CN208268146U - 无活塞压力缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无活塞压力缸，包括从内至外依次同轴设置且固接的内部刚性套筒、橡胶套筒和外部刚性套筒，在内部刚性套筒的后端设有密封盖Ⅰ，在外部刚性套筒的后端设有密封盖Ⅱ，在外部刚性套筒的内部、在橡胶套筒和内部刚性套筒的后端与密封盖Ⅱ之间形成有柔性可伸缩的、无相对运动接触面的全封闭压力腔，在外部刚性套筒上设有与全封闭压力腔连接的工作介质进出管口。本实用新型利用橡胶优良的伸缩性能使得压力缸的全封闭压力腔本身具备伸缩功能且无相对运动而需要液压油的接触面，因此可以取消活塞、活塞杆和密封圈，取消对液压油的需求，并实现了液压能或气压能和机械动能的直接转化。结构简单可靠；可以采用水或空气作为工作介质。

Description

无活塞压力缸

技术领域

本实用新型涉及一种压力缸，特别是一种无活塞压力缸。

背景技术

现有传统液压缸的基本构造离不开活塞、活塞杆和密封环。其工作原理是，通过进出口注入液压油，并通过对流体腔内的液压油加压推动或回收活塞及活塞杆，从而实现液压能向机械能的转换。传统双冲程液压缸通常具有多个密封圈，其中主要是活塞和活塞杆的密封元件。活塞杆的密封圈用于防止活塞杆在受压状态从流体腔进出时液压油逸出，用于防止外界的杂物进入液压缸内。同时活塞杆密封圈需要液压油滑润，以减少密封圈的摩擦耗损。活塞的密封圈用于在液压缸受压工作时防止液压油在前后二个流体腔体之间相互渗透。

现有高端液压缸不仅对液压缸能够承受的压力大小(能量输出的大小)有要求，更重要的是对活塞及活塞杆推进和回程距离的精确性有非常高的要求(控制的精确度最高能够达到0.1毫米)。因此，大多数传统双冲程液压缸通常采用容积泵对活塞及活塞杆推进和回程距离实施精确控制。能实现对距离精确控制的基本原理是液体和钢材质组成的流体腔体的体积在没有新注入液体的条件下都是固定的、不可压缩的，并且与压力无关。只要利用容积泵精确地控制注入液压油的体积大小就可以精确地控制活塞及活塞杆推进和回程的距离大小。容积泵通常有活塞型和旋转型等不同类型。容积泵的工作原理是将等体积和小容量流体控制性地注入流体腔体内，注入流体体积的多少与腔体内的压力无关。

传统液压缸的基本构造一百多年来没有本质变化，但其存在着一些固有缺陷，主要包括：一)由于需要对缸内相对运动的摩擦面进行润滑，因此动力传输介质必须是液压油或类似的流体，而不能使用普通水。液压油品种、规格繁多，不同使用环境和条件需要使用不同种类的液压油，使用不当会造成密封圈的损坏。同时，液压油易燃，存在使用和储存方面的安全隐患。另外，液压油的泄漏和废弃液压油的不当处置会对环境造成严重污染；二)缸筒内壁、活塞和活塞杆均需要精密机加工才能达到与密封圈的高度吻合，以达到在高压下减少摩擦力，同时防止液压油逸出的目的。精加工的要求造成了液压缸制造成本的提高；三)必须使用多个密封圈。密封圈不但成本高而且是整个液压缸最薄弱的环节，需要经常更换与维护。绝大多数液压缸的故障都是由密封圈的破损而造成的。通常液压缸密封圈破损并被替换后都要更换全部液压油。

当前，在海洋工程领域有一种名称为“海上平台靠船件(marine shock cell)”的装置，该装置采用橡胶与金属的硫化粘接技术，将同轴设置的二个钢套筒和一个橡胶筒连接成一体，形成单个靠船件，用来降低海上平台与靠泊船只之间产生的冲撞力、吸收靠泊冲撞能量。如图1A剖面图所示，单个靠船件主要由三部分组成：一个外钢套筒101，一个与外钢套筒101同轴设置的内钢套筒102和一个安置在外钢套筒101和内钢套筒102 之间的橡胶筒103。橡胶筒103的外表面与外钢套筒101的内表面硫化粘接；橡胶筒103 的内表面与内钢套筒102的外表面硫化粘接。单个靠船件的工作原理可以由图1B所示：当内钢套筒102前端受到靠泊船只的冲撞力F1时，由于橡胶筒103的柔性和内钢套筒102 的回收，最大冲撞力受到限制，冲撞能量被储存于变形的橡胶筒103体内。当冲撞力F1 消失后，储存于变形后的橡胶筒103体内的能量迅速转化为橡胶筒103的回复力，使橡胶筒103恢复到其原始状态，如图1A所示。

最大单个靠船件能够承受200吨以上的冲撞力。该装置是成熟并久经考验的产品，在海洋工程领域已广泛成功应用了60多年，可在恶劣海上工作环境下30年无需维护并保持其基本功能。超过二万件以上靠船件已经成功地在世界海域海上固定式平台上应用。橡胶与金属的硫化粘连技术已有上百年的历史，成熟、安全、可靠。但是，目前该装置只能用于被动式地吸收冲撞能量，而不能像传统液压缸一样主动输出机械动能。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够主动输出机械动能的无活塞压力缸。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种无活塞压力缸，包括从内至外依次同轴设置且固接的内部刚性套筒、橡胶套筒和外部刚性套筒，在所述内部刚性套筒的后端设有密封盖Ⅰ，在所述外部刚性套筒的后端设有密封盖Ⅱ，在所述外部刚性套筒的内部、在所述橡胶套筒和所述内部刚性套筒的后端与所述密封盖Ⅱ之间形成有柔性可伸缩的、无相对运动接触面的全封闭压力腔，在所述外部刚性套筒上设有与所述全封闭压力腔连接的工作介质进出管口。

所述内部刚性套筒和所述外部刚性套筒均为钢套筒。

所述内部刚性套筒和所述橡胶套筒之间以及所述外部刚性套筒和所述橡胶套筒之间均采用硫化粘接。

所述密封盖Ⅰ和所述密封盖Ⅱ均采用椭圆形球冠结构，所述密封盖Ⅰ的凹面朝后，并与所述密封盖Ⅱ的凹面相对，所述密封盖Ⅰ固接在所述内部刚性套筒的内部，所述密封盖Ⅱ固接在所述外部刚性套筒的内部。

本实用新型具有的优点和积极效果是：利用橡胶优良的伸缩性能使得压力缸的全封闭压力腔本身具备伸缩功能且无相对运动而需要液压油的接触面，可以取消活塞，活塞杆和密封圈，还可以取消对液压油的需求，并实现了液压能或气压能和机械动能的直接转化。从构造上省去了活塞、活塞杆和密封圈，使得液压缸的整体结构更加简单和可靠；由于全封闭压力腔不存在具有相对运动而需要液压油润滑的接触面，因此，可以采用普通水或空气取代液压油作为动力传送介质。

附图说明

图1A为单个靠船件处于初始状态时的剖视图；

图1B为单个靠船件处于受力状态时的剖视图；

图2A为本实用新型处于初始状态的结构示意图；

图2B为本实用新型处于推进状态的结构示意图。

图中：

101、外钢套筒，102、内钢套筒，103、橡胶筒；

201、外部刚性套筒，202、内部刚性套筒，203、橡胶套筒，204、密封盖Ⅰ，205、密封盖Ⅱ，206、全封闭压力腔，207、工作介质进出管口。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图2A和图2B，一种无活塞压力缸，与靠船件相同的结构为：包括从内至外依次同轴设置且固接的内部刚性套筒202、橡胶套筒203和外部刚性套筒201，所述橡胶套筒203整体设置在所述外部刚性套筒201的内部，后端与内部刚性套筒202的后端平齐，并位于外部刚性套筒201的后端前方，与靠船件的不同之处在于，在所述内部刚性套筒202的后端设有密封盖Ⅰ204，在所述外部刚性套筒201的后端设有密封盖Ⅱ205，在所述外部刚性套筒201的内部、在所述橡胶套筒203和所述内部刚性套筒202的后端与所述密封盖Ⅱ205之间形成有柔性可伸缩的、无相对运动接触面的全封闭压力腔206，在所述外部刚性套筒201上设有与所述全封闭压力腔206连接的工作介质进出管口207。

在本实施例中，所述内部刚性套筒202和所述外部刚性套筒201均为钢套筒，性价比较高。所述内部刚性套筒202和所述橡胶套筒203之间以及所述外部刚性套筒201和所述橡胶套筒203之间均采用硫化粘接，连接牢固可靠。所述密封盖Ⅰ204和所述密封盖Ⅱ205均采用椭圆形球冠结构，横截面为椭圆形，所述密封盖Ⅰ204的凹面朝后，并与所述密封盖Ⅱ205的凹面相对，所述密封盖Ⅰ204固接在所述内部刚性套筒202的内部，所述密封盖Ⅱ205固接在所述外部刚性套筒201的内部，便于压力集中输出。

本实用新型的工作原理：

当以水作为工作介质注入全封闭压力腔206后，内部刚性套筒202在液压的推动下向前推进，以实现将液压能转换为机械动能的目的，相当于传统液压缸活塞杆的功能。同时橡胶套筒203在液压推动下产生变形并在体内储存了能量。回程时，水从介质进出管口207流出，造成全封闭压力腔206内的压力降低，储存于橡胶套筒203体内的能量转化为橡胶套筒203的回复力，使橡胶套筒203和内部刚性套筒202恢复到其初始状态，如图2A所示。

综上所述，上述无活塞压力缸具有液压缸的基本功能。

上述无活塞压力缸的工作介质可以采用淡水或海水，也可以采用空气，当采用空气作为工作介质时，上述无活塞压力缸不需要做任何改动，即可将气压能转化为机械动能。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无活塞压力缸，包括从内至外依次同轴设置且固接的内部刚性套筒、橡胶套筒和外部刚性套筒，其特征在于，在所述内部刚性套筒的后端设有密封盖Ⅰ，在所述外部刚性套筒的后端设有密封盖Ⅱ，在所述外部刚性套筒的内部、在所述橡胶套筒和所述内部刚性套筒的后端与所述密封盖Ⅱ之间形成有柔性可伸缩的、无相对运动接触面的全封闭压力腔，在所述外部刚性套筒上设有与所述全封闭压力腔连接的工作介质进出管口。

2.根据权利要求1所述的无活塞压力缸，其特征在于，所述内部刚性套筒和所述外部刚性套筒均为钢套筒。

3.根据权利要求2所述的无活塞压力缸，其特征在于，所述内部刚性套筒和所述橡胶套筒之间以及所述外部刚性套筒和所述橡胶套筒之间均采用硫化粘接。

4.根据权利要求1所述的无活塞压力缸，其特征在于，所述密封盖Ⅰ和所述密封盖Ⅱ均采用椭圆形球冠结构，所述密封盖Ⅰ的凹面朝后，并与所述密封盖Ⅱ的凹面相对，所述密封盖Ⅰ固接在所述内部刚性套筒的内部，所述密封盖Ⅱ固接在所述外部刚性套筒的内部。