行工作时,分别将A口和B口与外界管路进行连接,具体工作过程如下:
当活塞杆3开始进行回收动作时,A口处的介质通过第一油路13流至第一控制腔11中,第二控制腔12中的介质直接通过B口排出,活塞2在第一控制腔11和第二控制腔12之间介质的压力作用下向第二控制腔12的方向移动。当活塞2移动至与B口形成遮盖时,第二控制腔12中的介质开始通过第二U形槽22流至B口排出,减小第二控制腔12中介质的外排速度,增加活塞2的运动阻力,形成对活塞2的一级减速缓冲效果。当活塞2移动至第二控制腔12的终端位置并且在第二控制杆52和第二螺旋轨道62的作用下进行圆周方向转动时,第二控制腔12中的介质开始通过第二U形槽12和第二螺旋节流槽14流至B口排出,进一步减小第二控制腔12中介质的外排速度,形成对活塞2的二级减速缓冲效果,直至B口被完全封闭使活塞2停止运动。
当活塞2移动至第二控制腔12的终端位置并停止运动时,自锁槽42正好随活塞2移动至与自锁孔45相对应的位置,此时,自锁杆41在自锁弹性件43的驱动下伸出至自锁槽42中,形成对活塞2的机械锁定。
在上述过程中,随着活塞2沿轴向的运动,A口逐渐形成与第一控制腔11的直接连通关系,随着活塞2沿圆周方向的转动,第一U形槽21转动至与A口处于同一轴向方向,第一控制杆51转动至与第一螺旋轨道61最高点沿轴向对应的位置,保证对活塞2的反向运动过程形成有效缓冲。
当活塞杆3要进行伸出动作时,B口处的介质分别通过第二油路14流至第二控制腔12中以及通过解锁油路44流至密闭腔46中,而第一控制腔11中的介质则直接通过A口排出,密闭腔46中的高压介质驱动自锁杆41克服自锁弹性件43运动至自锁孔45中解除对活塞2的轴向锁定,这样,活塞2在第一控制腔11和第二控制腔12之间介质的压力作用下开始向第一控制腔11的方向移动。当活塞2移动至与A口形成遮盖时,第一控制腔11中的介质开始通过第一U形槽21流至A口排出,减小第一控制腔11中介质的外排速度,增加活塞2的运动阻力,形成对活塞2的一级减速缓冲效果。当活塞2移动至第一控制腔11的终端位置并且在第一控制杆51和第一螺旋轨道61的作用下进行圆周方向转动时,第一控制腔11中的介质开始通过第一U形槽11和第一螺旋节流槽13流至A口排出,进一步减小第一控制腔11中介质的外排速度,形成对活塞2的二级减速缓冲效果,直至A口被完全封闭使活塞2停止运动。
同样,在上述过程中,随着活塞2沿轴向的运动,B口逐渐形成与第二控制腔12的直接连通关系,随着活塞2沿圆周方向的转动,第二U形槽22转动至与B口处于同一轴向方向,第二控制杆52转动至与第二螺旋轨道62最高点沿轴向对应的位置,保证对活塞2的反向运动过程形成有效缓冲。
Claims (10)
1.一种具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,包括缸体、活塞、活塞杆和自锁组件;所述缸体上设有A口和B口;所述活塞位于所述缸体内,将所述缸体的内部分割为互不连通的第一控制腔和第二控制腔,所述第一控制腔与A口保持连通,所述第二控制腔与B口保持连通,所述活塞在所述缸体的内部进行轴向的往复运动和沿圆周方向的往复转动;所述活塞杆的一端与所述活塞连接,另一端穿过所述第一控制腔伸出至所述缸体的外部;所述自锁组件位于所述缸体与所述活塞之间,用于对所述活塞进行轴向位置的固定;
所述活塞在所述第一控制腔和所述第二控制腔之间介质压力作用下相对于所述缸体进行轴向往复运动,当所述活塞运动至所述第一控制腔的终端位置时,所述活塞相对于所述缸体进行圆周方向转动,使所述第一控制腔与A口之间的通流面积减小,降低所述第一控制腔中介质回流至A口的速度,当所述活塞运动至所述第二控制腔的终端位置时,所述活塞相对于所述缸体进行圆周方向转动,使所述第二控制腔与B口之间的通流面积减小,降低所述第二控制腔中介质回流至B口的速度。
2.根据权利要求1所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,该液压缸还设有第一U形槽、第一油路、第二U形槽和第二油路;其中,所述第一U形槽和所述第二U形槽均沿轴向布设在所述活塞的外圆周表面,所述第一U形槽与所述第一控制腔保持连通,所述第二U形槽与所述第二控制腔保持连通,并且所述第一U形槽的通流面积小于A口的通流面积,所述第二U形槽的通流面积小于B口的通流面积;
在所述活塞移动至所述第一控制腔的终端过程中,所述第一控制腔与A口直接连通的关系切换至通过所述第一U形槽与A口连通的关系,并且在所述活塞移动至所述第一控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,所述第一U形槽与A口之间的通流面积逐渐减小,所述第二U形槽则随所述活塞逐渐转动至与B口处于同一轴向位置,所述第一油路将A口与所述第一控制腔连通;
在所述活塞移动至所述第二控制腔的终端过程中,所述第二控制腔与B口直接连通的关系切换至通过所述第二U形槽与B口连通的关系,并且在所述活塞移动至所述第二控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,所述第二U形槽与B口之间的通流面积逐渐减小,所述第一U形槽则随所述活塞逐渐转动至与A口处于同一轴向位置,所述第二油路将B口与所述第二控制腔连通。
3.根据权利要求2所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,所述活塞上还设有第一螺旋节流槽和第二螺旋节流槽;所述第一螺旋节流槽的一端与所述第一U形槽连通,另一端沿所述活塞的外圆周表面螺旋延伸向所述第二控制腔的方向并且通流面积逐渐减小;所述第二螺旋节流槽的一端与所述第二U形槽连通,另一端沿所述活塞的外圆周表面螺旋延伸向所述第一控制腔的方向并且通流面积逐渐减小;
在所述活塞移动至所述第一控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,A口依次与所述第一U形槽和所述第一螺旋节流槽形成连通关系;在所述活塞移动至所述第二控制腔的终端位置进行圆周方向转动的过程中,B口依次与所述第二U形槽和所述第二螺旋节流槽形成连通关系。
4.根据权利要求3所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,所述第一油路和所述第二油路均布设在所述缸体上,并且在所述第一油路上设有第一单向阀,在所述第二油路上设有第二单向阀;所述第一单向阀的进口与A口保持连通,所述第一单向阀的出口与所述第一控制腔保持连通;所述第二单向阀的进口与B口保持连通,所述第二单向阀的出口与所述第二控制腔保持连通。
5.根据权利要求1所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,该液压缸设有第一控制杆和第二控制杆,所述缸体的两端分别设有第一螺旋轨道和第二螺旋轨道;所述第一控制杆的一端与所述活塞的端面固定连接,另一端沿轴向伸至所述第一控制腔中,所述第二控制杆的一端与所述活塞的端面固定连接,另一端沿轴向伸至所述第二控制腔中;所述第一螺旋轨道位于所述第一控制腔的终端位置,所述第二螺旋轨道位于所述第二控制腔的终端位置;
当所述活塞移动至所述第一控制腔的终端位置时,所述第一控制杆与所述第一螺旋轨道接触并且沿所述第一螺旋轨道滑动过程中驱动所述活塞进行圆周方向转动;当所述活塞移动至所述第二控制腔的终端位置时,所述第二控制杆与所述第二螺旋轨道接触并且沿所述第二螺旋轨道滑动过程中驱动所述活塞进行圆周方向转动。
6.根据权利要求1所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,该液压缸上还设有导向杆和定位组件,所述活塞杆贯穿所述活塞并且与所述活塞形成沿圆周方向的转动连接;所述导向杆的一端与所述第二控制腔的终端固定连接,另一端与所述活塞杆沿轴向活动连接;所述定位组件位于所述活塞与所述活塞杆之间,定位所述活塞与所述活塞杆之间沿圆周方向的位置。
7.根据权利要求6所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,所述定位组件包括定位孔、定位弹簧、定位球和定位槽;所述定位孔和所述定位槽分别位于所述活塞和所述活塞杆上,所述定位弹簧和所述定位球位于所述定位孔中;所述活塞在沿圆周方向转动过程中,所述定位球压缩所述定位弹簧保持在所述定位孔中,所述活塞转动到位后,所述定位球的一端位于所述定位孔中,另一端伸出至所述定位凹槽中。
8.根据权利要求1所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,所述自锁组件包括自锁杆和自锁槽;所述自锁杆沿轴向固定在所述缸体上,并且可以相对于所述缸体进行轴向往复运动,所述自锁槽位于所述活塞的外表面;当所述活塞移动至自锁位置时,所述自锁杆伸出至所述自锁槽中形成对所述活塞沿轴向位置的锁定,当所述活塞进行轴向往复运动时,所述自锁杆脱离与所述自锁槽的插装连接,解除对所述活塞的轴向锁定。
9.根据权利要求8所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,所述自锁组件还包括自锁弹性件和解锁油路,并且在所述自锁杆与所述缸体之间形成密闭腔;所述自锁弹性件的一端与所述缸体接触,另一端与所述自锁杆接触,以驱动所述自锁杆向所述活塞方向运动;所述解锁油路的一端与所述第二控制腔连通,另一端与所述密闭腔连通,以引流所述B口处介质至所述密闭腔中驱动所述自锁杆克服所述弹性件进行运动。
10.根据权利要求9所述的具有缓冲和自锁功能的液压缸,其特征在于,所述自锁杆中与所述自锁槽插装连接的一端采用沿其轴向的斜面结构形式。
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