專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三段式活塞短行程液壓缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓技術(shù)，尤其涉及一種三段式活塞短行程液壓缸。
背景技術(shù)：
目前的液壓缸通常由以下幾部分組成裝在圓柱形缸筒內(nèi)部的活塞、與活塞連接的活塞 桿、前后缸蓋以及密封件，在活塞的兩端與缸筒和缸蓋之間形成兩個(gè)油腔，而活塞桿穿過(guò)缸 蓋伸出液壓缸。為實(shí)現(xiàn)缸體內(nèi)兩油腔的密封，密封件有靜密封和動(dòng)密封，而動(dòng)密封分為活塞 動(dòng)密封和活塞桿動(dòng)密封。靜密封用于防止液體從缸蓋處向外泄漏，活塞動(dòng)密封用于防止液壓 缸兩個(gè)油腔之間的內(nèi)泄漏，而活塞桿動(dòng)密封用于防止液體從活塞桿處向外泄漏。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 活塞桿與密封件之間會(huì)產(chǎn)生摩擦磨損，這種摩擦磨損隨著壓力波動(dòng)和使用時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇 ，液壓缸活塞桿短行程快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 一般是活塞桿先磨損，活塞桿動(dòng)密封先失效，液體 從活塞桿處向外泄漏，造成液壓缸不能繼續(xù)使用。由于缸蓋處的靜密封要承受油液壓力以及 活塞運(yùn)動(dòng)到兩端極限位置時(shí)的機(jī)械撞擊，缸蓋處的密封件在交變沖擊壓力下會(huì)被擠出溝槽而 損壞，造成密封處間隙過(guò)大而產(chǎn)生泄漏，靜密封的長(zhǎng)期使用也易老化變質(zhì)而損壞，造成液體 向外泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種三段式活塞短行程液壓缸，它能有效避免活塞 桿動(dòng)密封因摩擦磨損而造成的動(dòng)密封失效，還能解決缸筒兩端靜密封因油壓易失效的問(wèn)題， 從而有效防止液壓缸活塞桿和缸蓋處的泄漏，提高液壓缸的可靠性和靈敏度，延長(zhǎng)液壓缸的 使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種三段式活塞短行程液壓缸，包括缸筒及其中所裝的活塞， 分別裝在所述缸筒前、后端的前缸蓋和后缸蓋，其特征在于所述缸筒的內(nèi)孔為中間小兩頭 大的階梯孔，所述活塞是由前活塞、中間活塞和后活塞組成的三段式活塞，三活塞分別位于 所述缸筒階梯孔的三段孔內(nèi)并與孔壁密封配合；在所述前活塞或后活塞的外端設(shè)有同軸的活 塞桿伸出缸蓋，該活塞桿與缸蓋間隙配合，在所述三活塞上分別裝有導(dǎo)向環(huán)和密封圈；在所 述缸筒階梯孔的前、后孔內(nèi)側(cè)端與所述三段式活塞及其密封之間形成前封閉油腔和后封閉油 腔，兩所述油腔上分別開(kāi)有與外部油路連通的油道，在外部油路上設(shè)有控制所述油道進(jìn)、出 油的控制閥；在前、后缸蓋與所述前、后活塞和缸筒之間形成前氣腔和后氣腔，兩所述氣腔通過(guò)通氣孔相通，在其中 一個(gè)所述氣腔設(shè)有通正壓氣體的進(jìn)氣孔。為了使活塞運(yùn)動(dòng)到兩端極限位置時(shí)不和缸蓋接觸，避免缸蓋及其靜密封的損壞引起液壓 缸失效，作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)所述前活塞的內(nèi)側(cè)端面與所述缸筒的前孔內(nèi) 側(cè)端面接觸時(shí)，所述后活塞與后缸蓋之間留有間隙；當(dāng)所述后活塞的內(nèi)側(cè)端面與所述缸筒的 后孔內(nèi)側(cè)端面接觸時(shí)，所述前活塞與前缸蓋之間留有間隙。這樣，當(dāng)三段式活塞運(yùn)動(dòng)到前、 后極限位置時(shí)，分別由后活塞、前活塞的內(nèi)側(cè)端面與缸筒的后孔、前孔內(nèi)側(cè)端面接觸，內(nèi)力 施加在缸筒上，而兩缸蓋并不與活塞接觸。為便于加工，作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述中間活塞與后活塞為整體件，所 述中間活塞的前端設(shè)有帶外螺紋的連接軸段；所述活塞桿與前活塞為整體件，所述連接軸段 伸入所述前活塞通過(guò)螺紋連接。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述進(jìn)氣孔設(shè)在所述前缸蓋上并與所述前氣腔相通，所 述通氣孔與所述進(jìn)氣孔相通。為了實(shí)現(xiàn)有效的活塞動(dòng)密封，作為進(jìn)一步改進(jìn)，在所述前活塞和后活塞上分別裝有至少 兩個(gè)密封圈。為有效地防止外部環(huán)境的灰塵、蒸汽等污物進(jìn)入液壓缸內(nèi)部，所述前缸蓋和后缸蓋分別 通過(guò)氣密封圈與所述缸筒密封。為使上述技術(shù)方案的液壓缸可以作為電液伺服系統(tǒng)的伺服液壓缸，所述控制閥為電液伺 服閥，在與所述活塞桿相反側(cè)的缸蓋上裝有用于檢測(cè)活塞位移的位移傳感器，該位移傳感器 的測(cè)量桿軸向伸入該端的活塞內(nèi)；在所述缸筒上裝有分別檢測(cè)前封閉油腔和后封閉油腔壓力 的前壓力傳感器和后壓力傳感器。為使上述技術(shù)方案的液壓缸可以作為電磁換向閥控制的傳動(dòng)液壓缸，所述控制閥為電磁 換向閥。進(jìn)一步地，所述前活塞和后活塞的直徑相等，使上述技術(shù)方案的液壓缸作為雙作用對(duì)稱(chēng) 液壓缸。進(jìn)一步地，所述前活塞和后活塞的直徑一大一小，使上述技術(shù)方案的液壓缸也可以作為 雙作用差動(dòng)液壓缸。本發(fā)明采用了三段式活塞和中間小兩頭大的階梯孔缸筒，將位于傳統(tǒng)缸筒兩頭的前、后 油腔設(shè)在了缸筒中部的前、后側(cè)，前、后油腔全部采用活塞動(dòng)密封，而缸筒內(nèi)表面是內(nèi)凹面 ，較之于活塞桿外凸的圓柱表面，缸筒內(nèi)表面的耐磨性相當(dāng)高，故活塞運(yùn)動(dòng)不易使缸筒內(nèi)壁 磨損，活塞動(dòng)密封不易失效；在缸筒兩端設(shè)有具有較低正氣壓的氣腔，三段式活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)有氣體不斷從活塞桿與缸蓋的配合間隙中逸出，灰塵等污物被吹掃到液壓缸外部，形成氣體防 護(hù)系統(tǒng)。這樣，就取消了活塞桿動(dòng)密封，避免了活塞桿和活塞桿動(dòng)密封的摩擦磨損，也就避 免了活塞桿動(dòng)密封的失效，可以有效防止液壓缸活塞桿處的液體泄漏；由于兩缸蓋內(nèi)側(cè)是氣 腔，缸蓋靜密封只承受很低的氣壓，解決了缸筒兩端靜密封因較高油液壓力易失效的問(wèn)題， 提高了液壓缸的可靠性和靈敏度，延長(zhǎng)液壓缸的使用壽命。 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是
1、 取消了活塞桿動(dòng)密封，避免了活塞桿和活塞桿動(dòng)密封的摩擦磨損，也避免了活塞桿 動(dòng)密封的失效，能有效防止液壓缸活塞桿處液體的泄漏，提高液壓缸的可靠性和靈敏度，延 長(zhǎng)液壓缸的使用壽命；
2、 缸蓋靜密封只承受很低的氣壓，缸筒兩端的靜密封不會(huì)因較高的油液壓力而失效；
3、 活塞運(yùn)動(dòng)到兩端極限位置時(shí)不與缸蓋接觸，而是與缸筒的內(nèi)端面接觸，形成內(nèi)力， 能有效避免缸蓋及其靜密封因機(jī)械撞擊而造成的損壞；
4、 液壓缸正常工作時(shí)兩封閉氣腔保持正氣壓，防止外部灰塵、蒸汽等污物進(jìn)入液壓缸 內(nèi)部，取消了常規(guī)的接觸式防塵圈，避免了防塵圈和活塞桿的摩擦磨損。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的俯視圖中1、活塞桿；2、前缸蓋；3、氣密封圈；4、前活塞；5、前活塞副密封；6、前活 塞導(dǎo)向環(huán)；7、前活塞主密封；8、缸筒；9、控制閥；10、后活塞導(dǎo)向環(huán)；11、后活塞主密 封；12、后活塞副密封；13、后缸蓋；14、進(jìn)氣孔；15、連接軸段；16、中間活塞；17、中 間活塞密封；18、中間活塞導(dǎo)向環(huán)；19、后活塞；20、通氣孔；21、位移傳感器；22、前壓 力傳感器；23、后壓力傳感器；24、油道；A、前油腔；Al、前氣腔；B、后油腔；Bl、后 氣腔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
如圖1和圖2所示， 一種三段式活塞短行程液壓缸，包括活塞桿l、前缸蓋2、氣密封圈3 、前活塞4、前活塞副密封5、前活塞導(dǎo)向環(huán)6、前活塞主密封7、缸筒8、控制閥9、后活塞導(dǎo) 向環(huán)IO、后活塞主密封ll、后活塞副密封12、后缸蓋13、進(jìn)氣孔14、連接軸段15、中間活塞 16、中間活塞密封17、中間活塞導(dǎo)向環(huán)18、后活塞19、通氣孔20、位移傳感器21、前壓力傳 感器22和后壓力傳感器23。其中，缸筒8為整體式，其內(nèi)孔是中間小兩頭大的階梯孔，階梯孔的前孔和后孔的直徑相等并大于中間孔直徑，使階梯孔呈椏鈴狀?；钊怯赏S的前活塞 4、中間活塞16和后活塞19組成的三段式活塞，前活塞4、中間活塞16和后活塞19分別位于缸 筒8階梯孔的前孔、中間孔和后孔這三段孔內(nèi)，并且三活塞與缸筒8孔壁密封配合。在缸筒8 的前、后端分別裝有前缸蓋2和后缸蓋13，前缸蓋2和后缸蓋13分別通過(guò)0形氣密封圈3與缸筒 8密封。在前活塞4的外端設(shè)有同軸的活塞桿1，活塞桿1伸出前缸蓋2，該活塞桿1與前缸蓋2 間隙配合。如圖1所示，本實(shí)施例為雙作用對(duì)稱(chēng)缸，前活塞4和后活塞19的直徑相等，若是前 活塞4和后活塞19的直徑不相等， 一大一小，則為雙作用差動(dòng)缸。為便于加工，如圖1所示，中間活塞16與后活塞19為整體件，中間活塞16的前端設(shè)有帶 外螺紋的連接軸段15;活塞桿1與前活塞4為整體件，連接軸段15伸入前活塞4的螺紋孔中， 通過(guò)螺紋副將前活塞4和中間活塞16連接。如圖1所示，在前活塞4、中間活塞16和后活塞19上分別裝有導(dǎo)向環(huán)和密封圈構(gòu)成密封導(dǎo) 向系統(tǒng)，每段活塞上均有兩個(gè)采用非金屬耐磨材料制成的導(dǎo)向環(huán)，在前活塞4和后活塞19上 分別裝有兩個(gè)密封圈，各密封圈與活塞之間預(yù)置了初始?jí)嚎s量，可以使之產(chǎn)生合適的初始接 觸應(yīng)力。具體地，前活塞4上裝有兩個(gè)前活塞導(dǎo)向環(huán)6、前活塞主密封7和前活塞副密封5，中 間活塞16上裝有兩個(gè)中間活塞導(dǎo)向環(huán)18以及中間活塞密封17;后活塞19上裝有兩個(gè)后活塞導(dǎo) 向環(huán)IO、后活塞主密封ll、后活塞副密封12。這樣的密封系統(tǒng)，既能使密封阻止流體的泄漏 ，又可避免過(guò)大的摩擦損失和過(guò)快的磨損，使液壓缸具有無(wú)泄漏、摩擦力低、可靠性高、壽 命長(zhǎng)的特點(diǎn)。在缸筒8階梯孔的前、后孔內(nèi)側(cè)端與三段式活塞及其密封之間形成前封閉油腔A和后封閉 油腔B，在兩油腔上分別開(kāi)有與外部油路連通的油道24，在外部油路上設(shè)有控制閥9，控制閥 9安裝在缸筒8上，用于控制油道24的進(jìn)油或出油，從而使兩油腔進(jìn)油或回油，實(shí)現(xiàn)活塞的往 復(fù)運(yùn)動(dòng)。在前缸蓋2與前活塞4前端以及缸筒8之間形成前氣腔A1，在后缸蓋13與后活塞19后端以 及缸筒8之間形成后氣腔B1，前氣腔A1設(shè)有通正壓氣體的進(jìn)氣孔14，進(jìn)氣孔14開(kāi)設(shè)在前缸蓋2 上；前氣腔A1和后氣腔B1通過(guò)通氣孔20相通，通氣孔20是加工在后缸蓋13和缸筒8上的孔道 ，通氣孔20—端開(kāi)在后氣腔B1上，另一端接在進(jìn)氣孔14上。前氣腔A1、后氣腔B1、進(jìn)氣孔14 和通氣孔20構(gòu)成的氣體防護(hù)系統(tǒng)，前氣腔A1和后氣腔B1充滿(mǎn)正壓氣體，有壓氣體可以是壓縮 空氣或氮?dú)?，有壓氣體通過(guò)進(jìn)氣孔14和通氣孔20進(jìn)入前氣腔A1和后氣腔B1。三段式活塞向前 運(yùn)動(dòng)，前氣腔A1的容積變小，氣體從活塞桿1和前缸蓋2的配合間隙中逸出，灰塵等污物被吹 掃到液壓缸外部，也有部分氣體被壓縮經(jīng)過(guò)通氣孔20進(jìn)入容積變大的后氣腔B1;三段式活塞向后運(yùn)動(dòng)，后氣腔B1的容積變小，氣體被壓縮經(jīng)過(guò)通氣孔20進(jìn)入容積變大的前氣腔A1。這樣 就不斷有氣體從活塞桿l處逸出，起到防塵、防蒸汽作用，使液壓缸在有粉塵和蒸汽的環(huán)境 中也能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。當(dāng)前活塞4的內(nèi)側(cè)端面與缸筒8的前孔內(nèi)側(cè)端面接觸時(shí)，后活塞19與后缸蓋13之間留有間 隙；當(dāng)后活塞19的內(nèi)側(cè)端面與缸筒8的后孔內(nèi)側(cè)端面接觸時(shí)，前活塞4與前缸蓋2之間留有間 隙。這樣，當(dāng)三段式活塞運(yùn)動(dòng)到前、后極限位置時(shí)，分別由后活塞19、前活塞4的內(nèi)側(cè)端面 與缸筒8的后孔、前孔內(nèi)側(cè)端面接觸，內(nèi)力施加在缸筒8上，而兩缸蓋并不與活塞接觸，能有 效避免缸蓋及其靜密封因機(jī)械撞擊而造成的損壞。當(dāng)本實(shí)施例所提供的液壓缸作為電液伺服系統(tǒng)的伺服液壓缸，控制閥9就為電液伺服閥 ，在與所述活塞桿1相反側(cè)的缸蓋即后缸蓋13上裝有用于檢測(cè)活塞位移的位移傳感器21，該 位移傳感器21的測(cè)量桿軸向伸入后活塞19的中心孔內(nèi)；在缸筒8上還裝有分別前壓力傳感器 22和后壓力傳感器23，用于分別檢測(cè)前封閉油腔A和后封閉油腔B壓力。若是本實(shí)施例所提供 的液壓缸僅作為電磁換向閥控制的傳動(dòng)液壓缸裝置時(shí)，就不設(shè)位移傳感器21和兩壓力傳感器 ，制閥9則為電磁換向閥。根據(jù)被驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)方向，本發(fā)明所提供的液壓缸可水平安裝、垂直安裝或傾斜 安裝。根據(jù)液壓缸的受力狀態(tài)，通過(guò)改變外部連接結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)以下各種連接方式缸筒 底部鉸接式；缸筒底部法蘭式；缸筒頭部法蘭式；缸筒中部耳軸式；缸筒底座式。本實(shí)施例所提供的液壓缸是這樣工作的當(dāng)前封閉油腔A進(jìn)油時(shí)，三段式活塞向前移動(dòng)，在此過(guò)程中后封閉油腔B回油，同時(shí)前氣 腔A1的容積變小，氣體從活塞桿1和前缸蓋2的配合間隙中逸出，灰塵等污物被吹掃到液壓缸 外部，也有部分氣體被壓縮經(jīng)過(guò)通氣孔20進(jìn)入容積變大的后氣腔B1，當(dāng)后活塞19的內(nèi)側(cè)端面 與缸筒8的后孔內(nèi)側(cè)端面接觸時(shí)，前活塞4與前缸蓋2之間留有間隙，前缸蓋2不會(huì)受到撞擊力 ;當(dāng)后封閉油腔B進(jìn)油時(shí)，三段式活塞向后移動(dòng)，在此過(guò)程中前封閉油腔A回油，同時(shí)后氣腔 Bl的容積變小，氣體被壓縮經(jīng)過(guò)通氣孔20進(jìn)入容積變大的前氣腔A1 ，當(dāng)前活塞4的內(nèi)側(cè)端面 與缸筒8的前孔內(nèi)側(cè)端面接觸時(shí)，后活塞19與后缸蓋13之間留有間隙，后缸蓋13不會(huì)受到撞 擊力。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原 則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三段式活塞短行程液壓缸，包括缸筒(8)及其中所裝的活塞，分別裝在所述缸筒(8)前、后端的前缸蓋(2)和后缸蓋(13)，其特征在于所述缸筒(8)的內(nèi)孔為中間小兩頭大的階梯孔，所述活塞是由前活塞(4)、中間活塞(16)和后活塞(19)組成的三段式活塞，三活塞分別位于所述缸筒(8)階梯孔的三段孔內(nèi)并與孔壁密封配合；在所述前活塞(4)或后活塞(19)的外端設(shè)有同軸的活塞桿(1)伸出缸蓋，該活塞桿(1)與缸蓋間隙配合，在所述三活塞上分別裝有導(dǎo)向環(huán)和密封圈；在所述缸筒(8)階梯孔的前、后孔內(nèi)側(cè)端與所述三段式活塞及其密封之間形成前封閉油腔(A)和后封閉油腔(B)，兩所述油腔上分別開(kāi)有與外部油路連通的油道(24)，在外部油路上設(shè)有控制所述油道(24)進(jìn)、出油的控制閥(9)；在前、后缸蓋(2、13)與所述前、后活塞(4、19)和缸筒(8)之間形成前氣腔(A1)和后氣腔(B1)，兩所述氣腔通過(guò)通氣孔(20)相通，在其中一個(gè)所述氣腔設(shè)有通正壓氣體的進(jìn)氣孔(14)。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于當(dāng)所述前活塞(4)的內(nèi)側(cè)端面與所述缸筒(8)的前孔內(nèi)側(cè)端面接觸時(shí)，所述后活塞 (19)與后缸蓋(13)之間留有間隙；當(dāng)所述后活塞(19)的內(nèi)側(cè)端面與所述缸筒(8)的后孔內(nèi) 側(cè)端面接觸時(shí)，所述前活塞(4)與前缸蓋(2)之間留有間隙。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述中間活塞(16)與后活塞(19)為整體件，所述中間活塞(16)的前端設(shè)有帶外螺紋的 連接軸段(15);所述活塞桿(1)與前活塞(4)為整體件，所述連接軸段(15)伸入所述前活塞 (4)通過(guò)螺紋連接。
4 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述進(jìn)氣孔設(shè)在所述前缸蓋(2)上并與所述前氣腔(A1)相通，所述通氣孔(20)與所述 進(jìn)氣孔(14)相通。
5 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于在所述前活塞(4)和后活塞(19)上分別裝有至少兩個(gè)密封圈。
6 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述前缸蓋(2)和后缸蓋(13)分別通過(guò)氣密封圈(3)與所述缸筒(8)密封。
7 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述控制閥(9)為電液伺服閥，在與所述活塞桿(l)相反側(cè)的缸蓋上裝有用于檢測(cè)活塞 位移的位移傳感器(21)，該位移傳感器(21)的測(cè)量桿軸向伸入該端的活塞內(nèi)；在所述缸筒 (8)上裝有分別檢測(cè)前封閉油腔(A)和后封閉油腔(B)壓力的前壓力傳感器(22)和后壓力傳 感器(23)。
8 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述控制閥(9)為電磁換向閥。
9 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述前活塞(4)和后活塞(19)的直徑相等。
10 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三段式活塞短行程液壓缸，其特征在 于所述前活塞(4)和后活塞(19)的直徑一大一小。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三段式活塞短行程液壓缸，包括缸筒及其中所裝的活塞，其特征在于所述缸筒的內(nèi)孔為中間小兩頭大的階梯孔，所述活塞是由前活塞、中間活塞和后活塞組成的三段式活塞，三活塞分別位于缸筒階梯孔的三段孔內(nèi)并與孔壁密封配合，活塞桿與缸蓋間隙配合；在所述缸筒階梯孔的前、后孔內(nèi)側(cè)端與所述三段式活塞及其密封之間形成前封閉油腔和后封閉油腔，兩所述油腔上分別開(kāi)有與外部油路連通的油道；在前、后缸蓋與所述前、后活塞和缸筒之間形成前氣腔和后氣腔。本發(fā)明取消了活塞桿動(dòng)密封，避免了活塞桿動(dòng)密封的失效，缸筒兩端的靜密封不會(huì)因油液壓力和機(jī)械撞擊而失效，從而提高了液壓缸的可靠性和靈敏度，大大延長(zhǎng)了液壓缸的使用壽命。
文檔編號(hào)F15B15/14GK101629590SQ20091030565
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者曹永福 申請(qǐng)人:四川川潤(rùn)股份有限公司