CN209067582U - 一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，属于液压缸技术领域。该装置采用分体式活塞，活塞组成包括位于活塞两端的第一挡圈(102，202)、第二挡圈(9)，以及位于活塞轴向中间位置并沿活塞杆(10)外缘向缸筒(11)内壁的径向方向依次排布的内活塞体(103，203)、薄壁套筒(104，204)和外活塞体(5)。液压缸单向工作行程中，当油液压力升高时，油液经油道(16)进入薄壁套筒内部空腔(6)，使薄壁套筒(104，204)的薄壁部分产生径向弹性变形，带动外活塞体(5)外圆表面也随之产生整体径向外扩，减小活塞与缸筒(11)内壁之间的密封间隙，降低泄漏量，解决压力增大而导致的泄漏量增加问题，适于油液压力大及对密封性能要求高的场合。

Description

一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置

技术领域

本实用新型属于液压缸技术领域，具体涉及一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置。

背景技术

液压缸是液压传动系统中重要的动力传递元件，其密封性能的好坏直接影响液压缸的工作性能、效率和寿命，甚至整机的正常工作。其中，液压缸活塞与缸筒内壁之间的密封，是液压缸中的关键密封，它直接决定了液压缸内泄漏这种典型故障是否会发生。液压缸活塞与缸筒之间的常见密封装置与结构，主要包括密封圈密封、间隙密封和活塞环密封等形式。

其中，间隙密封作为一种非接触式的密封结构而日益受到关注。间隙密封包括密封间隙不变和可变这两种情况。对于密封间隙固定不变的间隙密封，它不能完全消除泄漏，尤其在油压较高的场合。而且，泄漏量会随着油液压力的升高而增大，使容积效率降低，难以满足实际应用的需求。密封间隙可变的情况，可在一定程度上缓解泄漏量受油液压力升高而变大的问题。《机械工程学报》2015年第51卷第24期“低摩擦高频响变间隙密封液压缸研究”一文中，给出了一种间隙可变的间隙密封结构，即在液压缸活塞的左右两端各加工一层微薄的可变形唇边，该活塞唇边能在工作压力增大时随之产生弹性变形，使缸筒内壁与活塞唇边之间的密封间隙减小，从而减小泄漏量，以补偿因压力增大导致的泄漏量增加问题。这种活塞唇边的变形是活塞局部区域的变形，而且这类液压缸所受载荷不能超过变形唇边的弹性变形临界值，否则活塞唇边会产生塑性变形，影响间隙改变与泄漏量调整能力。

迄今为止，现有的液压缸间隙密封装置与结构中，能够在压力变化时自动调节密封间隙的尚不多见。因此，有必要进一步研究其他切实可行的密封间隙改变方法及结构，从而消除或减少因压力增大而导致的泄漏量增加问题，提高液压缸间隙密封效果。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足而提供一种不同于现有技术的密封间隙调节技术方案，它能根据压力变化而自适应地调节密封间隙，消除或减少因压力增大而导致的泄漏量增加问题，使容积效率提高，获得优良密封效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

所述密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，用于液压缸活塞与缸筒内壁之间的间隙密封，活塞采用分体式组合结构，由第一挡圈、第二挡圈、内活塞体、外活塞体、以及薄壁套筒组成，并通过锁紧螺母轴向固定于活塞杆位于缸筒内的一端；第一挡圈和第二挡圈分别位于活塞的两端；在活塞轴向中间位置并沿着活塞杆外圆周向缸筒内壁的径向方向，依次安装有内活塞体、薄壁套筒和外活塞体。其中，内活塞体通过其内孔套装在活塞杆的相应轴径上，内活塞体外圆周安装有薄壁套筒，薄壁套筒薄壁部分的外圆柱面与外活塞体中较大内径的内孔表面相配合接触；内活塞体在一端通过螺纹连接与第二挡圈固定相连，在另一端通过连接螺钉与第一挡圈固定相连；外活塞体外圆表面与缸筒内壁之间设有微小径向环形间隙，形成间隙密封；外活塞体外圆表面还开有若干个彼此平行的环形均压槽；内活塞体在与外活塞体中较小内径的内孔表面相接触的外圆表面上开设有第一环形槽，所述第一环形槽中安装有第一密封圈；内活塞体内孔与活塞杆之间安装有第二密封圈；第一挡圈沿圆周方向均布有三个相同形状和尺寸的圆弧形通孔，这三个圆弧形通孔贯穿第一挡圈后继续进入内活塞体中分别形成三个圆弧形凹槽孔；所述三个圆弧形通孔与三个圆弧形凹槽孔截面形状相同，它们的内部空腔正对、前后贯穿连通形成一条连续的油道，该油道连通第一挡圈一侧的无杆腔和薄壁套筒内部空腔。

作为本实用新型的一种优选结构，所述密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，外活塞体沿轴向位于薄壁套筒端部凸缘与第二挡圈之间，薄壁套筒端部凸缘与第一挡圈之间通过螺纹连接固定相连。

作为本实用新型的另一种优选结构，所述外活塞体沿轴向位于第一挡圈和第二挡圈之间；所述内活塞体靠近第一挡圈一侧的外圆周上还开设有第二环形槽，第二环形槽安装有定位挡圈，薄壁套筒轴向固定于定位挡圈与外活塞体的内孔底面之间。

所述密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，各环形均压槽纵截面形状为半圆形，或其他任何一种所需要的形状，比如非半圆的弧形、V形、U形，以及半圆形与V形、U形、梯形、矩形分别组合而成的形状。作为本实用新型的一种优选结构，当各环形均压槽的纵截面形状均为半圆形时，相应的沟槽半径尺寸为0.25mm～0.5mm，深度为0.5～1mm，各环形均压槽彼此之间的间距为2mm～5mm。

所述密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，第一挡圈上的圆弧形通孔与内活塞体中的圆弧形凹槽孔，它们对应的圆心角都约为60°，径向宽度都约为7毫米，内侧边距圆心的距离均约为35毫米。

所述密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，薄壁套筒的材质可采用工程中常用的45号碳素结构用钢；或者采用其他具有良好弹性变形和恢复性能的材料，如锡青铜合金、铝青铜合金。

现有技术主要是通过活塞左右两端设置的变形唇边产生局部弹性变形来改变密封间隙。本实用新型采用了不同于现有技术的方案，它通过靠近缸筒内壁的活塞外圆表面整体径向外涨来改变密封间隙。本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)本实用新型是通过让一定压力的工作油液进入薄壁套筒内部空腔，使薄壁套筒的薄壁部分整体径向外涨、产生均匀的径向弹性变形，导致与薄壁套筒薄壁部分的外圆柱面接触的外活塞体也随之产生整体的径向外扩位移，使外活塞体外圆表面与缸筒内壁之间的间隙量减小，从而达到减小泄漏量的目的。这样，随着油液压力的升高，外活塞体外圆表面与缸筒内壁之间的间隙量会自适应地随之减小，从而消除或减少因压力增大而导致的泄漏量增加问题，提升液压缸容积效率。而且，这种采用活塞外圆表面整体径向外涨来改变密封间隙的方法，较之现有技术中的变形唇边局部弹性变形的方法，能承受更高的弹性变形临界载荷值，适于油液压力大的工况，其工作也更为可靠。

(2)外活塞体外圆表面分别开有若干个彼此平行的环形均压槽，当环形均压槽纵截面形状为半圆形时，相对于现有技术中矩形纵截面形状的环形均压槽而言，有利于减少油液紊流、漩涡等现象，降低能量损失，从而减少油液发热的不利影响。

简言之，本实用新型提供的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，通过压力传递使活塞整体径向外涨来改变密封间隙、调节泄漏量的技术方案，可消除或减少因压力增大而导致的泄漏量增加问题，提高液压缸容积效率，密封效果好，可靠性高，适于油液压力大及对密封性能要求高的场合。

附图说明

图1是本实用新型一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置的第一种实施方式结构示意图。

图2是第一种实施方式中第一挡圈零件的三维结构示意图。

图3是第一种实施方式中内活塞体零件的三维结构示意图。

图4是第一种实施方式中内活塞体零件的全剖结构示意图。

图5是本实用新型外活塞体零件的全剖结构视图。

图6是本实用新型一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置的第二种实施方式结构示意图。

图7是第二种实施方式中内活塞体零件的全剖结构示意图。

图1～图7中：进出油口1、第一挡圈102与202、圆弧形通孔2A、内活塞体103与203、圆弧形凹槽孔3A、薄壁套筒104与204、外活塞体5、较大内径的内孔表面5A、较小内径的内孔表面5B、内孔底面5C、薄壁套筒内部空腔6、环形均压槽7、第一密封圈8、第二挡圈9、活塞杆10、缸筒11、进出油口12、导向套13、端盖14、第二密封圈15、油道16、锁紧螺母17、定位挡圈18、第一环形槽109与209、第二环形槽20、连接螺钉21。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置作进一步说明。需要指出，在本实用新型的描述中，术语“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图1或附图6所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并不指示或暗示其相对重要性。

实施方式一

图1示出了本实用新型第一种实施方式的结构示意图，图2-图5是部分关键零件的结构示意图。图1-图5中，液压缸缸筒11内安装了一个可在液压缸中做往复直线运动的组合式活塞，由第一挡圈102、第二挡圈9、内活塞体103、外活塞体5、以及薄壁套筒104组成。第一挡圈102和第二挡圈9分别位于活塞的两端，内活塞体103、外活塞体5、薄壁套筒104沿轴向位于第一挡圈102和第二挡圈9之间；沿着活塞杆10外圆周向缸筒11内壁的径向方向，依次安装有内活塞体103、薄壁套筒104和外活塞体5。其中，内活塞体103通过其内孔套装在活塞杆10的相应轴径上，内活塞体103的外圆周安装有薄壁套筒104，薄壁套筒104薄壁部分的外圆柱面与外活塞体5中较大内径的内孔表面5A相配合接触。外活塞体5沿轴向位于薄壁套筒104端部凸缘与第二挡圈9之间，薄壁套筒104端部凸缘与第一挡圈102之间通过螺纹连接固定相连。内活塞体103在其与第二挡圈9相接触的一端，通过螺纹连接与第二挡圈9固定相连。内活塞体103在与外活塞体5中较小内径的内孔表面5B相接触的外圆表面上开设有第一环形槽109，所述第一环形槽109中安装有第一密封圈8，以防止进入到薄壁套筒内部空腔6的油液渗透到第二挡圈9与外活塞体5之间的接触面，以及外活塞体5、第二挡圈9与缸筒内壁之间的间隙；第一密封圈8可采用O形密封圈等形式。内活塞体103内孔与活塞杆10外径之间安装有第二密封圈15，以防止油液通过活塞杆渗透泄漏，第二密封圈15也可采用O形密封圈等形式。

外活塞体5外圆表面与缸筒11内壁之间设有微小径向环形间隙，形成液压缸活塞的非接触式间隙密封。外活塞体5外圆表面还设置有若干个彼此平行的环形均压槽7，可使活塞径向受力更加均衡。所述的各环形均压槽7的纵截面形状为半圆形，或其他任何一种所需要的形状，比如非半圆的弧形、V形、U形，以及半圆形与V形、U形、梯形、矩形分别组合而成的形状。作为本实用新型的一种优选结构，当各环形均压槽7的纵截面形状均为半圆形时，相应的沟槽半径尺寸为0.25mm～0.5mm，深度为0.5～1mm，各环形均压槽彼此之间的间距为2mm～5mm。研究发现，当采用半圆形纵截面形状的环形均压槽结构时，相对于现有技术中矩形纵截面形状的环形均压槽结构而言，有利于减少油液紊流、漩涡等现象，降低能量损失，减少油液发热对密封圈的不利影响。

第一挡圈102沿圆周方向均布有三个相同形状和尺寸的圆弧形通孔2A，这三个圆弧形通孔2A贯穿第一挡圈102后继续进入内活塞体103中分别形成三个圆弧形凹槽孔3A。所述三个圆弧形通孔2A与三个圆弧形凹槽孔3A截面形状相同，它们的内部空腔正对、前后贯穿连通形成一条连续的油道16，该油道16连通第一挡圈102一侧的无杆腔和薄壁套筒内部空腔6。内活塞体103与第一挡圈102之间通过连接螺钉21实现固定相连，避免内活塞体103与第一挡圈102之间发生相对转动，确保圆弧形通孔2A与圆弧形凹槽孔3A的内部空腔正对、所连成油道16的流通截面最大化。连接螺钉21的数量可为1～3个，实施方式一相应图中示出的是只有1个连接螺钉21的情况。此外，第一挡圈102上的圆弧形通孔2A与内活塞体103中的圆弧形凹槽孔3A，它们所对应的圆心角都约为60°，径向宽度都约为7毫米，内侧边距圆心的距离均约为35毫米。

图1中，所述分体式组合结构的活塞通过锁紧螺母17轴向固定于活塞杆10位于缸筒11内的一端，且与活塞杆10同轴；活塞杆10的另一端依次穿过导向套13和端盖14的中心孔伸出至缸筒11外部。缸筒11的左右两端开设有进出油口1和12，液压缸工作时油液通过这两个进出油口进出液压缸内腔。

所述薄壁套筒104的设计中，材料选择是一个关键因素。薄壁套筒104可采用工程中常用的45号碳素结构用钢；也可考虑其他具有良好弹性变形和恢复性能的材料，如锡青铜合金、铝青铜合金等。另外，薄壁部分的厚度尺寸设计也很重要。本实用新型中，薄壁套筒104薄壁部分厚度尺寸的一种优选方案取为1.5～1.8mm。此外，液压缸工作过程中油液压力值不能超过薄壁套筒所能承受的弹性变形临界载荷值，以避免薄壁套筒薄壁部分出现径向塑性变形而导致间隙调节失效。

实施方式二

图6示出了本实用新型第二种实施方式的结构示意图，其中与第一种实施方式相同的零部件均采用与第一种实施方式图1同样的附图标记，不同结构的相应零部件，比如第一挡圈、内活塞体、薄壁套筒在图6中分别标记为202、203、204。第二种实施方式与第一种实施方式的不同之处还体现在：外活塞体5沿轴向位于第一挡圈202和第二挡圈9之间。内活塞体203不仅在靠近第二挡圈9一侧的外圆周上开设有第一环形槽209，还在靠近第一挡圈202一侧的外圆周上开设有第二环形槽20，第二环形槽20安装有定位挡圈18，薄壁套筒204轴向固定于定位挡圈18与外活塞体5的内孔底面5C之间。

本实用新型实施方式一的工作过程简述如下：

初始状态下，工作油液处于低压，压力油从进出油口1进入液压缸无杆腔，驱动活塞及活塞杆10相对缸筒11向右运动，并从另一进出油口12回油。此时，压力油液经油道16进入薄壁套筒内部空腔6，但薄壁套筒104薄壁部分保持原形，外活塞体5外圆表面与缸筒11内壁之间保持原有的初始间隙。液压缸通过该初始间隙实施间隙密封。当无杆腔油液压力升高时，薄壁套筒内部空腔6中的压力油液将压力均匀地传递给薄壁套筒104，使其薄壁部分产生径向弹性变形，并带动外活塞体5外圆表面也随之产生整体的径向外扩位移，减小活塞与缸筒11内壁之间的密封间隙，从而减小泄漏量，克服了恒间隙密封液压缸随压力增大泄漏量也增加的不足，使液压缸保持较高的容积效率，实现良好而可靠的密封。

有必要指出，当压力油从进出油口12进入到液压缸有杆腔、并通过进出油口1回油时，活塞及活塞杆10相对缸筒11向左运动，此过程不能改变密封间隙并影响泄漏量。亦即，本实用新型适于在液压缸单方向的运动行程中自动调节密封间隙，以消除或减少因压力增大而导致的泄漏量增加问题。

本实用新型实施方式二的工作过程与本实用新型实施方式一的工作过程类似，此处不再赘述。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，本实用新型还可有各种变化和改进，这些变化和改进都落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，用于液压缸活塞与缸筒(11)内壁之间的间隙密封，其特征在于：活塞采用分体式组合结构，由第一挡圈(102，202)、第二挡圈(9)、内活塞体(103，203)、外活塞体(5)、以及薄壁套筒(104，204)组成，并通过锁紧螺母(17)轴向固定于活塞杆(10)位于缸筒(11)内的一端；第一挡圈(102，202)和第二挡圈(9)分别位于活塞的两端；在活塞轴向中间位置并沿活塞杆(10)外圆周向缸筒(11)内壁的径向方向，依次安装有内活塞体(103，203)、薄壁套筒(104，204)和外活塞体(5)；其中，内活塞体(103，203)通过其内孔套装在活塞杆(10)的相应轴径上，内活塞体(103，203)外圆周安装有薄壁套筒(104，204)，薄壁套筒(104，204)薄壁部分的外圆柱面与外活塞体(5)中较大内径的内孔表面(5A)相配合接触；内活塞体(103，203)在一端通过螺纹连接与第二挡圈(9)固定相连，在另一端通过连接螺钉(21)与第一挡圈(102，202)固定相连；外活塞体(5)外圆表面与缸筒(11)内壁之间设有微小径向环形间隙，形成间隙密封；外活塞体(5)外圆表面还设置有若干个彼此平行的环形均压槽(7)；内活塞体(103，203)在与外活塞体(5)中较小内径的内孔表面(5B)相接触的外圆表面上开设有第一环形槽(109，209)，所述第一环形槽(109，209)中安装有第一密封圈(8)；内活塞体(103，203)内孔与活塞杆(10)之间安装有第二密封圈(15)；第一挡圈(102，202)沿圆周方向均布有三个相同形状和尺寸的圆弧形通孔(2A)；所述三个圆弧形通孔(2A)贯穿第一挡圈(102，202)后继续进入内活塞体(103，203)中分别形成三个圆弧形凹槽孔(3A)；所述三个圆弧形通孔(2A)与三个圆弧形凹槽孔(3A)截面形状相同，它们的内部空腔正对、前后贯穿连通形成一条连续的油道(16)，该油道(16)连通第一挡圈(102，202)一侧的无杆腔和薄壁套筒内部空腔(6)。

2.根据权利要求1所述的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，其特征在于：所述外活塞体(5)沿轴向位于薄壁套筒(104)端部凸缘与第二挡圈(9)之间，薄壁套筒(104)端部凸缘与第一挡圈(102)之间通过螺纹连接固定相连。

3.根据权利要求1所述的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，其特征在于：所述外活塞体(5)沿轴向位于第一挡圈(202)和第二挡圈(9)之间；所述内活塞体(203)在靠近第一挡圈(202)一侧的外圆周上还开设有第二环形槽(20)，第二环形槽(20)安装有定位挡圈(18)，薄壁套筒(204)轴向固定于定位挡圈(18)与外活塞体(5)的内孔底面(5C)之间。

4.根据权利要求1所述的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，其特征在于：所述各环形均压槽(7)纵截面形状为半圆形，或非半圆的弧形，或V形，或U形，或半圆形与V形的组合，或半圆形与U形的组合，或半圆形与梯形的组合，或半圆形与矩形的组合。

5.根据权利要求4所述的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，其特征在于：所述纵截面形状为半圆形的各条环形均压槽(7)，沟槽半径尺寸为0.25mm～0.5mm，深度为0.5～1mm；各环形均压槽(7)彼此之间的间距为2mm～5mm。

6.根据权利要求1所述的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，其特征在于：所述第一挡圈(102，202)上的圆弧形通孔(2A)与所述内活塞体(103，203)中的圆弧形凹槽孔(3A)，它们所对应的圆心角都约为60°，径向宽度都约为7毫米，内侧边距圆心的距离均约为35毫米。

7.根据权利要求1、2或3所述的密封间隙可变的液压缸活塞密封装置，其特征在于：所述薄壁套筒(104，204)的材质可采用工程中常用的45号碳素结构用钢，或锡青铜合金，或铝青铜合金。