CN218509858U - 三级等推力液压缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液压缸技术领域，尤其涉及一种三级等推力液压缸，包括：一级缸筒，一级缸筒内同轴设置有一级活塞杆，一级缸筒内部设置有第一腔室，二级缸筒，二级缸筒设置在一级活塞杆内，且与一级活塞杆同轴固定连接，二级缸筒内设第二腔室，二级缸筒内设有二级活塞杆，二级活塞杆的一端固定连接有二级活塞，二级活塞杆内设有第三腔室；三级缸筒，三级缸筒沿轴向活动设置在二级活塞杆内，三级缸筒内设有第四腔室，第一腔室、第二腔室的有效作用面积相等，第三腔室和第四腔室的有效作用面积之和等于第二腔室的有效作用面积。本实用新型的三级等推力液压缸，有效减少换级压力变化的冲击，增加了主推油缸可推动管片的数量。

Description

三级等推力液压缸

技术领域

本实用新型涉及液压缸技术领域，尤其涉及一种三级等推力液压缸。

背景技术

在隧道施工设备中，有一种比较特殊的隧道掘进设备——顶管机，顶管机是将预制好的管片从始发井洞口吊入，采用主推油缸将管片顶入隧道。顶管机主推油缸沿着隧道掘进方向放置，缸底端靠在洞口后壁，杆头端顶在管片上，将管片沿着隧道掘进方向推进。在有些工地，为了减小始发井开挖成本，要求始发井空间更小，主推油缸会采用多级油缸来进行顶推。多级油缸的优点是：与单级油缸同样的行程，它具有更小的轴向安装空间，这样大大节省了主推油缸安装空间，级数越多，节省空间越多。普通多级油缸为伸缩套筒结构形式，是一级套一级，油缸每一级的面积是递减的，在工作压力不变的情况下，推力每一级是递减的，而管片推进过程中随着管片数量增加负载会越大，这样在推进过程中，主推油缸最小一级在系统最大压力下随着管片数量增加将无法推动管片，而且在推同一块管片时，负载是不变的，油缸的工作压力随着面积变小而增大，因此，普通多级油缸可推动的管片数量将是有限的。

目前市场上常用的三级油缸结构示意图如图1所示，一级缸径D1’，有效施力面积S1’，二级缸径D2’，有效施力面积S2’，三级缸径D3’，有效施力面积S3’，油缸工作压力为P’，则油缸每一级推力计算如下：

一级推力F1’＝S1’×P1’＝D1’²×π/4×P1’；

二级推力F2’＝S2’×P2’＝D2’²×π/4×P2’；

三级推力F3’＝S3’×P3’＝D3’²×π/4×P3’；

当负载恒定时：F1’＝F2’＝F3’，因为S1’＞S2’＞S3’，所以P1’＜P2’＜P3’；油缸在伸出过程压力逐渐增大，换级时压力阶梯变化，会有压力冲击；油缸的最大推力取决于最小一级的推力F3’，因此D3’直径越小，油缸可推动的负载则越小。

因此，在恒定负载的工况下，至少会存在以下两个缺点：1、负载恒定，换级压力突变，换级会有压力冲击；2、油缸在最大系统压力下工作时，油缸的最大推力取决于最小一级的缸径，可推动的负载较小。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的多级油缸在换级时存在压力冲击以及推动管片数量较少的技术问题。本实用新型提供一种三级等推力液压缸，在满足较小的安装空间情况下，它在负载恒定时，每一级的推力近似相等，油缸的工作压力近似相同，有效地增加了主推油缸可推动管片的数量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三级等推力液压缸，包括：

一级缸筒，所述一级缸筒内同轴设置有一级活塞杆，所述一级活塞杆内部沿轴向设置有第一安装腔，所述一级缸筒内部设置有第一腔室，所述一级缸筒上设有与第一腔室连通的第一油口，所述一级缸筒上设有第二油口；

二级缸筒，所述二级缸筒设置在第一安装腔内，且与一级活塞杆同轴固定连接，所述二级缸筒内设第二腔室，所述二级缸筒内设有二级活塞杆，所述二级活塞杆的一端固定连接有二级活塞，所述二级活塞杆内设置有第二安装腔，所述二级活塞杆内设有第三腔室；

三级缸筒，所述三级缸筒沿轴向活动设置在第二安装腔内，所述三级缸筒内设三级活塞杆、三级活塞，所述三级活塞固定设置在三级活塞杆的一端，所述三级活塞杆的另一端与二级活塞固定连接，所述三级活塞将所述三级缸筒内部分为第四腔室和第五腔室；

所述第二腔室、第三腔室、第四腔室均设置有油路与所述第一油口连通，所述第五腔室设置有油路与所述第二油口连通，所述第一腔室、第二腔室的有效作用面积相等，所述第三腔室和第四腔室的有效作用面积之和等于所述第二腔室的有效作用面积。

进一步地，所述的三级等推力液压缸，为了便于一级活塞杆的滑动，还包括一级套筒，所述一级套筒同轴设置在一级缸筒内，并通过一级缸底和所述一级缸筒固定连接，所述一级活塞杆滑动设置在所述一级套筒和所述一级缸筒之间。

进一步地，所述一级活塞杆的后端设置有一级活塞，所述一级活塞的后端面、所述一级缸底的前端面、所述一级缸筒的内壁以及所述一级套筒的外壁之间形成第一腔室。

进一步地，所述二级缸筒的后端固设有二级缸底，所述二级活塞的后端面、所述二级缸底的前端面、所述二级缸筒内壁之间形成第二腔室。

进一步地，所述三级缸筒的后端固设有三级导向套，且所述三级导向套套设在所述三级活塞杆上，所述三级导向套的后端面、所述二级活塞的前端面、所述二级活塞杆的内壁以及三级活塞杆的外壁之间形成第三腔室。

进一步地，所述三级缸筒的前端固设有杆头，所述杆头的后端面、所述三级活塞的前端面、所述三级缸筒之间形成第四腔室，所述三级活塞的后端面、所述三级导向套的前端面、所述三级缸筒的内壁以及所述三级活塞杆的外壁之间形成第五腔室。

进一步地，所述一级缸筒的前端固设有一级导向套，所述一级导向套位于所述一级缸筒和所述一级活塞杆之间，所述一级导向套的后端面、所述一级活塞的前端面、所述一级缸筒的内壁以及所述一级活塞杆的外壁之间形成第七腔室，所述第七腔室连通第二油口。

进一步地，所述二级缸筒的前端向内延伸有二级缸筒台阶面，所述二级活塞杆的后端向外延伸有二级活塞杆台阶面，所述二级缸筒台阶面、所述二级活塞杆台阶面、所述二级缸筒内壁以及所述二级活塞杆的外壁形成第六腔室，所述第七腔室通过油路连接第六腔室。

进一步地，所述一级活塞杆内设有第一油路，所述第一油路的一端连通所述第一腔室，所述一级活塞杆内还设有第五油路，所述第五油路的一端连通所述第七腔室，所述第五油路的另一端连通所述第六腔室。

进一步地，所述二级缸筒内设有第二油路，所述第二油路的一端连通所述第一油路的另一端，所述第二油路的另一端连通所述第二腔室。

进一步地，所述二级活塞上设有第三油路，所述第三油路的一端连通所述第二腔室，所述第三油路的另一端连通所述第三腔室。

进一步地，所述三级活塞杆内设有第四油路和第六油路，所述第四油路的一端连通所述第二腔室，所述第四油路的另一端连通所述第四腔室，所述第六油路的一端通过所述二级活塞内的管路连通所述第六腔室，所述第六油路的另一端连通所述第五腔室。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的三级等推力液压缸，第一腔室、第二腔室的有效作用面积相等，第三腔室和第四腔室的有效作用面积之和等于第二腔室的有效作用面积，使得每一级的施力面积近似相等，在恒定负载情况下，压力也保持相同，各级输出的推力近似相同，进一步地，油缸工作压力相同，有效减小了油缸换级时压力变化产生的压力冲击。而且本实用新型通过结构的设计，油缸的最大推力面积取决于二级缸筒缸径大小，将大于三级缸筒缸径，有效地增加了主推油缸可推动管片的数量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是现有技术中的三级油缸结构示意图；

图2是本实用新型的三级等推力液压缸结构示意图；

图3是本实用新型的三级等推力液压缸伸出油路示意图；

图4是本实用新型的三级等推力液压缸缩回油路示意图。

图中：

1、一级缸筒；11、一级活塞杆；12、第一安装腔；13、第一腔室；14、第一油口；15、第二油口；16、一级缸底；17、一级活塞；18、第七腔室；19、一级导向套；2、二级缸筒；21、第二腔室；22、二级活塞杆；23、二级活塞；24、第二安装腔；25、第三腔室；26、二级缸底；27、第六腔室；3、三级缸筒；31、三级活塞杆；32、三级活塞；33、第四腔室；34、第五腔室；35、三级导向套；36、杆头；4、一级套筒；51、第一油路；52、第二油路；53、第三油路；54、第四油路；55、第五油路；56、第六油路。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图2所示，是本实用新型的最优实施例，一种三级等推力液压缸，包括一级缸筒1、二级缸筒2、和三级缸筒3，一级缸筒1内同轴设置有一级活塞杆11，一级活塞杆11的后端设置有一级活塞17，一级活塞17将一级缸筒1分为一级有杆腔和一级无杆腔，一级活塞杆11内部沿轴向设置有第一安装腔12，一级缸筒1内部设置有第一腔室13，一级无杆腔即为第一腔室13，一级缸筒1上设有与第一腔室13连通的第一油口14，一级缸筒1上设有与第一有杆腔连通的第二油口15。

二级缸筒2设置在第一安装腔12内，且与一级活塞杆11同轴固定连接，二级缸筒2内设第二腔室21，二级缸筒2内设有二级活塞杆22，二级活塞杆22的一端固定连接有二级活塞23，二级活塞杆22内设置有第二安装腔24，二级活塞杆22内设有第三腔室25。

三级缸筒3沿轴向活动设置在第二安装腔24内，三级缸筒3内设三级活塞杆31、三级活塞32，三级活塞32固定设置在三级活塞杆31的一端，三级活塞杆31的另一端与二级活塞23固定连接，三级活塞32将三级缸筒3内部分为第四腔室33和第五腔室34；

第二腔室21、第三腔室25和第四腔室33均设置有油路与第一油口14连通，第五腔室34设置有油路与第二油口15连通，第一腔室13、第二腔室21的有效作用面积相等，第三腔室25和第四腔室33的有效作用面积之和等于第二腔室21的有效作用面积。

本实施例的三级等推力液压缸，第一腔室、第二腔室的有效作用面积相等，第三腔室和第四腔室的有效作用面积之和等于第二腔室的有效作用面积，使得每一级的施力面积近似相等，在恒定负载情况下，压力也保持相同，各级输出的推力相同。

本实用新型的三级等推力液压缸，还包括一级套筒4，一级套筒4同轴设置在一级缸筒1内，并通过一级缸底16和一级缸筒1固定连接，一级活塞杆11滑动设置在一级套筒4和一级缸筒1之间。

一级活塞17的后端面、一级缸底16的前端面、一级缸筒1的内壁以及一级套筒4的外壁之间形成第一腔室13。二级缸筒2的后端固设有二级缸底26，二级活塞23的后端面、二级缸底26的前端面、二级缸筒2内壁之间形成第二腔室21。

三级缸筒3的后端固设有三级导向套35，且三级导向套35套设在三级活塞杆31上，三级导向套35的后端面、二级活塞23的前端面、二级活塞杆22的内壁以及三级活塞杆31的外壁之间形成第三腔室25。二级活塞23上设有第三油路53，第三油路53的一端连通第二腔室21，第三油路53的另一端连通第三腔室25。

三级缸筒3的前端固设有杆头36，杆头36的后端面、三级活塞32的前端面、三级缸筒3之间形成第四腔室33，三级活塞杆31内设有第四油路54和第六油路56，第四油路54的一端连通第二腔室21，第四油路54的另一端连通第四腔室33，三级活塞32的后端面、三级导向套35的前端面、三级缸筒3的内壁以及三级活塞杆31的外壁之间形成第五腔室34，第六油路56的一端通过二级活塞23内的管路连通第六腔室27，第六油路56的另一端连通第五腔室34。

一级缸筒1的前端固设有一级导向套19，一级导向套19位于一级缸筒1和一级活塞杆11之间，一级导向套19的后端面、一级活塞17的前端面、一级缸筒1的内壁以及一级活塞杆11的外壁之间形成第七腔室18，第七腔室18连通第二油口15。

二级缸筒2的前端向内延伸有二级缸筒2台阶面，二级活塞杆22的后端向外延伸有二级活塞杆22台阶面，二级缸筒2台阶面、二级活塞杆22台阶面、二级缸筒2内壁以及二级活塞杆22的外壁形成第六腔室27，第七腔室18通过油路连接第六腔室27。

一级活塞杆11内设有第一油路51，第一油路51的一端连通第一腔室13，一级活塞杆11内还设有第五油路55，第五油路55的一端连通第七腔室18，第五油路55的另一端连通第六腔室27。二级缸筒2内设有第二油路52，第二油路52的一端连通第一油路51的另一端，第二油路52的另一端连通第二腔室21。

伸出原理，如图3所示：第一油口14进油，油液到达第一腔室13，推动一级活塞杆11伸出，一级活塞杆11和二级缸筒2固定连接，二级缸底26和二级缸筒2固定连接，因此，二级缸筒2和二级缸底26跟随一级活塞杆11一同伸出，二级活塞杆22、三级缸筒3以及三级活塞杆31滑动设置在二级缸筒2和二级缸底26内部，因此，二级活塞杆22、三级缸筒3以及三级活塞杆31跟随一级活塞杆11从动伸出；

设一级活塞杆11的活动行程为L1，随着一级活塞杆11的不断伸出，L1逐渐增大，当行程L1达到最大时，油液通过一级活塞杆11上第一油路51到达二级缸筒2环形槽，再通过二级缸筒2上第二油路52到达第二腔室21，推动二级活塞杆22伸出，二级活塞23固定设置在二级活塞杆22的底部，三级活塞杆31固定设置在二级活塞23上，因此，三级活塞杆31跟随二级活塞杆22一同伸出，三级缸筒3滑动设置在二级活塞杆22和二级活塞23的内部，因此，三级缸筒3跟随二级活塞杆23从动伸出；

设二级活塞杆22的活动行程为L2，随着二级活塞杆22的不断伸出，L2逐渐增大，当行程L2达到最大时，油液通过二级活塞23上的第三油路53到达第三腔室25，同时，通过三级活塞杆31上的第四油路54到达第四腔室33，共同推动三级缸筒3伸出，三级导向套35和杆头36均与三级缸筒3固定连接，因此，三级导向套35和杆头36跟随三级缸筒35一同伸出。

缩回原理，如图4所示：第二油口15进油，油液到达第七腔室18，推动一级活塞杆11缩回，一级活塞杆11和二级缸筒2固定连接，二级缸底26和二级缸筒2固定连接，因此，二级缸筒2和二级缸底26跟随一级活塞杆11一同缩回，当行程L1＝0时，油液通过一级活塞杆11上第五油路55到达二级缸筒2环形槽，再通过二级缸筒2油孔到达第六腔室27，推动二级活塞杆22缩回，二级活塞23固定设置在二级活塞杆22的底部，三级活塞杆31固定设置在二级活塞23上，因此，三级活塞杆31跟随二级活塞杆22一同缩回，当行程L2＝0时，油液通过二级活塞23上的环形槽、过油孔和三级活塞杆31上的第六油路56到达第五腔室34，推动三级缸筒3缩回，三级导向套35和杆头36均与三级缸筒3固定连接，因此，三级导向套35和杆头36跟随三级缸筒35一同缩回。

设一级缸筒1的内径为D1，一级套筒4的外径为d1，二级缸筒2的内径为D2，二级活塞杆22的内径为D3，三级活塞杆31的内径为d3，三级缸筒3的内径为D4；推力F＝面积S×油压P。

每一级推力计算：

一级推力F1＝S1×P1＝(D1²-d1²)×π/4×P1；

二级推力F2＝S2×P2＝D2²×π/4×P2；

三级推力F3＝(S3+S4)×P3＝(D3²-d3²+D4²)×π/4×P3；

油压P相等的情况下，通过设计合适的尺寸D1、d1、D2、D3、d3、D4使得每级推力F1＝F2＝F3，从而实现每级推力相等。

综上所述，本实用新型的三级等推力液压缸，第一腔室13、第二腔室21的有效作用面积相等，第三腔室25和第四腔室33的有效作用面积之和等于第二腔室21的有效作用面积，使得每一级的施力面积近似相等，在恒定负载情况下，各级输出的推力近似相同，进一步地，油缸工作压力相同，有效减小了油缸换级时压力变化产生的压力冲击。而且本实用新型通过结构的设计，油缸的最大推力面积取决于二级缸筒2缸径大小，将大于三级缸筒3缸径，有效地增加了主推油缸可推动管片的数量。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种三级等推力液压缸，其特征在于，包括：

一级缸筒(1)，所述一级缸筒(1)内同轴设置有一级活塞杆(11)，所述一级活塞杆(11)内部沿轴向设置有第一安装腔(12)，所述一级缸筒(1)内部设置有第一腔室(13)，所述一级缸筒(1)上设有与第一腔室(13)连通的第一油口(14)，所述一级缸筒(1)上设有第二油口(15)；

二级缸筒(2)，所述二级缸筒(2)设置在第一安装腔(12)内，且与一级活塞杆(11)同轴固定连接，所述二级缸筒(2)内设第二腔室(21)，所述二级缸筒(2)内设有二级活塞杆(22)，所述二级活塞杆(22)的一端固定连接有二级活塞(23)，所述二级活塞杆(22)内设置有第二安装腔(24)，所述二级活塞杆(22)内设有第三腔室(25)；

三级缸筒(3)，所述三级缸筒(3)沿轴向活动设置在第二安装腔(24)内，所述三级缸筒(3)内设三级活塞杆(31)、三级活塞(32)，所述三级活塞(32)固定设置在三级活塞杆(31)的一端，所述三级活塞杆(31)的另一端与二级活塞(23)固定连接，所述三级活塞(32)将所述三级缸筒(3)内部分为第四腔室(33)和第五腔室(34)；

所述第二腔室(21)、第三腔室(25)和第四腔室(33)均设置有油路与所述第一油口(14)连通，所述第五腔室(34)设置有油路与所述第二油口(15)连通，所述第一腔室(13)、第二腔室(21)的有效作用面积相等，所述第三腔室(25)和第四腔室(33)的有效作用面积之和等于所述第二腔室(21)的有效作用面积。

2.如权利要求1所述的三级等推力液压缸，其特征在于，还包括一级套筒(4)，所述一级套筒(4)同轴设置在一级缸筒(1)内，并通过一级缸底(16)和所述一级缸筒(1)固定连接，所述一级活塞杆(11)滑动设置在所述一级套筒(4)和所述一级缸筒(1)之间。

3.如权利要求2所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述一级活塞杆(11)的后端设置有一级活塞(17)，所述一级活塞(17)的后端面、所述一级缸底(16)的前端面、所述一级缸筒(1)的内壁以及所述一级套筒(4)的外壁之间形成第一腔室(13)。

4.如权利要求3所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述二级缸筒(2)的后端固设有二级缸底(26)，所述二级活塞(23)的后端面、所述二级缸底(26)的前端面、所述二级缸筒(2)内壁之间形成第二腔室(21)。

5.如权利要求4所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述三级缸筒(3)的后端固设有三级导向套(35)，且所述三级导向套(35)套设在所述三级活塞杆(31)上，所述三级导向套(35)的后端面、所述二级活塞(23)的前端面、所述二级活塞杆(22)的内壁以及三级活塞杆(31)的外壁之间形成第三腔室(25)。

6.如权利要求5所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述三级缸筒(3)的前端固设有杆头(36)，所述杆头(36)的后端面、所述三级活塞(32)的前端面、所述三级缸筒(3)之间形成第四腔室(33)，所述三级活塞(32)的后端面、所述三级导向套(35)的前端面、所述三级缸筒(3)的内壁以及所述三级活塞杆(31)的外壁之间形成第五腔室(34)。

7.如权利要求6所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述一级缸筒(1)的前端固设有一级导向套(19)，所述一级导向套(19)位于所述一级缸筒(1)和所述一级活塞杆(11)之间，所述一级导向套(19)的后端面、所述一级活塞(17)的前端面、所述一级缸筒(1)的内壁以及所述一级活塞杆(11)的外壁之间形成第七腔室(18)，所述第七腔室(18)连通第二油口(15)。

8.如权利要求7所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述二级缸筒(2)的前端向内延伸有二级缸筒(2)台阶面，所述二级活塞杆(22)的后端向外延伸有二级活塞杆(22)台阶面，所述二级缸筒(2)台阶面、所述二级活塞杆(22)台阶面、所述二级缸筒(2)内壁以及所述二级活塞杆(22)的外壁形成第六腔室(27)，所述第七腔室(18)通过油路连接第六腔室(27)。

9.如权利要求8所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述一级活塞杆(11)内设有第一油路(51)，所述第一油路(51)的一端连通所述第一腔室(13)，所述一级活塞杆(11)内还设有第五油路(55)，所述第五油路(55)的一端连通所述第七腔室(18)，所述第五油路(55)的另一端连通所述第六腔室(27)。

10.如权利要求9所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述二级缸筒(2)内设有第二油路(52)，所述第二油路(52)的一端连通所述第一油路(51)的另一端，所述第二油路(52)的另一端连通所述第二腔室(21)。

11.如权利要求10所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述二级活塞(23)上设有第三油路(53)，所述第三油路(53)的一端连通所述第二腔室(21)，所述第三油路(53)的另一端连通所述第三腔室(25)。

12.如权利要求11所述的三级等推力液压缸，其特征在于，所述三级活塞杆(31)内设有第四油路(54)和第六油路(56)，所述第四油路(54)的一端连通所述第二腔室(21)，所述第四油路(54)的另一端连通所述第四腔室(33)，所述第六油路(56)的一端通过所述二级活塞(23)内的管路连通所述第六腔室(27)，所述第六油路(56)的另一端连通所述第五腔室(34)。

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