CN114321084B - 一种节能型间隙密封式液压缸及应用其的检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种节能型间隙密封式液压缸及应用其的检测设备，该液压缸包括缸筒、缸盖、活塞及活塞杆，缸盖盖设于缸筒开口处，缸盖上开设有滑口，活塞杆与活塞连接且其一端穿过滑口延伸至缸筒外；缸筒内同轴分布有衬套，活塞滑移设置于衬套内，所述衬套一端与缸筒内底壁密封连接，其另一端与缸盖密封连接，所述衬套外周壁与缸筒内壁之间形成有环形腔，所述衬套上设置有用于增大环形腔内压的衡压结构。本申请具有减少液压缸的缸盖、活塞处等位置的间隙，减少漏液，降低能耗的效果。

Description

一种节能型间隙密封式液压缸及应用其的检测设备

技术领域

本申请涉及液压缸的领域，尤其是涉及一种节能型间隙密封式液压缸及应用其的检测设备。

背景技术

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件，用它来实现往复运动时，可免去减速装置，运动平稳，因此应用广泛。

目前，液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置等组成，其中活塞可在缸筒内滑动，缸盖用于对活塞进行限位，同时增强缸筒的密封性，减少漏液。活塞杆与活塞连接，且其一端延伸至缸筒外。使用时，液压泵站将高压液体泵入活塞的一侧，并回收活塞另一侧的液体，活塞在压差作用下滑动，从而产生推力或拉力。

密封装置一般采用橡胶材质的密封圈，位于活塞与缸筒内壁接触处等位置，可以减少漏液，同时减少因漏液导致的压差缩小、液压泵站能耗增大等问题。但一些对输出力精度要求高的设备器械，例如力标准机、材料试验机等检测设备，密封圈的摩擦力会对力值输出结果产生影响，因此这些设备器械一般会采用间隙密封的方式，即去掉密封圈，提升工艺精度，缩小活塞与缸筒内壁接触处等位置的间隙，从而减少漏液，提升资源与能源利用率。

针对上述中的相关技术，发明人认为对于力标准机、材料试验机等监测设备，其液压缸的力的输出可能达到兆牛级，液压大，容易使缸筒侧壁等产生膨胀变形，使得活塞与缸筒内壁接触处等位置的间隙扩大而导致漏液，漏液会导致活塞两侧压差缩小，因此存在有容易漏液、使液压泵站能耗增大的缺陷。

发明内容

第一方面，为了减少液压缸的缸盖、活塞处等位置的间隙，减少漏液，降低能耗，本申请提供一种节能型间隙密封式液压缸。

本申请提供的一种节能型间隙密封式液压缸，采用如下的技术方案：

一种节能型间隙密封式液压缸，包括缸筒、缸盖、活塞及活塞杆，缸盖盖设于缸筒开口处，缸盖上开设有滑口，活塞杆与活塞连接且其一端穿过滑口延伸至缸筒外；

缸筒内同轴分布有衬套，活塞滑移设置于衬套内，所述衬套一端与缸筒内底壁密封连接，其另一端与缸盖密封连接，所述衬套外周壁与缸筒内壁之间形成有环形腔，所述衬套上设置有用于减小环形腔内压与衬套内压两者差值的衡压结构。

通过采用上述技术方案，通过衬套上的衡压结构使得环形腔的压力与衬套内对应位置的压力一致，缩小衬套内外压差，保证衬套不会因液体压力的变化而产生膨胀变形，使得活塞可与衬套内壁保持配合，间隙相对恒定，以此减少漏液导致的活塞两侧压差减小的现象，从而在采用间隙配合方式减少工作时液压波动程度的同时，减少液压泵站的能耗。

优选的，所述衡压结构包括开设于所述衬套侧壁上的衡压孔，所述衡压孔连通衬套内侧空间与环形腔。

通过采用上述技术方案，衡压孔连通环形腔与缸筒内空间，以此使液体可进入环形腔内，使得环形腔的液压增大，消除衬套内外两侧的压差，活塞可与衬套内壁保持配合间隙相对恒定，减少间隙的变化，降低液压渗漏，减少液压泵站的能耗；

优选的，所述环形腔有多个且相互隔离，各所述环形腔沿缸筒轴向排列，每个所述环形腔至少对应一个衡压孔。

通过采用上述技术方案，由于各环形腔相互独立，且各环形腔沿缸筒轴向排列，以此避免液体从活塞一侧流向其另一侧而造成的漏液现象。

优选的，所述衬套内壁上开设有均压槽，所述均压槽与衡压孔连通，所述均压槽的开口宽度大于衡压孔的开口宽度。

通过采用上述技术方案，均压槽用于供液体汇入衡压孔内，且均压槽内的液体压力各处接近一致，相比活塞与缸筒间隙处的压力一致性更佳，以此使得衬套内壁与外壁受到的压力一致，压差减小，从而提升衬套的结构稳定性。

优选的，所述衬套外同轴套设有密封环，所述密封环位于衬套外周壁与缸筒内壁之间，且所述密封环位于相邻环形腔之间。

通过采用上述技术方案，密封环用于隔离相邻环形腔，以此避免活塞两侧的液体流通而导致活塞两侧压差缩小。

优选的，所述密封环采用弹性材料，用于实现相邻环形腔之间的液压密封。

通过采用上述技术方案，密封环具有弹性，以此使液体压力对缸筒侧壁形成压迫而导致缸筒膨胀变形时，避免衬套受缸筒侧壁的牵制而变形，使衬套与缸筒相对独立，从而保持衬套的结构稳定性；同时密封环由于可形变，可持续隔离相邻环形腔。

优选的，所述衡压孔连通于环形腔上沿缸筒轴向的中间处。

通过采用上述技术方案，当液压缸竖置时，液体的压力随深度的增加而增加，因此缸筒底部的液压较大，同时液压缸的进液口在缸筒端部，因此靠近端部的液体的液压会大于靠近活塞处的液体压力，因此液体压力从活塞至缸筒端部方向呈递减趋势，由于环形腔通过衡压孔与衬套内侧空间连通，因此各环形腔从活塞至缸筒端部方向液压递减，而由于衡压孔连通于环形腔上沿缸筒轴向的中间处，以此使环形腔内的液压均为环形腔上沿缸筒轴向的中间处的液压，以此减少衬套内侧液压与环形腔两侧液压的压差，减少衬套的变形。

优选的，所述活塞内开设有圆环形的平衡腔，所述平衡腔与活塞同轴分布，所述活塞上设有用于减小平衡腔内压与衬套内压两者差值的均压结构。

通过采用上述技术方案，活塞内的平衡腔通过均压结构保持活塞外壁的结构稳定性，避免活塞受单侧压力影响而发生压缩，从而保持活塞与衬套内壁的间隙不变，降低能耗。

优选的，所述平衡腔有多个且沿活塞轴向排列，多个所述平衡腔之间设置有具有弹性的分割环。

通过采用上述技术方案，通过分割环分离平衡腔，且活塞与衬套不同位置处的间隙液压不同，使得各平衡腔的液压始终与活塞外侧对应处接近一致，从而减少活塞内外压差。

第二方面，为了降低运行能耗，本申请提供一种检测设备，应用上述采用如下的技术方案：

一种检测设备，包括机体，所述机体上安装有上述节能型间隙密封式液压缸。

通过采用上述技术方案，应用上述节能型间隙密封式液压缸，力标准机等检测设备在运行时可降低运行能耗，同时由于其液压缸采用间隙密封方式，省去了密封圈，使得摩擦力下降，液压缸的力输出/输入精度更高。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过衬套上的衡压结构使得环形腔的压力增大，缩小衬套内外压差，以此减小因单侧压力过大而导致的衬套膨胀变形，使得活塞可与衬套内壁紧密配合，减少间隙，以此减少漏液导致的活塞两侧压差减小的现象，从而在采用间隙配合方式减少活塞滑移阻力提升力输出/输入精度的同时，减少液压泵站的能耗；

2.衡压孔连通环形腔与缸筒内空间，以此使液体可进入环形腔内，使得环形腔的液压增大，消除了衬套内外两侧的压差，以此减少衬套的膨胀形变，减少间隙的变化，降低液压渗漏，减少液压泵站的能耗；由于各环形腔相互独立，且各环形腔沿缸筒轴向排列，以此避免液体从活塞一侧流向其另一侧而造成的漏液现象；

3.密封环具有弹性，以此使液体压力对缸筒侧壁形成压迫而导致缸筒膨胀变形时，避免衬套受缸筒侧壁的牵制而变形，使衬套与缸筒相对独立，从而保持衬套的结构稳定性；同时密封环由于可形变，可持续隔离相邻环形腔。

附图说明

图1是本申请实施例1的整体结构示意图。

图2是本申请实施例2的整体结构示意图。

图3是图2中A处的局部放大示意图；

图4是本申请实施例4的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、缸筒；11、密封环；12、固定管；

2、活塞；21、平衡腔；22、通孔；23、分割环；

3、缸盖；31、滑口；

4、活塞杆；41、圆环腔；42、滑环；43、平衡通道；44、滑移通道；45、换液孔；

5、衬套；51、环形腔；52、衡压孔；53、均压槽。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例1公开一种节能型间隙密封式液压缸。参照图1，节能型间隙密封式液压缸包括缸筒1、缸盖3、活塞2及活塞杆4，缸筒1内同轴分布有衬套5，缸筒1与衬套5之间形成有环形腔51，衬套5上设置有衡压结构，衡压结构用于增大环形腔51内压并使之接近衬套5内液压，以此减少衬套5的形变，从而使得活塞2可与衬套5内壁紧密配合，减少间隙，以此减少漏液导致的活塞2两侧压差减小的现象，起到节能作用。

缸筒1呈圆筒状，缸盖3呈圆形，缸盖3盖设于缸筒1上且通过螺栓与缸盖3密封固定。活塞2呈圆柱体状且滑移穿设于衬套5内，活塞2外周壁与衬套5内壁间隙配合，活塞2与衬套5、缸筒1三者的中心轴线相互重合，活塞杆4的一端穿过活塞2且与活塞2通过螺栓固定，其另一端穿过缸盖3延伸至缸筒1外且与缸盖3滑移连接，活塞杆4外周壁与缸盖3上的孔间隙配合。

本实施例的液压缸采用单向液压缸，活塞2的直径与活塞杆4一致，其中，衬套5呈圆管状，其一端与缸筒1内底壁焊接密封固定，另一端抵紧于缸盖3，衬套5内壁与活塞杆4外壁间隙配合，液压泵站的液体从缸筒1底部进出以推动或拉动活塞杆4伸缩。缸盖3与衬套5端壁之间可放置橡胶圈以提升密封性，当缸盖3通过螺栓压紧缸筒1时同步压紧衬套5。

环形腔51呈圆环状，且具有多个，多个环形腔51沿衬套5轴向均匀间隔排列，相邻环形腔51之间通过密封环11分隔，密封环11采用橡胶、硅胶等弹性材质制成，其呈圆环状且同轴套设于衬套5上，密封环11内圈壁与衬套5外壁粘接固定，其外圈壁与缸筒1内壁粘接固定。在其他实施例中，衬套5外壁及缸筒1内壁上可开设与密封环11插接的环形的槽，再通过粘接方式加固，从而提升密封环11的连接稳定性。

衡压结构包括开设于衬套5侧壁上的衡压孔52，衡压孔52呈圆形且沿衬套5径向分布，其两端分别连通环形腔51与衬套5内侧空间，以此使得衬套5内的液体可进出环形腔51。衡压孔52有多个，每一环形腔51至少对应一个衡压孔52，本实施例一环形腔51对应两个衡压孔52，同一环形腔51对应的多个衡压孔52均位于衬套5的同一径向截面上，且同一环形腔51对应的多个衡压孔52绕衬套5的中心轴线等角度间隔分布。

而各环形腔51对应的多个衡压孔52则沿衬套5轴向均匀间隔排列，衬套5内壁上位于衡压孔52的开口处开设有均压槽53，均压槽53与衡压孔52连通，均压槽53的开口宽度大于衡压孔52的开口宽度，而其沿衬套5轴向的开口宽度则小于活塞2的宽度，以此避免均压槽53连通活塞2两侧空间。均压槽53用于供液体汇入衡压孔52内，由于活塞2与衬套5之间间隙较小，容易使液压分布不均匀，容易使得环形腔51内的液压过低或过高，导致衬套5受压差影响而形变。而均压槽53则可以使其内的液压保持高度得一致性，从而衬套5内外受力均匀，提升衬套5的结构稳定性。

本申请实施例1的实施原理为：当液压泵站对缸筒1底部进行供液时，活塞2在液压推动下移动，液体通过衡压孔52进入活塞2靠缸筒1底部一侧的环形腔51内，使得衬套5内壁与外壁受到接近一致的压力，两股压力相互抵消，减少衬套5的形变，以此减小活塞2、活塞杆4与衬套5之间的间隙，减小活塞杆4与滑口31之间的间隙，以此减少漏油现象，减少资源浪费，同时液压缸输出同样的力所需的液体容量减小，因此减轻了液压泵站的负荷，起到节能效果。

实施例2：

本申请实施例2公开一种节能型间隙密封式液压缸，参照图2、图3，其与实施例1的区别在于：本实施例采用双向液压缸，缸筒1底端与缸盖3均开设有供液体进出的通道，而活塞2的直径大于活塞杆4的直径，使得衬套5与活塞杆4之间会形成供液体流通的腔室，通过调整活塞2两侧的液体的液压则可实现活塞杆4的伸缩。

活塞2内开设有圆环形的平衡腔21，平衡腔21的中心轴线与活塞2的中心轴线相互重合，平衡腔21有多个且沿活塞2轴向排列，多个平衡腔21之间设置有分割环23，分割环23呈圆环状，其内圈壁、外圈壁分别与平衡腔21的两侧粘接固定，分割环23使得各个平衡腔21相互独立、互不干扰。同时活塞2上设有用于减小平衡腔21内压与衬套5内压两者差值的均压结构。

均压结构包括通孔22，通孔22开设于活塞2外周壁上且与平衡腔21连通，每一平衡腔21至少对应一个通孔22，本实施例中每一平衡腔21对应两个通孔22，各平衡腔21对应的多个通孔22沿活塞2轴向均匀间隔排列，通孔22的深度方向与活塞2的径向一致，通孔22一端与衬套5内壁相对。

多个衡压孔52的排列方向与缸筒1的轴向一致，活塞2滑动过程中通孔22可分别与各衡压孔52连通，当活塞2单向滑动时，通孔22依次与各衡压孔52连通，当活塞2朝向衬套5内的低压侧滑动时，平衡腔21内的液体通过通孔22、衡压孔52导入低压的环形腔51内，释放活塞2内压，当活塞2朝向衬套5内的高压侧滑动时，环形腔51内的液体通过通孔22、衡压孔52导入低压的平衡腔21内，释放环形腔51内压，以此使得活塞2内、衬套5外及两者间隙处的液压接近一致，减少两者的形变，从而减少因间隙增大。

本申请实施例2的实施原理为：当液压泵站对缸筒1底部进行供液，同时回收缸盖3侧的液体时，活塞2与衬套5之间间隙内的液体通过通孔22进入平衡腔21，使得活塞2内外侧的液体连通，使得各平衡腔21的液压始终与活塞2外侧对应处接近一致，从而减少活塞2内外压差，减少活塞2的形变，以此减少对活塞2两侧的压差的影响，从而降低液压泵站的能耗。

实施例3：

本申请实施例3公开一种检测设备，包括机体，机体上安装有上述节能型间隙密封式液压缸，检测设备包括液压机、力标准机等，用于测量产品耐压程度、质量、扭矩等参数。

本申请实施例3的实施原理为：上述液压缸的力输入/输出相比橡胶密封式的液压缸、普通间隙密封式的液压缸更精准，以此提升检测设备的检测精度，同时降低检测设备的能耗。

实施例4：

本申请实施例4公开一种节能型间隙密封式液压缸，参照图4，其与实施例2的区别在于：活塞杆4内开设有圆环腔41，圆环腔41呈圆环形，且圆环腔41的中心轴线与活塞杆4的中心轴线相互重合。圆环腔41内滑移穿设有滑环42，滑环42呈圆环形，且滑环42的中心轴线与圆环腔41的中心轴线相互重合，滑环42内圈壁与外圈壁分别与圆环腔41内壁贴合。

活塞杆4上开设有平衡通道43，平衡通道43一端与圆环腔41内远离活塞2的一侧连通，其另一端与活塞杆4位于缸筒1外的一端连通。滑环42上一体设置有固定管12，滑环42的外径大于固定管12的外径，使得固定管12的外壁与圆环腔41内壁之间产生供液体流通的空间。固定管12的一端与缸筒1底部内壁焊接固定，另一端插入圆环腔41内且与圆环腔41滑移配合，且活塞2上开设有与圆环腔41连通的滑移通道44，滑移通道44呈圆环状，且与滑环42同轴分布，滑移通道44用于减少从圆环腔41流入缸筒1内位于活塞2远离活塞杆4一侧的液体。活塞杆4靠活塞2一端外周壁上开设有换液孔45，换液孔45一端与圆环腔41内位于滑环42靠活塞2一侧空间连通，其另一端与缸筒1内位于活塞2靠缸盖3一侧空间连通。

本申请实施例4的实施原理为：当缸筒1内位于活塞2靠缸盖3一侧的空间为高压状态时，液体从换液孔45注入圆环腔41内，使得活塞杆4外侧壁与圆环腔41靠活塞杆4外侧的内壁所承受的液压一致，以此减少活塞杆4外侧壁的收缩形变，使得活塞杆4在滑口31处滑动时始终可与滑口31内壁紧密配合，减少漏液现象，同时可延长活塞杆4的使用寿命。

液压泵站从缸盖3处注入液体时，推动活塞2靠近缸筒1底部，此时滑环42与圆环腔41相对滑动。由于滑移通道44始终被固定管12堵住，使得圆环腔41内位于滑环42靠活塞2一侧的空间内压增大，此时液体排出圆环腔41，同时外界气体从平衡通道43涌入，用于平衡滑环42两侧的压力，因此滑环42基本不会阻碍活塞杆4的滑动。且活塞杆4的任一段滑动至缸筒1外，暴露于空气中时，由于滑环42已将液体挤出圆环腔41对应的一段空间外，因此活塞杆4外侧壁不受内部液压的影响而产生膨胀现象，可以减少活塞杆4的膨胀形变，避免活塞杆4被滑口31卡住。

综上所述，由于滑环42与圆环腔41的配合设置，可减少活塞杆4位于缸筒1的一段与位于缸筒1外的一段的形变，以此减小滑口31与活塞杆4的间隙，减少漏液现象，降低液压泵站的能耗。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种节能型间隙密封式液压缸，其特征在于：包括缸筒（1）、缸盖（3）、活塞（2）及活塞杆（4），缸盖（3）盖设于缸筒（1）开口处，缸盖（3）上开设有滑口（31），活塞杆（4）与活塞（2）连接且其一端穿过滑口（31）延伸至缸筒（1）外；

缸筒（1）内同轴分布有衬套（5），活塞（2）滑移设置于衬套（5）内，所述衬套（5）一端与缸筒（1）内底壁密封连接，其另一端与缸盖（3）密封连接，所述衬套（5）外周壁与缸筒（1）内壁之间形成有环形腔（51），所述衬套（5）上设置有用于减小环形腔（51）内压与衬套（5）内压两者差值的衡压结构；

所述衡压结构包括开设于所述衬套（5）侧壁上的衡压孔（52），所述衡压孔（52）连通衬套（5）内侧空间与环形腔（51）；

所述衬套（5）内壁上开设有均压槽（53），所述均压槽（53）与衡压孔（52）连通，所述均压槽（53）的开口宽度大于衡压孔（52）的开口宽度；

所述环形腔（51）有多个且相互隔离，各所述环形腔（51）沿缸筒（1）轴向排列，每个所述环形腔（51）至少对应一个衡压孔（52）；

所述衬套（5）外同轴套设有密封环（11），所述密封环（11）位于衬套（5）外周壁与缸筒（1）内壁之间，且所述密封环（11）位于相邻环形腔（51）之间；

所述密封环（11）采用弹性材料，用于实现相邻环形腔（51）之间的液压密封。

2.根据权利要求1所述的节能型间隙密封式液压缸，其特征在于：所述衡压孔（52）连通于环形腔（51）上沿缸筒（1）轴向的中间处。

3.根据权利要求1所述的节能型间隙密封式液压缸，其特征在于：所述活塞（2）内开设有圆环形的平衡腔（21），所述平衡腔（21）与活塞（2）同轴分布，所述活塞（2）上设有用于减小平衡腔（21）内压与衬套（5）内压两者差值的均压结构。

4.根据权利要求3所述的节能型间隙密封式液压缸，其特征在于：所述平衡腔（21）有多个且沿活塞（2）轴向排列，相邻所述平衡腔（21）之间设置有具有弹性的分割环（23）。

5.一种检测设备，其特征在于，包括机体，所述机体上安装有如权利要求1-4中任一项所述的节能型间隙密封式液压缸。

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