專利名稱：一種帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置，具體的說是一種工作壓力達(dá)到了 200MPa以上的超高壓液壓缸，屬于超高壓液壓缸設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，隨著新技術(shù)的發(fā)展，對于高精度、壽命長、可連續(xù)工作的超高壓液壓缸需求越來越廣泛。公知的超高壓液壓缸是基于通用的設(shè)計方法設(shè)計的，然而超高壓液壓缸在超高壓力作用下，缸體脹量較大，密封的擠入效應(yīng)損壞嚴(yán)重，在大脹縮量下，密封性能無法得到補(bǔ)償，因而用于超高壓工作時，壽命短、連續(xù)工作能力差、泄漏嚴(yán)重，因此現(xiàn)有手段設(shè)計的液壓缸工作壓力較低(一般工作壓力不超過70MPa，少數(shù)達(dá)到200MPa)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術(shù)上的不足，本發(fā)明提供了一種超高壓液壓缸，該裝置不僅工作壓力可達(dá)到200MPa以上的超高壓，而且壽命長、泄漏極小、可適合連續(xù)工作狀態(tài)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置，包括活塞、液壓缸體，其中所述活塞內(nèi)部具有相連的調(diào)整高壓腔及高壓環(huán)腔，所述調(diào)整高壓腔內(nèi)側(cè)具有內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋與位于所述調(diào)整高壓腔內(nèi)部的承壓柱的外螺紋螺接；所述高壓環(huán)腔的外圓側(cè)上開有密封環(huán)槽，所述密封環(huán)槽中裝有L形密封及L形密封內(nèi)0形密封。其中所述L形密封外圓為圓柱面，內(nèi)圓為圓弧面,所述L形密封內(nèi)0形密封位于所述L形密封內(nèi)圓與所述密封環(huán)槽之間。其中所述L形密封及所述L形密封內(nèi)0形密封與所述密封環(huán)槽及所述液壓缸體之間形成L形密封內(nèi)壓力油腔。其中所述L形密封內(nèi)壓力油腔通過所述密封環(huán)槽面向液壓缸無桿腔的側(cè)壁上的多個導(dǎo)油孔與所述液壓缸無桿腔相通。其中所述液壓缸體的有桿側(cè)安裝有液壓缸蓋，所述液壓缸蓋上裝有防塵圈、缸蓋上滑動密封、缸蓋導(dǎo)向環(huán)、缸蓋上固定密封。其中所述密封環(huán)槽外圓上具有高強(qiáng)度耐磨層。其中所述承壓柱內(nèi)部具有平衡油孔。本發(fā)明的有益效果是活塞上的高壓環(huán)腔在壓力作用下會使密封環(huán)槽與液壓缸體同步脹縮，調(diào)整高壓腔會同步脹縮，調(diào)整高壓腔與活塞實(shí)體相連的一側(cè)由于受到活塞實(shí)體的箝限制作用，脹量較小，距離實(shí)體部分距離越遠(yuǎn)脹量越大，與高壓環(huán)腔相聯(lián)的一側(cè)達(dá)到最大脹量，其外表面由于脹量不同形成錐形，而不是圓柱形，即形成脹縮梯度，高壓環(huán)腔一側(cè)空置不受影響，另一側(cè)與調(diào)整高壓腔相聯(lián)，由于調(diào)整高壓腔也達(dá)到了最大脹量，因此使高壓環(huán)腔的脹縮不受活塞剛性的直接影響，達(dá)到使高壓環(huán)腔兩側(cè)脹量相同，不會由于活塞剛性影響，形成脹縮錐度，減少脹縮偏差起到良好的調(diào)整作用；高壓環(huán)腔在任何工作壓力下都會使密封環(huán)槽外圓側(cè)上的高強(qiáng)度耐磨層與液壓缸體內(nèi)壁緊密貼合，間隙數(shù)量級控制在10微米-50微米，該間隙是通過作用在高壓環(huán)腔內(nèi)側(cè)的油壓，使高壓環(huán)腔與液壓缸體在相同的壓力下同步脹縮，高壓環(huán)腔外壁上的凸緣與液壓缸內(nèi)壁僅有一層薄油膜，這樣實(shí)現(xiàn)動態(tài)間隙控制，保證間隙不會因壓力增大而增大的弊病，有效的解決了通常液壓缸設(shè)計的弊病?？刂圃撻g隙的有益效果是L形密封在高油壓下會有很大的作用力作用在高壓環(huán)腔處側(cè)的密封環(huán)槽上，較小間隙將使L形密封在承載較大的壓力下，密封材料不被擠入密封跟隨環(huán)與液壓缸體內(nèi)壁形成的間隙中，從而提高了密封的承載能力。以往沒有跟隨結(jié)構(gòu)的液壓缸設(shè)計，在承受較大壓力時，缸筒內(nèi)壁在壓力作用下將會脹大，而活塞不脹，活塞與缸筒內(nèi)壁將形成較大的間隙，密封材料質(zhì)地相對鋼鐵較軟，并且塑變性較強(qiáng)，在大壓力下，又有足夠的間隙空間允許材料彈塑性變形，密封材料變形并被擠入間隙當(dāng)中，當(dāng)液壓油壓力釋放時，缸筒回彈，而密封材料由于是部分彈性變形部分塑性變形，塑性變形部分不能回彈，而被壓在間隙當(dāng)中。密封材料原有物理性能徹底被破壞，當(dāng)液壓缸回程時，該部分密封材料被剖離密封材料本體，如此工作幾十個行程，密封將失效，從而液壓缸失效。由于L形密封是設(shè)計在高壓環(huán)腔上的，使L形密封具備同樣的脹縮功能，使密封在高壓下的密封性大幅度提高。該設(shè)計可以使L形密封二次跟隨補(bǔ)償由于工作壓力變化導(dǎo)致的缸筒內(nèi)徑變化而產(chǎn)生的間隙，將超高壓下L形密封與液壓缸體內(nèi)壁的工作間隙控制在 0. I微米-20微米之間，控制該間隙的有益效果是，使密封與缸筒內(nèi)壁形的間隙恰好處在高阻油膜區(qū)間，此時即可形成保證密封工作時需要的油膜，同時又具有很好的密封效果。本發(fā)明有效控制了超高壓下高強(qiáng)度耐磨層與液壓缸體內(nèi)壁的工作間隙，有效的防止了密封在超高壓下擠入效應(yīng)損壞，同時提高了密封性能及使用壽命。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是根據(jù)本發(fā)明的液壓缸裝置主剖視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的L形密封內(nèi)壓力油腔處局部放大圖。圖中1、活塞，2、防塵圈，3、缸蓋上滑動密封，4、液壓缸蓋，5、缸蓋導(dǎo)向環(huán)，6、缸蓋上固定密封，7、平衡油孔，8、高強(qiáng)度耐磨層，9、承壓柱，10、液壓缸體，11、進(jìn)油口，12、液壓缸無桿腔，13、導(dǎo)油孔，14、L形密封內(nèi)壓力油腔，15、L形密封內(nèi)0形密封，16、L形密封，17、高壓環(huán)腔，18、調(diào)整高壓腔，19、回油口，20、液壓缸有桿腔，21、高壓環(huán)腔外壁上密封環(huán)槽與液壓缸體形成的間隙。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，該帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置包括活塞I、液壓缸體10。液壓缸體10的底部，即液壓缸體10的無桿側(cè)開有進(jìn)油口 11。液壓缸體10的上部，即液壓缸體10的有桿側(cè)裝有液壓缸蓋4，液壓缸蓋4上裝有防塵圈2、缸蓋上滑動密封3、缸蓋導(dǎo)向環(huán) 5、缸蓋上固定密封6。組裝后的活塞I組件裝在缸體10上，防塵圈2、缸蓋上滑動密封3、缸蓋導(dǎo)向環(huán)5、缸蓋上固定密封6分別裝在缸蓋4上制成的各密封槽中，并可用螺栓聯(lián)接等固定方式將缸蓋4與缸體10固定。其中活塞I被制成為一為實(shí)心頭部，一為全心筒體，活塞I罪近液壓缸體10 有桿側(cè)為實(shí)心頭部，靠近液壓缸體10無桿側(cè)為空心筒體。活塞I空心筒體端制成二個相連的環(huán)狀高壓腔，靠近活塞實(shí)心頭部的里側(cè)為調(diào)整高壓腔18，靠近活塞空心筒體的外側(cè)為高壓環(huán)腔17。調(diào)整高壓腔18—端與活塞實(shí)心頭部相連，另一端與高壓環(huán)腔17相連。調(diào)整高壓腔18內(nèi)部容納有承壓柱9，承壓柱9的外螺紋與調(diào)整高壓腔18內(nèi)側(cè)的內(nèi)螺紋螺接。承壓柱9用來控制回程位置或在無液體壓力時承載外力，當(dāng)液壓缸內(nèi)沒有液體壓力時，而活塞上又有作用力時，活塞上的作用力將通過其內(nèi)部的螺紋傳到承壓柱9上，而承壓柱9可以壓在液壓缸底部，將作用力直接傳到底座上，這樣的設(shè)計使得活塞下部不會直接壓在液壓缸體的底部，從而保護(hù)活塞底部的高壓環(huán)腔17不受回程時的損壞。承壓柱9內(nèi)部設(shè)有平衡油孔7，平衡油孔7成T型，一端與由活塞I內(nèi)部內(nèi)螺紋及承壓柱9所封閉的內(nèi)部盲腔相通，另一端制成與之垂直的油孔，該油孔與調(diào)整高壓腔18相通，該平衡油孔7可以使活塞I內(nèi)部盲腔中的油液自由進(jìn)出，達(dá)到自然平衡的效果。高壓環(huán)腔17的外圓側(cè)上開有密封環(huán)槽，所述密封環(huán)槽中裝有由聚四氟乙烯 (PTFE)材料制成的L形密封16及由氟橡膠(FKM)或丁腈橡膠(NBR)制成的L形密封內(nèi)0 形密封15。高壓環(huán)腔17由密封環(huán)槽脹縮控制。調(diào)整高壓腔18是用來改善密封環(huán)槽脹縮性能及平穩(wěn)度而設(shè)置的，其作用是當(dāng)高壓油進(jìn)入到整體壓力腔內(nèi)時，調(diào)整高壓腔18及高壓環(huán)腔17同時進(jìn)油，壓力同時增高，在壓力的作用下，調(diào)整高壓腔18的外壁會膨脹，但是由于調(diào)整高壓腔18 —側(cè)與活塞實(shí)心頭部聯(lián)接，膨脹受到限制，另一側(cè)與高壓環(huán)腔17聯(lián)接，膨脹不受限制，因此調(diào)整高壓腔18外壁在壓力作用下由于脹量不同，而出現(xiàn)脹量梯度，外壁表現(xiàn)為脹后形成錐面，此時高壓環(huán)腔17的脹量內(nèi)外側(cè)就會接近相同，使高壓環(huán)腔17外表面在壓力作用后仍為柱面，從而使密封的工作情況得到改善。相反，如果沒有調(diào)整高壓腔18，那么高壓環(huán)腔17在內(nèi)部有壓力時，外壁膨脹，則會成為錐面而不是柱面，導(dǎo)致密封工作環(huán)境變壞而影響使用壽命。如圖2所示，高壓環(huán)腔17的外圓側(cè)制有密封環(huán)槽用來安裝L形密封16及L形密封內(nèi)0形密封15。L形密封16外圓為圓柱面，內(nèi)圓為圓弧面,L形密封16內(nèi)圓與密封環(huán)槽之間裝有L形密封內(nèi)0形密封15。L形密封16與密封環(huán)槽之間形成L形密封內(nèi)壓力油腔 14，L形密封內(nèi)壓力油腔14通過密封環(huán)槽側(cè)壁上開的數(shù)個導(dǎo)油孔13與液壓缸無桿腔12相通。密封環(huán)槽外圓上可使用電鍍等方法結(jié)合青銅等高強(qiáng)度耐磨材料而形成高強(qiáng)度耐磨層8，除了青銅材料以外，還可以采用PTFE、錫、鋁等材料。高強(qiáng)度耐磨層8與缸體內(nèi)壁接觸用來控制密封工作間隙。由于L形密封16裝在密封環(huán)槽中，從而可以使L形密封16跟隨補(bǔ)償由于工作壓力變化導(dǎo)致的液壓缸體內(nèi)徑變化而產(chǎn)生的間隙，將超高壓下L形密封16與液壓缸體內(nèi)壁的工作間隙控制在0. I微米-20微米之間，使密封與缸筒內(nèi)壁形的間隙恰好處在高阻油膜區(qū)間，此時即可形成保證密封工作時需要的油膜，同時又具有很好的密封效果。該帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置的具體工作方式如下。當(dāng)高壓液壓油通過進(jìn)油口 11進(jìn)入到液壓缸無桿腔12中時，該液壓油同時作用于高壓環(huán)腔17及調(diào)整高壓腔18 的內(nèi)側(cè)壁上，高壓環(huán)腔17及外側(cè)壁上的密封環(huán)在液體壓力下與液壓缸體10的同側(cè)壁同步脹縮，調(diào)整高壓腔18亦同時脹縮，調(diào)整高壓腔18 —側(cè)與高壓環(huán)腔17相聯(lián)，脹縮量與高壓環(huán)腔18同步，另一側(cè)與活塞I固定側(cè)相聯(lián)，其脹縮量受活塞剛度影響，脹縮最小，調(diào)整高壓腔 18上的脹量形成了從高壓環(huán)腔18最大脹量到活塞I固定側(cè)脹量的梯度，達(dá)到了使高壓環(huán)腔18外側(cè)密封脹縮的均勻平衡，有效控制了密封環(huán)槽與缸體外壁的間隙，最大限度的防止了密封擠入效應(yīng)的損壞，高壓腔12中的高壓液壓油通過密封環(huán)槽上的導(dǎo)油孔13進(jìn)入到L 形密封壓力油腔14中，液壓油將作用于L形密封的內(nèi)側(cè)壁上，由于壓力梯度分布的影響，使 L形密封對缸壁的壓力與液壓油的壓力成正比，達(dá)到優(yōu)化密封效果的能力，該結(jié)構(gòu)的設(shè)置使用該液壓缸具備了耐高壓、長壽命的性能。
權(quán)利要求
1.一種帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置，包括活塞(I)、液壓缸體(10)，其中所述活塞(I)內(nèi)部具有相連的調(diào)整高壓腔(18)及高壓環(huán)腔(17)，所述調(diào)整高壓腔(18)內(nèi)側(cè)具有內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋與位于所述調(diào)整高壓腔(18)內(nèi)部的承壓柱(9)的外螺紋螺接；所述高壓環(huán)腔(17)的外圓側(cè)上開有密封環(huán)槽，所述密封環(huán)槽中裝有L形密封(16)及L形密封內(nèi)0形密封(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓缸裝置，其中所述L形密封(16)外圓為圓柱面，內(nèi)圓為圓弧面，所述L形密封內(nèi)0形密封(15)位于所述L形密封(16)內(nèi)圓與所述密封環(huán)槽之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓缸裝置，其中所述L形密封(16)及所述L形密封內(nèi)0形密封(15)與所述密封環(huán)槽及所述液壓缸體(7)之間形成L形密封內(nèi)壓力油腔(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓缸裝置，其中所述L形密封內(nèi)壓力油腔(14)通過所述密封環(huán)槽面向液壓缸無桿腔(12)的側(cè)壁上的多個導(dǎo)油孔(13)與所述液壓缸無桿腔(12)相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓缸裝置，其中所述液壓缸體(7)的有桿側(cè)安裝有液壓缸蓋(4)，所述液壓缸蓋(4)上裝有防塵圈(2)、缸蓋上滑動密封(3)、缸蓋導(dǎo)向環(huán)(5)、缸蓋上固定密封(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的液壓缸裝置，其中所述密封環(huán)槽外圓上具有高強(qiáng)度耐磨層(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的液壓缸裝置，其中所述承壓柱(9)內(nèi)部具有平衡油孔(J)。
全文摘要
一種帶有密封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)的液壓缸裝置，包括活塞、液壓缸體，其中活塞內(nèi)部具有相連的調(diào)整高壓腔及高壓環(huán)腔，所述調(diào)整高壓腔內(nèi)側(cè)具有內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋與位于所述調(diào)整高壓腔內(nèi)部的承壓柱的外螺紋螺接；所述高壓環(huán)腔的外圓側(cè)上開有密封環(huán)槽，所述密封環(huán)槽中裝有L形密封及L形密封內(nèi)O形密封；所述承壓柱內(nèi)部具有平衡油孔。液壓缸在高壓油的作用下，高壓環(huán)腔將使密封環(huán)槽的高強(qiáng)度耐磨層緊貼在缸體內(nèi)壁上，并隨著缸壁的脹縮而同步脹縮，嚴(yán)格控制間隙，使用密封的擠入損壞效應(yīng)最小，同時液壓油會通過密封環(huán)槽上的通油孔進(jìn)入到密封壓力腔內(nèi)，使密封作用于缸壁的壓力同步增大，使密封的性能得到大幅度提高，使該液壓缸裝置具備超高壓下的工作能力。
文檔編號F16J15/48GK102588611SQ201210020348
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月29日
發(fā)明者李大海, 李文濤 申請人:中國第一重型機(jī)械股份公司, 天津重型裝備工程研究有限公司