CN112594252A - 一种具有大输出力的串联多级缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有大输出力的串联多级缸，包括：两级以上同轴串联的压力缸，前一级压力缸的有杆腔与后一级压力缸的无杆腔联通，且第一级有杆腔上设置一级有杆腔油口，第一级无杆腔上设置一级无杆腔油口，末级有杆腔设置末级有杆腔油口；当多级缸伸出需要设定值以上的推力，一级无杆腔油口进油，一级有杆腔油口回油，末级有杆腔油口关闭；当多级缸伸出需要设定值以下的推力，一级无杆腔油口和一级有杆腔油口进油，末级有杆腔油口回油；当多级缸缩回需要设定值以上的拉力，一级有杆腔油口进油，一级无杆腔油口回油，末级有杆腔油口关闭；当多级缸缩回需要设定值以下的拉力，末级有杆腔油口进油，一级无杆腔油口和一级有杆腔油口回油。

Description

一种具有大输出力的串联多级缸

技术领域

本发明涉及液压技术领域，具体涉及一种具有大输出力的串联多级缸。

背景技术

串联多级缸各级串联，即第n级有杆腔与第n+1级无杆腔连接，在多级缸伸缩时，多级缸各级同时伸缩，多级缸的速度是单级速度的级数倍，但是，多级缸所需压力也相当于同等活塞面积的级数倍，因此，为了得到同等的输出力，串联多级缸需要更大的缸径或者更高的压力；

串联多级缸各级之间串联，在伸出与缩回时，各级同时伸缩，伸缩速度为各级伸出缩回之和，根据能量守恒原理，易知，串联多级缸工作压力为同级别单级缸的级数倍，如果要降低工作压力，可以增加活塞面积，这又造成了多级缸体积增大，液压系统流量增大，在液压系统中，高工作压力或者大系统流量会增加系统设计与实施难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有大输出力的串联多级缸，在多级缸第一级缸筒对应的有杆腔增加油口，相当于在双作用缸活塞杆内串联一个同步伸缩缸，能够在串联多级缸第一级获得较大的推力而不需要增加系统工作压力或者活塞面积。

本发明的技术方案为：一种具有大输出力的串联多级缸，包括：两级以上同轴串联的压力缸，前一级压力缸的有杆腔与后一级压力缸的无杆腔联通，且第一级有杆腔上设置一级有杆腔油口，第一级无杆腔上设置一级无杆腔油口，末级有杆腔设置末级有杆腔油口；

当串联多级缸需要设定值以上的推力以伸出时，一级无杆腔油口进油，一级有杆腔油口回油，末级有杆腔油口关闭；当串联多级缸需要设定值以下的推力以伸出时，一级无杆腔油口和一级有杆腔油口进油，末级有杆腔油口回油；

当串联多级缸需要设定值以上的拉力以缩回时，一级有杆腔油口进油，一级无杆腔油口回油，末级有杆腔油口关闭；当串联多级缸需要设定值以下的拉力以缩回时，末级有杆腔油口进油，一级无杆腔油口和一级有杆腔油口回油。

优选地，所述串联多级缸采用三级同轴串联的液压缸。

优选地，所述三级同轴串联的液压缸包括：三级活塞杆、三级缸头、二级活塞杆、二级缸头、一级活塞杆、一级缸头、一级缸筒、三级活塞、二级活塞、一级活塞、缸底、三级油管、二级油管和一级油管；

所述二级活塞杆为两端开口的筒体结构，三级活塞杆同轴套装在二级活塞杆中；其中，三级活塞杆与二级活塞杆上端之间通过三级缸头连接；三级活塞杆与二级活塞杆中下端之间通过三级活塞连接；二级活塞杆的底部内壁面同轴固连有二级活塞；

所述一级活塞杆为两端开口的筒体结构，二级活塞杆同轴套装在一级活塞杆中；其中，二级活塞杆与一级活塞杆上端之间通过二级缸头连接；二级活塞杆下端设置外翻边，并与一级活塞杆中下端内壁面滑动配合；一级活塞杆的底部内壁面同轴固连有一级活塞；

所述一级缸筒两端开口，一级活塞杆同轴套装在一级缸筒中；其中，一级活塞杆与一级缸筒上端之间通过一级缸头连接；一级活塞杆下端设置外翻边，并与一级缸筒下端内壁面滑动配合；一级缸筒的底部与缸底固连；

所述三级油管、二级油管和一级油管依次同轴套装在三级活塞杆中；且三级油管下端同轴固连在二级活塞的内孔中，中部与三级活塞的内孔同轴滑动配合，二级油管下端同轴固连在一级活塞的内孔中，中部与二级活塞的内孔同轴滑动配合，一级油管下端同轴固连在缸底的内孔中，中部与一级活塞的内孔同轴滑动配合；

其中，一级活塞杆、一级活塞、一级缸筒和缸底之间所围成的空间为第一级无杆腔，所述第一级无杆腔为一级无杆腔，一级活塞杆、一级缸头和一级缸筒之间所围成的空间为第一级有杆腔，所述第一级有杆腔为一级有杆腔，二级活塞杆、一级活塞杆、二级活塞和一级活塞之间所围成的空间为二级无杆腔，三级活塞杆、二级活塞杆、三级活塞和二级活塞之间所围成的空间为三级无杆腔，二级活塞杆、二级缸头和一级活塞杆之间所围成的空间为二级有杆腔，三级活塞杆、三级缸头、二级活塞杆和三级活塞之间所围成的空间为三级有杆腔；

所述末级有杆腔油口和一级无杆腔油口设置在一级缸筒中，所述末级有杆腔油口为三级有杆腔油口，其中，三级有杆腔油口用于联通一级油管和外部油缸，一级无杆腔油口用于联通一级无杆腔和外部油缸；

所述一级有杆腔油口设置在一级缸筒的上端壁面上，用于联通一级有杆腔和外部油缸；一级活塞杆的下端壁面上设有联通油口Ⅰ，用于联通一级有杆腔与二级无杆腔；二级活塞杆的下端壁面上设有联通油口Ⅱ，用于联通二级有杆腔与三级无杆腔；三级活塞杆的下端壁面上设有联通油口Ⅲ，用于联通三级活塞杆内部设置的各个油管与三级有杆腔。

优选地，所述三级缸头与三级活塞杆的外圆周面滑动配合，与二级活塞杆的内壁面固连。

优选地，所述三级活塞与三级活塞杆固连，与二级活塞杆内壁面滑动配合。

优选地，所述二级缸头与二级活塞杆的外圆周面滑动配合，与一级活塞杆的内壁面固连。

优选地，所述一级缸头与一级活塞杆的外圆周面滑动配合，与一级缸筒的内壁面固连。

优选地，所述固连采用螺纹连接，且螺纹连接处设置静密封。

优选地，所述滑动配合处采用动密封。

有益效果：

1、本发明的串联多级缸解决了现有技术中串联多级缸的工作压力过大而需要增加系统工作压力或者活塞面积的问题，能够在串联多级缸第一级获得较大的推力而不需要增加系统工作压力或者活塞面积；尤其适用于重型设备起竖的工况，起竖过程中多级缸的推力是在开始时所需推力最大，然后随着起竖角度增大，所需推力逐渐减小，当设备重心与起竖旋转轴在竖直方向共线时，多级缸起竖推力为零，随着起竖角度继续增大，设备开始拉多级缸伸出；重型设备回平过程也是开始时拉力最大，然后设备重心与起竖旋转轴在竖直方向共线时，拉力为零，随着设备角度减小，设备开始推多级缸缩回；从重型设备起竖与回平工况来看，本发明的串联多级缸可以在开始伸出或开始缩回的阶段提供设定大的推力或拉力，且可提供最大推拉力行程的压力缸为多级缸的一级压力缸，而且在提供大推力后，还可以发挥串联多级缸速度快、无冲击的优势，关键是不必为了满足起竖回平开始阶段较大的推拉力而增大多级缸缸径。

2、本发明中三级同轴串联的液压缸的具体设置，既能够准确保证在串联多级缸第一级获得较大的推力而不需要增加系统工作压力或者活塞面积，可比相同缸径的串联多级缸输出更大的力，有助于减小多级缸体积；又能够有效发挥串联多级缸速度快、无冲击的优势；且串联多级缸同时伸缩，运行平稳，无冲击，。

附图说明

图1为本发明串联多级缸的结构示意图。

图2为本发明串联多级缸的工作原理图。

其中，1-三级活塞杆，2-三级缸头，3-二级活塞杆，4-二级缸头，5-一级活塞杆，6-一级缸头，7-一级缸筒，8-三级活塞，9-二级活塞，10-一级活塞，11-缸底，12-三级油管，13-二级油管，14-一级油管，15-三级有杆腔油口，16-一级无杆腔油口，17-一级有杆腔油口，18-联通油口Ⅰ，19-联通油口Ⅱ，20-联通油口Ⅲ，21-一级无杆腔，22-一级有杆腔，23-二级无杆腔，24-三级无杆腔，25-二级有杆腔，26-三级有杆腔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种具有大输出力的串联多级缸，在多级缸第一级缸筒对应的有杆腔增加油口，相当于在双作用缸活塞杆内串联一个同步伸缩缸，能够在串联多级缸第一级获得较大的推力而不需要增加系统工作压力或者活塞面积。

如图1所示，该串联多级缸包括：三级活塞杆1、三级缸头2、二级活塞杆3、二级缸头4、一级活塞杆5、一级缸头6、一级缸筒7、三级活塞8、二级活塞9、一级活塞10、缸底11、三级油管12、二级油管13和一级油管14。

该串联多级缸的连接关系为：二级活塞杆3为两端开口的筒体结构，三级活塞杆1同轴套装在二级活塞杆3中；其中，三级活塞杆1与二级活塞杆3上端之间通过三级缸头2连接，且三级缸头2与三级活塞杆1的外圆周面滑动配合，与二级活塞杆3的内壁面固连；三级活塞杆1与二级活塞杆3中下端之间通过三级活塞8连接，且三级活塞8与三级活塞杆1固连，与二级活塞杆3内壁面滑动配合；二级活塞杆3的底部内壁面同轴固连有二级活塞9；

一级活塞杆5为两端开口的筒体结构，二级活塞杆3及其内部所安装的结构同轴套装在一级活塞杆5中；其中，二级活塞杆3与一级活塞杆5上端之间通过二级缸头4连接，且二级缸头4与二级活塞杆3的外圆周面滑动配合，与一级活塞杆5的内壁面固连；二级活塞杆3下端设置外翻边，并与一级活塞杆5中下端内壁面滑动配合；一级活塞杆5的底部内壁面同轴固连有一级活塞10；

一级缸筒7两端开口，一级活塞杆5及其内部所安装的结构同轴套装在一级缸筒7中；其中，一级活塞杆5与一级缸筒7上端之间通过一级缸头6连接，且一级缸头6与一级活塞杆5的外圆周面滑动配合，与一级缸筒7的内壁面固连；一级活塞杆5下端设置外翻边，并与一级缸筒7下端内壁面滑动配合；一级缸筒7的底部与缸底11固连；

三级油管12、二级油管13和一级油管14依次同轴套装在三级活塞杆1中；且三级油管12下端同轴固连在二级活塞9中心开设的内孔中，中部与三级活塞8的内孔同轴滑动配合，二级油管13下端同轴固连在一级活塞10中心开设的内孔中，中部与二级活塞9的内孔同轴滑动配合，一级油管14下端同轴固连在缸底11的内孔中，中部与一级活塞10的内孔同轴滑动配合；

其中，一级活塞杆5、一级活塞10、一级缸筒7和缸底11之间所围成的空间为一级无杆腔21，一级活塞杆5、一级缸头6和一级缸筒7之间所围成的空间为一级有杆腔22，二级活塞杆3、一级活塞杆5、二级活塞9和一级活塞10之间所围成的空间为二级无杆腔23，三级活塞杆1、二级活塞杆3、三级活塞8和二级活塞9之间所围成的空间为三级无杆腔24，二级活塞杆3、二级缸头4和一级活塞杆5之间所围成的空间为二级有杆腔25，三级活塞杆1、三级缸头2、二级活塞杆3和三级活塞8之间所围成的空间为三级有杆腔26；

一级缸筒7中设有三级有杆腔油口15和一级无杆腔油口16，其中，三级有杆腔油口15用于联通一级油管14和外部油缸，一级无杆腔油口16用于联通一级无杆腔21和外部油缸；

一级缸筒7的上端壁面上设有一级有杆腔油口17，用于联通一级有杆腔22和外部油缸；一级活塞杆5的下端壁面上设有联通油口Ⅰ18，用于联通一级有杆腔22与二级无杆腔23；二级活塞杆3的下端壁面上设有联通油口Ⅱ19，用于联通二级有杆腔25与三级无杆腔24；三级活塞杆1的下端壁面上设有联通油口Ⅲ20，用于联通三级活塞杆1内部设置的各个油管与三级有杆腔26。

该串联多级缸的工作原理为：当二级有杆腔25和三级有杆腔26中预存有油液时，多级缸能够伸出；

当串联多级缸伸出不需较大推力时(即所需推力小于设定值)，串联多级缸各级可同时伸出，此时，一级无杆腔油口16和一级有杆腔油口17进油，三级有杆腔油口15回油，从一级无杆腔油口16进入一级无杆腔21的油液，推动一级活塞10和一级活塞杆5一起沿一级缸筒7向上运动，以实现一级液压缸伸出；从一级有杆腔油口17进入一级有杆腔22的油液，经过联通油口Ⅰ18进入二级无杆腔23，从而推动二级活塞9和二级活塞杆3向上运动以实现二级液压缸伸出，一级有杆腔油口17的进油量取决于一级有杆腔22和二级无杆腔23之间的面积比值(该面积比值可以根据实际需要进行设计调整)；二级有杆腔25中的油液经过联通油口Ⅱ19进入三级无杆腔24，推动三级活塞8和三级活塞杆1向上运动，以实现三级液压缸伸出；三级有杆腔26中的油液经过联通油口Ⅲ20进入三级活塞杆1内部设置的各个油管后经三级有杆腔油口15回油；

当串联多级缸伸出需要较大推力时，串联多级缸各级同时伸出，此时，从一级无杆腔油口16进油，一级有杆腔油口17回油，关闭三级有杆腔油口15，一级液压缸单独伸出，可以提供较大推力，而不必增加系统压力；

当一级无杆腔21、二级无杆腔23和三级无杆腔24中预设有油液，多级缸能够缩回；

当串联多级缸缩回不需较大拉力时(所需拉力小于设定值)，三级有杆腔油口15进油，一级无杆腔油口16和一级有杆腔油口17回油，油液从三级有杆腔油口15经过联通油口Ⅲ20进入三级有杆腔26，三级有杆腔26中的油液通过三级活塞8对三级无杆腔24施加挤压作用力，将三级无杆腔24中的油液经过联通油口Ⅱ19挤入二级有杆腔25，以实现三级液压缸的缩回；二级有杆腔25中的油液对二级无杆腔23施加挤压作用力，以实现二级液压缸的缩回，将二级无杆腔23中的油液经过联通油口Ⅰ18挤入一级有杆腔22，然后经过一级有杆腔油口17回油箱，二级无杆腔23中的部分油液的重力、挤入一级有杆腔22中的油液的重力以及结构自身重力对一级活塞杆5和一级活塞10施加下压作用力，使一级液压缸缩回，一级无杆腔21中的油液经过一级无杆腔油口16回油箱，此时，串联多级缸各级同时缩回，一级有杆腔油口17的回油量取决于一级有杆腔22和二级无杆腔23的面积比值(该面积比值可以根据实际需要进行设计调整)；

当串联多级缸缩回需要较大拉力时，可以从一级有杆腔油口17进油，一级无杆腔油口16回油，关闭三级有杆腔油口15，此时多级缸第一级单独缩回，可以提供较大拉力，而不必增加系统压力。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有大输出力的串联多级缸，其特征在于，包括：两级以上同轴串联的压力缸，前一级压力缸的有杆腔与后一级压力缸的无杆腔联通，且第一级有杆腔上设置一级有杆腔油口(17)，第一级无杆腔上设置一级无杆腔油口(16)，末级有杆腔设置末级有杆腔油口；

当串联多级缸需要设定值以上的推力以伸出时，一级无杆腔油口(16)进油，一级有杆腔油口(17)回油，末级有杆腔油口关闭；当串联多级缸需要设定值以下的推力以伸出时，一级无杆腔油口(16)和一级有杆腔油口(17)进油，末级有杆腔油口回油；

当串联多级缸需要设定值以上的拉力以缩回时，一级有杆腔油口(17)进油，一级无杆腔油口(16)回油，末级有杆腔油口关闭；当串联多级缸需要设定值以下的拉力以缩回时，末级有杆腔油口进油，一级无杆腔油口(16)和一级有杆腔油口(17)回油。

2.如权利要求1所述的具有大输出力的串联多级缸，其特征在于，所述串联多级缸采用三级同轴串联的液压缸。

3.如权利要求2所述的具有大输出力的串联多级缸，其特征在于，所述三级同轴串联的液压缸包括：三级活塞杆(1)、三级缸头(2)、二级活塞杆(3)、二级缸头(4)、一级活塞杆(5)、一级缸头(6)、一级缸筒(7)、三级活塞(8)、二级活塞(9)、一级活塞(10)、缸底(11)、三级油管(12)、二级油管(13)和一级油管(14)；

所述二级活塞杆(3)为两端开口的筒体结构，三级活塞杆(1)同轴套装在二级活塞杆(3)中；其中，三级活塞杆(1)与二级活塞杆(3)上端之间通过三级缸头(2)连接；三级活塞杆(1)与二级活塞杆(3)中下端之间通过三级活塞(8)连接；二级活塞杆(3)的底部内壁面同轴固连有二级活塞(9)；

所述一级活塞杆(5)为两端开口的筒体结构，二级活塞杆(3)同轴套装在一级活塞杆(5)中；其中，二级活塞杆(3)与一级活塞杆(5)上端之间通过二级缸头(4)连接；二级活塞杆(3)下端设置外翻边，并与一级活塞杆(5)中下端内壁面滑动配合；一级活塞杆(5)的底部内壁面同轴固连有一级活塞(10)；

所述一级缸筒(7)两端开口，一级活塞杆(5)同轴套装在一级缸筒(7)中；其中，一级活塞杆(5)与一级缸筒(7)上端之间通过一级缸头(6)连接；一级活塞杆(5)下端设置外翻边，并与一级缸筒(7)下端内壁面滑动配合；一级缸筒(7)的底部与缸底(11)固连；

所述三级油管(12)、二级油管(13)和一级油管(14)依次同轴套装在三级活塞杆(1)中；且三级油管(12)下端同轴固连在二级活塞(9)的内孔中，中部与三级活塞(8)的内孔同轴滑动配合，二级油管(13)下端同轴固连在一级活塞(10)的内孔中，中部与二级活塞(9)的内孔同轴滑动配合，一级油管(14)下端同轴固连在缸底(11)的内孔中，中部与一级活塞(10)的内孔同轴滑动配合；

其中，一级活塞杆(5)、一级活塞(10)、一级缸筒(7)和缸底(11)之间所围成的空间为第一级无杆腔，所述第一级无杆腔为一级无杆腔(21)，一级活塞杆(5)、一级缸头(6)和一级缸筒(7)之间所围成的空间为第一级有杆腔，所述第一级有杆腔为一级有杆腔(22)，二级活塞杆(3)、一级活塞杆(5)、二级活塞(9)和一级活塞(10)之间所围成的空间为二级无杆腔(23)，三级活塞杆(1)、二级活塞杆(3)、三级活塞(8)和二级活塞(9)之间所围成的空间为三级无杆腔(24)，二级活塞杆(3)、二级缸头(4)和一级活塞杆(5)之间所围成的空间为二级有杆腔(25)，三级活塞杆(1)、三级缸头(2)、二级活塞杆(3)和三级活塞(8)之间所围成的空间为三级有杆腔(26)；

所述末级有杆腔油口和一级无杆腔油口(16)设置在一级缸筒(7)中，所述末级有杆腔油口为三级有杆腔油口(15)，其中，三级有杆腔油口(15)用于联通一级油管(14)和外部油缸，一级无杆腔油口(16)用于联通一级无杆腔(21)和外部油缸；

所述一级有杆腔油口(17)设置在一级缸筒(7)的上端壁面上，用于联通一级有杆腔(22)和外部油缸；一级活塞杆(5)的下端壁面上设有联通油口Ⅰ(18)，用于联通一级有杆腔(22)与二级无杆腔(23)；二级活塞杆(3)的下端壁面上设有联通油口Ⅱ(19)，用于联通二级有杆腔(25)与三级无杆腔(24)；三级活塞杆(1)的下端壁面上设有联通油口Ⅲ(20)，用于联通三级活塞杆(1)内部设置的各个油管与三级有杆腔(26)。

4.如权利要求3所述的带辅助缸的同步伸缩多级缸，其特征在于，所述三级缸头(2)与三级活塞杆(1)的外圆周面滑动配合，与二级活塞杆(3)的内壁面固连。

5.如权利要求3所述的带辅助缸的同步伸缩多级缸，其特征在于，所述三级活塞(8)与三级活塞杆(1)固连，与二级活塞杆(3)内壁面滑动配合。

6.如权利要求3所述的带辅助缸的同步伸缩多级缸，其特征在于，所述二级缸头(4)与二级活塞杆(3)的外圆周面滑动配合，与一级活塞杆(5)的内壁面固连。

7.如权利要求3所述的带辅助缸的同步伸缩多级缸，其特征在于，所述一级缸头(6)与一级活塞杆(5)的外圆周面滑动配合，与一级缸筒(7)的内壁面固连。

8.如权利要求4-7中任意一项所述的带辅助缸的同步伸缩多级缸，其特征在于，所述固连采用螺纹连接，且螺纹连接处设置静密封。

9.如权利要求4-7中任意一项所述的带辅助缸的同步伸缩多级缸，其特征在于，所述滑动配合处采用动密封。

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