CN216044759U - 多级式油缸及包括多级式油缸的自卸车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多级式油缸，包括：固定缸筒(2)；至少一个移动缸筒(3)；活塞杆(4)；外套筒(5)；连接在所述活塞杆(4)的顶端上的杆头(20)；以及连接在所述外套筒(5)的顶端内的顶板(10)，顶板(10)限定出通孔(40)，杆头(20)包括凸缘(22)，适配在通孔(40)的第一锥形孔部分(42)内的第一锥形部(23)，适配在通孔(40)的第二锥形孔部分(44)内的第二锥形部(24)，以及从第二锥形部(24)伸出的螺纹段(25)，第一锥形部(23)和第二锥形部(24)都在从凸缘(22)朝向螺纹段(25)的方向上渐缩。本申请还涉及包括上述多级式油缸的自卸车。

Description

多级式油缸及包括多级式油缸的自卸车

技术领域

本申请涉及一种用于重载场合的多级式油缸，以及包括该多级式油缸的自卸车。

背景技术

在各种重载场合工作的车辆，例如典型地用于运输物料(例如，矿物)的自卸车，经常使用多级式油缸作为作动元件。油缸通常设置在自卸车的车架和箱体之间。

总体上，多级式油缸包括固定缸筒和嵌套在固定缸筒中并且可依次伸出的多个移动缸筒，活塞杆可从末级移动缸筒中伸出和收缩。活塞杆外面支撑着外套筒，外套筒的顶部内焊接有顶板，焊接在活塞杆上的杆头穿过顶板上的孔伸出，通过大螺母锁定。活塞杆伸出时致使自卸车的箱体枢转至一倾斜的自卸位置，从而负载可从箱体清空，之后，活塞杆可以收缩以将自卸车箱体降低到车架上。

目前的结构中，杆头的圆柱形部段穿过顶板中的通孔，仅通过其环形凸缘抵接顶板来承担油缸的全部负载，然而，此环形承载表面面积较小，负载较大时此环形接触面易被压溃。压溃发生时，接触面之间会出现间隙，这使得外套筒可能随自卸车的箱体左右摆动，造成活塞杆的断裂。如果大螺母的垫圈被压溃，则大螺母会发生松动，当外套筒随着自卸车的箱体左右摆动时，活塞杆的圆柱形部段和与大螺母啮合的螺纹段连接的位置(特别是通常此位置设有退刀槽)可能发生断裂。

所以，目前这种结构只能适应工况比较好的路面，承载能力低，抵抗疲劳断裂的能力差，抗冲击性能也不高。

实用新型内容

本实用新型的目的是改善油缸操作过程中杆头的承载情况，提高杆头的性能，并因此提高整车的承载能力。

为此，本申请提供了一种用于重载场合、例如用于自卸车中的多级式油缸，以及包括该多级式油缸的自卸车。

本申请的多级式油缸包括：固定缸筒；相对于固定缸筒可伸缩的至少一个移动缸筒；相对于所述移动缸筒可伸缩的活塞杆；随活塞杆一起移动的外套筒；固定地连接到所述外套筒的顶端并且限定出通孔的顶板；以及固定地连接在所述活塞杆的顶端上的杆头，所述杆头穿过所述通孔固定到所述顶板，其中，所述杆头包括凸缘，从凸缘延伸以适配在所述通孔的第一锥形孔部分内的第一锥形部，从第一锥形部延伸以适配在所述通孔的第二锥形孔部分内的第二锥形部，以及从第二锥形部伸出的螺纹段，所述第一锥形部和第二锥形部都在从所述凸缘朝向螺纹段的方向上渐缩。

在一个实施例中，所述第一锥形部的锥度小于所述第二锥形部的锥度。

在一个实施例中，所述第一锥形部的锥度在5-40度之间，所述第二锥形部的锥度在45-80度之间。

在一个实施例中，所述第一锥形部的轴向长度大于所述第一锥形孔部分的深度，所述第二锥形部的轴向长度等于或略小于所述第二锥形孔部分的深度。

在一个实施例中，所述顶板包括限定出所述通孔的中央凸部和位于所述中央凸部径向外面的环形部分，所述中央凸部的厚度大于所述环形部分的厚度。

在一个实施例中，所述中央凸部具有面对着杆头的凸缘但从其间隔开的平坦表面。

在一个实施例中，所述中央凸部的平坦表面与所述凸缘的相对表面间隔开2-8mm。

在一个实施例中，所述所述环形部分具有面对着杆头的凸缘的倾斜表面或弯曲表面，使得所述所述环形部分的厚度从外周径向向内逐渐增大。

在一个实施例中，所述杆头被焊接到所述活塞杆的顶端，并且所述顶板被焊接到所述外套筒。

本申请的自卸车包括如上所述的多级式油缸。

本申请的多级式油缸，全部负载由杆头和顶板之间的两对相配合的锥形表面承担，形成双锥形表面承载结构。这增加了杆头的承载表面的面积，减小了杆头中的应力，提高了杆头的性能，因而能够增大自卸车的承载能力。利用本申请的双锥形表面承载结构，油缸的负载不再传递到与杆头的螺纹段啮合的大螺母，降低了大螺母失效的风险。

附图说明

下面将参考附图通过示例的方式描述本申请的实施方式，在附图中：

图1是采用了根据本申请的多级式油缸的自卸车的示意图；

图2、图3分别是在根据本申请的一种实施方式的油缸的外套筒的顶部和底部处所作的局部剖视图；

图4是在本申请的油缸的固定缸筒的底部处所作的局部剖视图；

图5是杆头的零件图；

图6是油缸的杆头和顶板的放大分解图。

具体实施方式

本申请总体上涉及重载多级式油缸，这种重载油缸可以用在各种重载工作场合，诸如冶金、矿山设备、煤矿机械设备、石化机械、船舶机械、建筑机械等工程领域，用作作动元件。

本申请的多级式油缸的一种典型应用是用在自卸车上，下面将以图1中示意性显示的自卸车为例说明本申请的多级式油缸结构。

参考图1，多级式油缸1主要包括：固定缸筒(基筒)2；嵌套地安装在固定缸筒2中并且可依次伸出的多个移动缸筒3；嵌套在末级移动缸筒3中并且可从末级移动缸筒3伸出的活塞杆4；以及由活塞杆4支撑着的外套筒5。固定缸筒2的底部配备有下耳轴6，外套筒5的底部配备有上耳轴7。本文中，所谓固定缸筒2是指其不像移动缸筒3那样可伸缩。固定缸筒2能够以下耳轴6为支点转动。

油缸1安装在自卸车中，下耳轴6可枢转地安装在车架8上，上耳轴7可枢转地支撑着箱体9的纵向一端(前端)。在图1中，油缸1处在完全伸长状态，其中各移动缸筒3依次从固定缸筒2伸出，活塞杆4从末级移动缸筒3伸出，使得箱体9处在倾斜的自卸位置。

在多级油缸1处在完全缩回状态时，各移动缸筒3位于固定缸筒2中，活塞杆4位于末级移动缸筒3中，而外套筒5套在固定缸筒2外面。多级油缸的这种配置和动作方式是本领域公知的，这里不再详细描述。

根据本申请的一种可行实施方式的多级油缸1的各处细节分别在图2至图4中展示(多级油缸1处在缩回位置)。

首先参看图2，图中展现了外套筒5顶部处的结构，其中，顶板10被固定地连接、例如焊接在外套筒5的顶部内。活塞杆4是空心的，活塞杆4的上端被紧固、例如焊接到杆头20的下端。大螺母12通过螺纹啮合与杆头20连接。在一个例子中，大螺母12是M48非金属嵌件大螺母。

在多级油缸1的缩回位置，各移动缸筒3围绕着活塞杆4，固定缸筒2围绕着各移动缸筒3。每个缸筒(移动缸筒3和固定缸筒2)的内壁上靠近上端装有限位环16。

参看图3，图中展现了外套筒5底部处的结构，其中，围绕外套筒5的底部装有一对上耳轴7。这对上耳轴7沿着彼此相反的径向反向延伸。上耳轴7可以被安装到适于被多级油缸1驱动的动作部件(例如图1中的箱体9)的对应结构上，使得多级油缸1可通过上耳轴7驱动该动作部件运动，同时允许该动作部件相对于外套筒5绕上耳轴7转动。

参看图4，图中展现了固定缸筒2底部的结构，其中，围绕固定缸筒2的底部装有一对下耳轴18。这对下耳轴18沿着彼此相反的径向反向延伸，平行于所述一对上耳轴7。下耳轴18可以被安装到支撑部件(例如图1中的车架8)的对应结构上，使得整个多级油缸1可绕下耳轴18相对于支撑部件转动(摆动)。下耳轴18通过套环19安装在固定缸筒2的底部。套环19围绕着固定缸筒2的底部，套环19的上边缘通过一圈焊缝A焊接到固定缸筒2的外壁，套环19的下边缘形成向内的翻边，该翻边抓持于固定缸筒2的底缘。可选地，套环19的下边缘也可以不设翻边结构，而是通过类似于焊缝A的另外一圈焊缝焊接到固定缸筒2的外壁。

活塞杆4以及每个移动缸筒3分别在其外壁上靠近下端装有至少两个轴向间隔开的滑块17。当各移动缸筒3和活塞杆4依次伸出时，它们上的滑块17中的靠上的那个将接触到面对的缸筒内壁上的限位环16，由此限定各移动缸筒3和活塞杆4的最大伸出长度。采用轴向相隔的至少两个滑块17，可增加活塞杆4以及每个移动缸筒3的径向受力点和受力面积，使得油缸的刚度增大，抗偏载能力提高。

下面参照图2，5和6描述外套筒5顶部处的结构细节，其中图5示出了杆头20的零件图，图6是油缸的杆头20和顶板10的放大分解图。

在图2中，顶板10通过其上边缘外周处的一圈焊缝C焊接在外套筒5顶部内，活塞杆4的上端通过一圈焊缝D焊接到杆头20的下端。当然，焊接可以由本领域内已知的任何其它固定连接方式代替。

参考图5，示出了根据本申请的实施例的杆头20结构。杆头20可以是一体式实心结构，包括：扁圆柱形的下端21，其适合于插入活塞杆4的上端中；位于下端21上方的凸缘22，其直径大于下端21；由凸缘22的上表面中央依次向上延伸的第一锥形部23和第二锥形部24；以及位于第二锥形部24上方同轴延伸的螺纹段25。具体地，第一锥形部23的外部尺寸从与凸缘22连接的第一端渐缩至与第二锥形部24连接的相反的第二端，第二锥形部24的外部尺寸从与第一锥形部23连接的第一端渐缩至与螺纹段25连接的相反的第二端，即，第一锥形部23和第二锥形部24都是在从凸缘22朝向螺纹段25的轴向方向上渐缩。同时，第一锥形部23的锥度小于第二锥形部24的锥度。较佳地，第一锥形部23的锥度在5-40度之间，更优选5-15度之间，第二锥形部24的锥度在45-80度之间，更优选70-80度之间。

结合图2，5和6，顶板10限定出允许杆头20穿过的通孔40，通孔40包括与第一锥形部23适配的第一锥形孔部分42和与第二锥形部24适配的第二锥形孔部分44。通孔40的第一锥形孔部分42和第二锥形孔部分44分别具有与第一锥形部23和第二锥形部24相同的锥度。第一锥形孔部分42和第二锥形孔部分44限定阶梯部45，用于接合杆头20的第一锥形部23和第二锥形部24之间的肩部29。如图6所示，第一锥形孔部分42和第二锥形孔部分44分别具有第一深度H1和第二深度H2，第一锥形部23和第二锥形部24分别具有轴向长度L1和L2。

在图示的实施例中，油缸操作过程中，杆头20的第一锥形部23与顶板10的第一锥形孔部分42配合，杆头20的第二锥形部24与顶板10的第二锥形孔部分44配合。另外，在图示实施例中，杆头20的第一锥形部23的轴向长度L1大于顶板10的第一锥形孔部分42的深度H1，杆头20的第二锥形部24的轴向长度L2约等于或者略小于顶板10的第二锥形孔部分44的深度H2，这使得杆头20的两个锥形部和两个对应的锥形孔部分能够充分的接触，最大限度地承载。同时，凸缘20不与顶板10直接接触，如图2所示。两者之间的间隙在2-8mm，优选2-5mm。

这样，油缸、具体为其活塞杆4和杆头20承受的负载全部由第一锥形部23和第二锥形部24的双锥形外表面承担，承受负载力的是两个锥形外表面的面积，构成双锥表面承载结构。与现有结构中的较小环形接触面承载结构相比，承载面积增大了很多，相应地的杆头20内的应力减小，提高了活塞杆4的杆头20的性能。因为凸缘22不与顶板10接触，所以负载力不会传导到大螺母12上，这能够减小大螺母12失效的风险。

对于杆头20来说，通过具有不同锥度的两个锥形部23和24，从较小横截面的螺纹段25增大到较大横截面的凸缘22，横截面的增大较平缓，减小了杆头20横截面面积的变化率，提高了疲劳强度。杆头20的强度的提升，又可以提高整车的承载能力和抗偏载能力。

另外，参考图2和6，为了提供上述双锥表面承载结构并且提高自身的强度，顶板10包括限定出通孔40的中央凸台52，中央凸台52具有与环形部分54相比增加的厚度，以此提供与杆头20的第一锥形部23和第二锥形部24相配合的第一锥形孔部分42和第二锥形孔部分44，提供尽可能大的锥形承载表面。

在图示的实施例中，顶板10的中央凸台52包括朝向杆头20的凸缘22的平坦表面52a。环形部分54的斜面54a和中央凸台52的平坦表面52a构成顶板10的内表面10a。为了使顶板10的厚度过渡平缓，尽可能减少应力集中，环形部分54的斜面54a和中央凸台52的平坦表面52a之间设置导圆部53a。

可以设想，环形部分54也可以具有恒定的厚度，从而图示中的斜面54a用与中央凸台52的平坦表面52a大致平行的表面代替。根据本申请的原理，在能够保证提供具有足够深度的第一锥形孔部分42和第二锥形孔部分44、从而能够保证具有足够大的锥形承载表面的情况下，环形部分54和中央凸台52可以具有任何形式的结构。

由于中央凸台52的平坦表面52a不与杆头20的凸缘22直接接触，表面52a的形状和尺寸也不作限定，可以根据实际需要改变。

同样，根据本申请的原理，杆头20可以包括多于两个的锥形部，以便提供横截面更加平缓变化的杆头20，相应地，顶板10包括与每一个锥形部对应的孔部分。

在图示实施例中，凸缘22的下表面22a形成斜坡面或诸如弧形的曲面，对应地，活塞杆4的上端也形成斜坡面或斜坡面或曲面，从而在下端21插入活塞杆4的上端中后，在凸缘22的下表面与活塞杆4的上端之间产生用于焊接的焊道，以便通过焊接将两者焊接到一起。

较佳地，为了进一步减少因顶部结构变形而导致的松动风险，大螺母12可以用是防松螺母，或者采用诸如渗氮热等处理工艺处理过的特殊高强度、不易变形的大螺母；垫圈13(图1)可以是防松垫圈或自锁垫圈，例如具有特殊防松结构的Nord-Lock自锁垫圈。

本申请的双锥形表面承载结构，通过两对相配合的锥形表面承受油缸的负载，增加了杆头的承载表面面积，减小了杆头中的应力，提高了杆头的性能，能够增大自卸车的承载能力并提高了整车的抗偏载能力。利用本申请的双锥形表面承载结构，油缸的负载不再传递到与杆头的螺纹段啮合的大螺母，降低了大螺母失效的风险。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节，本领域技术人员可以根据具体需要对前面描述的结构做出各种适应性修改。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种多级式油缸，包括：

固定缸筒(2)；

相对于固定缸筒(2)可伸缩的至少一个移动缸筒(3)；

相对于所述移动缸筒(3)可伸缩的活塞杆(4)；

随活塞杆(4)一起移动的外套筒(5)；

固定地连接到所述外套筒(5)的顶端并且限定出通孔(40)的顶板(10)；以及

固定地连接在所述活塞杆(4)的顶端上的杆头(20)，所述杆头(20)穿过所述通孔(40)固定到所述顶板(10)，

其特征在于，所述杆头(20)包括凸缘(22)，从凸缘(22)延伸以适配在所述通孔(40)的第一锥形孔部分(42)内的第一锥形部(23)，从第一锥形部(23)延伸以适配在所述通孔(40)的第二锥形孔部分(44)内的第二锥形部(24)，以及从第二锥形部(24)伸出的螺纹段(25)，所述第一锥形部(23)和第二锥形部(24)都在从所述凸缘(22)朝向螺纹段(25)的方向上渐缩。

2.如权利要求1所述的多级式油缸，其特征在于，所述第一锥形部(23)的锥度小于所述第二锥形部(24)的锥度。

3.如权利要求2所述的多级式油缸，其特征在于，所述第一锥形部(23)的锥度在5-40度之间，所述第二锥形部(24)的锥度在45-80度之间。

4.如权利要求2所述的多级式油缸，其特征在于，所述第一锥形部(23)的轴向长度大于所述第一锥形孔部分(42)的深度，所述第二锥形部(24)的轴向长度等于或略小于所述第二锥形孔部分(44)的深度。

5.如权利要求4所述的多级式油缸，其特征在于，所述顶板(10)包括限定出所述通孔(40)的中央凸部(52)和位于所述中央凸部(52)径向外面的环形部分(54)，所述中央凸部(52)的厚度大于所述环形部分(54)的厚度。

6.如权利要求5所述的多级式油缸，其特征在于，所述中央凸部(52)具有面对着杆头(20)的凸缘(22)但从其间隔开的平坦表面(52a)。

7.如权利要求6所述的多级式油缸，其特征在于，所述中央凸部(52)的平坦表面(52a)与所述凸缘(22)的相对表面间隔开2-8mm。

8.如权利要求5-7中任一项所述的多级式油缸，其特征在于，所述环形部分(54)具有面对着杆头(20)的凸缘(22)的倾斜表面(54a)或弯曲表面，使得所述环形部分(54)的厚度从外周径向向内逐渐增大。

9.如权利要求1-7中任一项所述的多级式油缸，其特征在于，所述杆头(20)被焊接到所述活塞杆(4)的顶端，并且所述顶板(10)被焊接到所述外套筒(5)。

10.一种自卸车，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的多级式油缸。

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