CN113062898A - 一种多位置机械锁紧液压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多位置机械锁紧液压缸，包括液压缸缸筒以及固定在液压缸缸筒两端的前端盖和后端盖，液压缸缸筒的内腔通过活塞分为互不连通的左腔和右腔，所述的活塞通过活塞杆伸出前端盖，该液压缸还包括在液压缸缸筒侧壁的横向圆柱型锁紧槽内且随活塞杆同步运动并进行多位置机械锁紧的锁紧杆，与现有技术相比，本发明能够完成对液压缸两端运动极限位置及中位实现可靠锁紧，保证液压缸正常工况和极限工况下的安全性和可靠性，适用于环境复杂、精准度要求高、可靠性要求高的场合。

Description

一种多位置机械锁紧液压缸
技术领域
本发明涉及液压缸结构设计领域，尤其是涉及一种多位置机械锁紧液压缸。
背景技术
液压缸凭借其功率密度大、驱动复杂大、结构紧凑和空间占用率小的特点，多用于工程机械、船舶海运、钻井勘探以及航空航天领域等。尤其是在对机动性要求高、功能需要多、工况复杂、稳定性和可靠性要求高的场合，往往需要多液压缸系统协同完成特定功能，同时对组成多液压缸系统的单液压缸性能提出了更高的要求。特别是当液压缸驱动执行器出现故障、或者需要保持在某个特定位置、再或者是为增加其运动重复精度，需要对液压缸进行锁紧固定。
针对此锁紧功能需求，中国专利CN210034019U(高双全，赖建政等设计了一种带机械锁紧装置的航空油缸结构，2019)介绍了一种液压缸丝杆丝母、棘轮棘爪机构，在液压缸活塞非负载端开有外螺纹充当丝杆，当活塞沿轴向往复运动时，带动固定在端盖处的自锁丝母旋转，丝母上设计有棘轮，棘轮带动棘爪运动，保证只能其往一个方向运动，防止活塞杆反向运动，但其仍能朝原方向运动，只能实现单向锁紧。
中国专利CN209943248U(何建华，何亚，吴鹏等设计了一种机械锁紧液压油缸,2019)设计了一种同步升降杆、卡快齿轮机构，安装在同步升降杆的卡块当运动至卡齿槽口处时，活塞杆运动受到阻碍实现锁紧。通过油液控制的拉杆调节装置可带动卡快偏离卡齿，完成解锁，但机构部件众多，磨损较为严重。
美国专利US006782799B2(Pierre Vincent-Double Acting Hydraulic CylinderWith Axial Locking Device,2001)发明了一种国外应用较广的双半环径向扩展-收缩锁紧原理，该液压缸有引导活塞和阶梯活塞两个活塞，阶梯活塞与活塞杆可轴向相对运功，引导活塞与活塞杆固接，双半环安装在阶梯活塞的锥形侧面上，当运动至缸筒对应的锥形槽口位置处，压缩的双半环结构径向扩展沿锥面滑动至凹台肩，凹台肩锁紧活塞运动。当油液反向驱动时，压缩双半环结构回归至阶梯活塞锥形侧面，完成解锁，但其该锁紧液压缸的锁紧部件无驱动，每次运动至锁紧位置处均会实现锁紧，会给液压缸正常往复运动带来干扰，且其解锁难度较大，容易出现卡滞。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多位置机械锁紧液压缸。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多位置机械锁紧液压缸，包括液压缸缸筒以及固定在液压缸缸筒两端的前端盖和后端盖，液压缸缸筒的内腔通过活塞分为互不连通的左腔和右腔，所述的活塞通过活塞杆伸出前端盖，该液压缸还包括在液压缸缸筒侧壁的横向圆柱型锁紧槽内且随活塞杆同步运动并进行多位置机械锁紧的锁紧杆。
所述的活塞杆的前端穿过前端盖后通过同步连接块与活塞杆外端同步固定，并分别通过锁紧杆螺母和活塞螺母进行紧固。
所述的活塞杆的杆体上分别在活塞两端运动极限位置以及中部位置处设有锁紧槽结构，并且每个锁紧槽结构对应配合一个锁紧销结构实现锁紧，每个锁紧销结构设置在液压缸缸筒的内壁对应位置的水平向插槽内。
每个锁紧槽结构包括设置在三个对应位置处全周向开设的锥形杆槽，该锥形杆槽由中间的阶梯轴面以及两侧的锥形槽面构成。
每个锁紧销结构包括锁紧销以及套设在锁紧销销体上的回复弹簧，所述的锁紧销尾部开孔且与锁紧油液腔连通，锁紧销的头部形状与锥形杆槽匹配，由锁紧销端面以及锁紧销锥形侧面构成，所述的锁紧油液腔通过安装在液压缸缸筒侧壁上的锁紧油液腔管接头与外部控制油源连接。
所述的回复弹簧设置在插槽内壁与锁紧销销体外表面之间形成的回复弹簧非油液腔内，且回复弹簧非油液腔不与锁紧油液腔连通。
所述的锁紧杆与圆柱型锁紧槽采用间歇配合。
所述的活塞杆穿过设置在左腔的导向套实现导向，并且该导向套的外表面通过卡簧挡圈限制轴向运动。
所述的前端盖和后端盖通过空间对称的四条拉杆与液压缸缸筒进行连接，并且分别通过拉杆螺母进行固定，所述的后端盖内分别开设与左腔和右腔连通的油道和进油口。
当通过锁紧油液腔管接头向锁紧油液腔内注入高压油液时，油液压力作用推动锁紧销伸出，同时压缩回复弹簧，使得锁紧销头部插入到锁紧杆对应的锥形槽口内，完成锁紧，当锁紧油液腔向外卸荷时，回复弹簧复位推动锁紧销收缩，完成解锁；
在锁紧销伸出锁紧过程中，当锁紧销的头部与锁紧杆的锥形槽口在轴向位置存在偏差时，通过锥形槽面与锁紧销锥形侧面的配合引导作用，使锁紧销在结构约束下缓慢滑入锥形槽口，直至锁紧销端面与阶梯轴面接触完成可靠锁紧。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明能够实现活塞多位置的锁紧特性，可根据实际应用场合需求选取锁紧位置，增加可选性，扩大其使用范围。
二、本发明的锁紧销与锁紧杆槽口采用锥形结构，增加可锁紧轴向位移允许偏差，增加锁紧动作执行周期，降低由锁紧动作带来的振动冲击和磨损。
三、本发明采用外部可控油液驱动锁紧部件、主动完成锁紧或解锁，增加其可控性和可选择性。
附图说明
图1为本发明的正面结构剖视图。
图2为锁紧部件的侧向水平局部剖视图，剖切位置为图1中的A-A处。
图3为锁紧部件锁紧运动示意图。
图4为锁紧部件解锁运动示意图。
图5为锁紧销与锁紧杆轴向位移出现偏差时锁紧示意图。
图中标记说明：
1、液压缸缸筒，2、前端盖，3、后端盖，4、右腔油液进出口管接头，5、左腔油液进出口管接头，6、第一拉杆，7、第二拉杆，8、活塞，9、活塞密封圈，10、导向套，11、卡簧挡圈，12、第二拉杆螺母，13、防尘圈，14、导向套密封圈，15、活塞杆，16、活塞螺母，17、锁紧杆螺母，18、同步连接块，19、锁紧杆，20、第一拉杆螺母，21、左端极限位置锁紧杆槽，22、中间锁紧杆槽，23、缸筒锁紧杆槽孔，24、右端极限位置锁紧杆槽，25、锁紧油液腔管接头，26、锁紧销，27、锁紧销密封圈，28、回复弹簧，31、液压缸右腔进油口，32、液压缸左腔进油口，33、液压缸右腔油道，34、液压缸左腔油道，35、液压缸左腔，36、液压缸右腔，37、锁紧油液腔，38、回复弹簧非油液腔，22A、阶梯轴面，22B、锥形槽面，26A、锁紧销锥形侧面，26B、锁紧销端面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
为了实现具有锁紧功能以及可靠实现特定位置固定，以保持某种姿态、避免紧急故障影响进一步扩大和提高重复运动精度，本发明提供了一种多位置机械锁紧液压缸，可在液压缸两端极限位置处及中部位置三处实现锁紧；利用同步连接板将活塞杆运动同步到锁紧杆上，减少液压缸轴向尺寸，结构更加紧凑；锁紧接触部分采用锥形面和阶梯轴，增大锁紧轴向位移误差允许范围，减少锁紧带来的振动和冲击；采用外部可控油液主动锁紧或解锁，具有兼顾空间占用、结构干扰、振动冲击、锁紧可控性、可选择性、锁紧可靠性等优点。
如图1与图2所示，本发明的一种多位置机械锁紧液压缸包括液压缸缸筒1、前端盖2、后端盖3、右腔油液进出口管接头4、左腔油液进出口管接头5、第一拉杆6、第二拉杆7、活塞8、活塞密封圈9、导向套10、卡簧挡圈11、拉杆螺母12和20、防尘圈13、导向套密封圈14、活塞杆15、活塞螺母16、锁紧杆螺母17、同步连接块18、锁紧杆19、左端极限位置锁紧杆槽21、中间锁紧杆槽22、缸筒锁紧杆槽孔23、右端极限位置锁紧杆槽24、锁紧油液腔管接头25、锁紧销26、锁紧销密封圈27以及回复弹簧28。
前端盖2、后端盖3与液压缸缸筒1的固接通过拉杆与拉杆螺母完成，本例中一共有四条拉杆，呈空间均匀对称分布。
同步连接块18连接活塞杆15和锁紧杆19，实现二者运动同步，锁紧杆19插入液压缸缸筒1侧壁内开设的圆柱型锁紧槽内，二者为间隙配合，锁紧销26在油液压力作用下插入锁紧杆19上的锥形槽口内完成锁紧，卸荷后在回复弹簧28的作用下实现解锁。
锁紧杆19通过同步连接块18、锁紧螺母与活塞杆15固接，保持空间运动的同步性，同步连接块18实现将活塞杆15的运动位移信息传递至锁紧杆19上。
在液压缸活塞8运动到两端极限位置及中部位置对应处开设有锥形槽口和阶梯轴，且该锥形槽口呈左右对称结构，锁紧销26的头部外侧面也呈锥形结构，便于锁紧销26从单侧滑入缓慢实现锁紧，当锁紧销26与锁紧杆19的锥形槽口在轴向位置存在一定偏差时，可通过锥形结构的引导作用，使锁紧销在结构的约束下缓慢滑入锁紧杆槽口，增加锁紧的可靠性，并且二者轴向位移允许偏差增大，扩大锁紧动作持续周期，减少锁紧动作带来的振动冲击和磨损。
为避免由于锁紧销26自身重力或失重加速惯性作用，锁紧销26向前伸出导致误锁，因此将锁紧销26设置在缸体侧向水平面内而非竖直面内，同时为保证锁紧动作的可靠性和解锁的快速性，将锁紧销26设计成尾部中空状，回复弹簧28设置在锁紧销26的回复弹簧非油液腔38内，在控制油液压力作用下锁紧销26伸出，回复弹簧28被压缩，实现双向锁紧，卸荷后，回复弹簧28复位顶开锁紧销26，实现解锁。
导向套10起到引导活塞杆15沿轴向运动的作用，其轴向固定采用卡簧挡圈11结构，卡簧挡圈11呈开口环状，挤压后安装在导向套10外周向环形槽与液压缸缸筒1内壁的环形槽内，限制导向套的轴向运动，本例中其材质采用65Mn钢。
为避免与液压缸缸筒1的锁紧槽产生干扰，将油液进油口和出油口都设置在后端盖3上，借助内部油道分别流通至活塞8隔离的液压缸左、右腔，实现推动液压缸正常往复运动。
活塞8、锁紧销26、导向套10等部件都设计有相应的密封件，为保证密封件的耐磨性和耐高温性，均采用金属空心O型环密封，并在前端盖2处设计有防尘圈，采用耐高温的特康组合防尘圈。
如图2所示，锁紧销26与锁紧杆19的接触面处设有锁紧销锥形侧面26A、锁紧销端端面26B、锁紧杆锥形槽面22B以及锁紧杆阶梯轴面22A。
本发明中涉及的油液腔室和流道包括液压缸左腔35、液压缸右腔36、液压缸左腔油道34、液压缸右腔油道33、液压缸左腔进油口32、液压缸右腔进油口31、锁紧油液腔37、回复弹簧非油液腔38。
以下以液压缸活塞运动至中部位置锁紧和解锁为例进行阐述，如图3-5所示。
锁紧过程：
当后端盖3上的右腔油液进出口管接头4和左腔油液进出口管接头5分别外接回油箱和高压油源时，油液沿着液压缸右腔进油口31、液压缸左腔进油口32、液压缸右腔油道33、液压缸左腔油道34以及液压缸左腔35和液压缸右腔36分别进行进油和回油，活塞8及活塞杆15在高压油的驱动作用下沿导向套10的引导向后端盖3端方向运动，由于同步连接块18通过活塞螺母16和锁紧杆螺母17分别与活塞杆15和锁紧杆19固定连接，活塞杆19插入缸筒锁紧槽孔23中，锁紧杆19在同步连接块18固接协同下与活塞杆19运动保持同步，当活塞杆15运动中间锁紧杆槽22位置附近时，锁紧外部控制油液通过锁紧油液腔管接头25向锁紧油液腔37注入高压油，锁紧销26在高压油液作用下向外伸出，挤压回复弹簧28，锁紧销26克服弹簧力继续向外伸出，锁紧销锥形侧面26A接触锁紧杆锥形槽面22B，锁紧销26在锁紧杆锥形槽面22B引导下不断沿轴向伸出，直至临界情况为锁紧销端面26B接触到锁紧杆阶梯轴面22A，锁紧杆的中间锁紧杆槽22卡紧锁紧销26，完全限制其轴向运动，保持油液压力，实现双向锁紧。
解锁过程：
当液压缸活塞8的锁紧状态需要解除时，锁紧外部控制油液停止向锁紧油液腔37供油，锁紧油液腔37通过锁紧油液腔管接头25向外卸荷，处于压缩状态的回复弹簧28推动锁紧销26远离锁紧杆15，锁紧杆15轴向运动约束解除，锁紧杆15恢复轴向运动自由度，完成解锁，与活塞杆15通过同步连接块18固接的活塞8可沿轴向往复运动。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多位置机械锁紧液压缸，包括液压缸缸筒(1)以及固定在液压缸缸筒(1)两端的前端盖(2)和后端盖(3)，液压缸缸筒(1)的内腔通过活塞(8)分为互不连通的左腔和右腔，所述的活塞(8)通过活塞杆(15)伸出前端盖(2)，其特征在于，该液压缸还包括在液压缸缸筒(1)侧壁的横向圆柱型锁紧槽内且随活塞杆(15)同步运动并进行多位置机械锁紧的锁紧杆(19)。
2.根据权利要求1所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，所述的活塞杆(15)的前端穿过前端盖(2)后通过同步连接块(18)与活塞杆(15)外端同步固定，并分别通过锁紧杆螺母(17)和活塞螺母(16)进行紧固。
3.根据权利要求2所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，所述的活塞杆(15)的杆体上分别在活塞两端运动极限位置以及中部位置处设有锁紧槽结构，并且每个锁紧槽结构对应配合一个锁紧销结构实现锁紧，每个锁紧销结构设置在液压缸缸筒(1)的内壁对应位置的水平向插槽内。
4.根据权利要求3所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，每个锁紧槽结构包括设置在三个对应位置处全周向开设的锥形杆槽，该锥形杆槽由中间的阶梯轴面(22A)以及两侧的锥形槽面(22B)构成。
5.根据权利要求4所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，每个锁紧销结构包括锁紧销(26)以及套设在锁紧销(26)销体上的回复弹簧(28)，所述的锁紧销(26)尾部开孔且与锁紧油液腔(37)连通，锁紧销(26)的头部形状与锥形杆槽匹配，由锁紧销端面(26B)以及锁紧销锥形侧面(26A)构成，所述的锁紧油液腔(37)通过安装在液压缸缸筒(1)侧壁上的锁紧油液腔管接头(25)与外部控制油源连接。
6.根据权利要求5所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，所述的回复弹簧(28)设置在插槽内壁与锁紧销(26)销体外表面之间形成的回复弹簧非油液腔(38)内，且回复弹簧非油液腔(38)不与锁紧油液腔(37)连通。
7.根据权利要求1所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，所述的锁紧杆(19)与圆柱型锁紧槽采用间歇配合。
8.根据权利要求1所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，所述的活塞杆(15)穿过设置在左腔的导向套(10)实现导向，并且该导向套(10)的外表面通过卡簧挡圈(11)限制轴向运动。
9.根据权利要求1所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，所述的前端盖(2)和后端盖(3)通过空间对称的四条拉杆与液压缸缸筒(1)进行连接，并且分别通过拉杆螺母进行固定，所述的后端盖(3)内分别开设与左腔和右腔连通的油道和进油口。
10.根据权利要求6所述的一种多位置机械锁紧液压缸，其特征在于，当通过锁紧油液腔管接头(25)向锁紧油液腔(37)内注入高压油液时，油液压力作用推动锁紧销(26)伸出，同时压缩回复弹簧(28)，使得锁紧销(26)头部插入到锁紧杆(19)对应的锥形槽口内，完成锁紧，当锁紧油液腔(37)向外卸荷时，回复弹簧(28)复位推动锁紧销(26)收缩，完成解锁；
在锁紧销(26)伸出锁紧过程中，当锁紧销(26)的头部与锁紧杆(19)的锥形槽口在轴向位置存在偏差时，通过锥形槽面(22B)与锁紧销锥形侧面(26A)的配合引导作用，使锁紧销在结构约束下缓慢滑入锥形槽口，直至锁紧销端面(26B)与阶梯轴面(22A)接触完成可靠锁紧。
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