CN112324743B - 一种轻量化活塞 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种轻量化活塞，包括芯杆、以及两个活塞瓣；所述芯杆包括杆体、以及固设于所述杆体上，并沿杆体周向凸起的凸环；两个所述活塞瓣套设于所述芯杆上，并且分别固连于所述凸环的两个侧面；所述活塞瓣包括主要由复合材料制成的瓣体。本公开的轻量化活塞，可用于液压缸、气缸、蓄能器等需要活塞机构的零部件，通过利用复合材料密度低等优势，突破现有金属活塞的轻量化水平，降低活塞等运动部件的重量，提高活塞的高速动态特性等。

Description

一种轻量化活塞
技术领域
本公开涉及活塞，尤其涉及一种轻量化活塞。
背景技术
液压元件轻量化不仅可减轻移动装备自重、降低原动机功率,还可提高装备续航能力、机动性能和承载能力,同时还可实现节能减排。在液压驱动的各类装备中，液压缸重量占据了相当高的比重，具有巨大的轻量化潜力。尤其针对于短行程、大直径的液压缸，其活塞重量占比较大，对其进行轻量化具有较好效果。随着现在液压缸向着高压、高动态的发展趋势，要求活塞更轻，同时要保证相应的强度和刚度。目前，液压缸活塞的轻量化主要集中在高强度金属的结构优化设计，轻量化程度有限。
公开内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种轻量化活塞，具体实现方式：
一种轻量化活塞，包括芯杆、以及两个活塞瓣；所述芯杆包括杆体、以及固设于所述杆体上，并沿杆体周向凸起的凸环；两个所述活塞瓣套设于所述芯杆上，并且分别固连于所述凸环的两个侧面；所述活塞瓣包括主要由纤维增强复合材料制成的瓣体。
进一步地，所述活塞瓣的外周面设有沿其周向延伸的第一环槽，所述第一环槽内嵌装有导向带。
进一步地，所述第一环槽的其中一侧槽面为所述凸环的侧面。
进一步地，所述凸环的外周面设有沿其周向延伸的第二环槽，所述第二环槽内嵌装有密封圈。
进一步地，所述活塞瓣还包括涂覆于所述瓣体表面的涂层。
进一步地，所述涂层为金属涂层或非金属材料固化涂层。
进一步地，所述非金属材料主要包括：树脂、固化剂、消泡剂、增韧剂和稀释剂。
进一步地，所述瓣体主要由复合材料通过层压工艺、模压工艺、或缠绕成型工艺制造成型，所述层压工艺包括：准各项同性铺层工艺和0-90°纤维组合角度铺层工艺；所述模压工艺包括无序短纤维模压成型工艺。
进一步地，所述活塞瓣借由胶膜与所述凸环固连。
进一步地，所述芯杆由金属材质制成，所述金属材质包括铝合金、钢、钛合金。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1，是本公开的轻量化活塞的结构示意图；
图2，是本公开的轻量化活塞的部分剖视结构示意图；
图3，是本公开的轻量化活塞的部分剖视结构示意图；
图中：
芯杆1；活塞瓣2；胶膜3；第一环槽4；第二环槽5；密封圈6；导向带7；杆体11；凸环12；瓣体21；涂层22。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
参照图1-图3，本实施例提供了一种轻量化活塞，包括芯杆1、以及两个活塞瓣2；芯杆1包括杆体11、以及固设于杆体1上，并沿杆体周向凸起的凸环12；凸环12与杆体11为同材质一体成型；两个活塞瓣2套设于芯杆1上，并且分别固连于凸环12的两个侧面；活塞瓣2包括主要由复合材料制成的瓣体21、以及涂覆于瓣体表面的涂层22。
本实施例的轻量化活塞，由于位于两侧的活塞瓣2和芯杆1固连为一个整体，在左侧的活塞瓣2侧加压时，油液推动左侧的活塞瓣2向右运动，进而推动芯杆1向右运动，达到整个液压缸输出力和运动的性能。当右侧的活塞瓣2侧加压时，同理，活塞瓣2带动芯杆1向左运动。
作为本施例的优选实施方式，芯杆1由金属材质制成，金属材质包括铝合金、钢、钛合金等。本实施例利用复合材料制成活塞瓣2的瓣体21，通过复合材料的瓣体21和金属材料的凸环12，构成层叠式结构，既能够满足活塞应用于液压缸运行的需求，而且利用复合材料实现液压缸的轻量化。
本实施例的活塞瓣2与凸环12，构成层叠式结构，根据密封和导向的要求，可将凸环12两侧的活塞瓣2设计为对称或非对称结构；并且，根据活塞密封和导向的要求，本实施例活塞瓣2的外周面设有沿其周向延伸的第一环槽4，第一环槽4内嵌装有导向带7。第一环槽4的其中一侧槽面为凸环12的侧面。凸环12的外周面设有沿其周向延伸的第二环槽5，第二环槽5内嵌装有密封圈6。通过安装导向带7和密封圈6实现液压缸稳定运行和低泄露的要求。
本实施例中，活塞瓣2的瓣体21主要由复合材料通过层压工艺、模压工艺、或缠绕成型工艺制造成型，层压工艺包括：准各项同性铺层工艺和0-90°纤维组合角度铺层工艺；模压工艺包括无序短纤维模压成型工艺。
作为本实施例的优选实施方式，活塞瓣2借由胶膜3与凸环12固连。经过加压固化后，活塞瓣2与芯杆1固连为一体，形成轻量化活塞。
作为本实施例的优选实施方式，通过在瓣体21的表面涂覆涂层22，以解决瓣体21采用复合材料制造，其成型质量和精度不满足液压刚运行要求等问题；优选的，涂层22为金属涂层或非金属材料固化涂层。非金属材料主要包括：树脂、固化剂、消泡剂、增韧剂和稀释剂。当涂层22固化成型后，可通过对涂层进行机加工和精密加工，以使得活塞瓣满足液压缸运行的性能要求。
本公开的轻量化活塞，除可用于液压缸之外，还可用于气缸、蓄能器等需要活塞机构的零部件，可应用于单出杆、双出杆或多出杆液压缸或气缸或蓄能器等。
本公开通过将复合材料应用于活塞中，利用复合材料密度低等优势，突破现有金属活塞的轻量化水平，降低活塞等运动部件的重量，提高活塞的高速动态特性；而且本公开的轻量化活塞，传力性能良好，在减轻重量的同时，不改原有密封结构，可以保证低泄露，并且复合材料加工制造工艺成熟，能够简化加工制造难度。
本公开中“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种轻量化活塞，其特征在于，包括芯杆、以及两个活塞瓣；所述芯杆包括杆体、以及固设于所述杆体上，并沿杆体周向凸起的凸环；所述凸环与所述杆体为一体成型；两个所述活塞瓣套设于所述芯杆上，并且分别固连于所述凸环的两个侧面；所述活塞瓣包括主要由纤维增强复合材料制成的瓣体。
2.如权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述活塞瓣的外周面设有沿其周向延伸的第一环槽，所述第一环槽内嵌装有导向带。
3.如权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述凸环的外周面设有沿其周向延伸的第二环槽，所述第二环槽内嵌装有密封圈。
4.如权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述活塞瓣还包括涂覆于所述瓣体表面的涂层。
5.如权利要求4所述的轻量化活塞，其特征在于，所述涂层为金属涂层或非金属材料固化涂层。
6.如权利要求5所述的轻量化活塞，其特征在于，所述非金属材料主要包括：树脂、固化剂、消泡剂、增韧剂和稀释剂。
7.如权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述瓣体主要由复合材料通过层压工艺、模压工艺、或缠绕成型工艺制造成型，所述层压工艺包括：准各项同性铺层工艺和0-90°纤维组合角度铺层工艺；所述模压工艺包括无序短纤维模压成型工艺。
8.如权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述活塞瓣借由胶膜与所述凸环固连。
9.如权利要求1-8任一项所述的轻量化活塞，其特征在于，所述芯杆由金属材质制成，所述金属材质包括铝合金、钢、钛合金。
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