CN104214165B - 一种双端口支撑锁紧油缸及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双端口支撑锁紧油缸，包括缸筒和固定在缸筒上的上端盖、下端盖和导向套，所述上端盖、下端盖、导向套和缸筒构成一容腔，容腔内设有一活塞杆组件，活塞杆组件上自上而下套设有一活塞和一锁紧套，锁紧套与缸筒过盈配合，所述缸筒上端设有一控制油缸动作的上油嘴，缸筒下端设有一控制油缸动作和解锁油缸的下油嘴。本发明还涉及一种双端口支撑锁紧油缸控制方法。本发明一种双端口支撑锁紧油缸简化了油路，降低了成本，提高了可靠性和有效行程，而且解锁时缸筒的工作状态较好，不容易发生摩损、拉沟，从而使应用更加方便可靠。

Description

一种双端口支撑锁紧油缸及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种双端口支撑锁紧油缸及其控制方法。

背景技术

许多工程应用场合需要体积小、推力大且能精密定位的作动元件，而具有任意位置锁紧功能的液压油缸(液压缸)是一个很好的选择，所以其被广泛应用于汽车、拖车、挂车及其它移动载体的支撑及锁定。

具有上述功能的液压油缸按锁紧原理分为钢球式自锁油缸和过盈式锁紧油缸。钢球式自锁油缸依靠安装在活塞内斜面上的钢球与缸筒之间的摩擦自锁使活塞锁定，这种油缸有两个工作油口，不需要专门的解锁油口，工作方式与普通油缸相同，液压油路也与普通油缸相同，使用较为方便，但这种油缸缸筒内壁容易变形，锁紧力受到限制，应用范围有限。过盈式锁紧油缸依靠活塞与缸筒之间或活塞杆与缸体之间的过盈配合产生的摩擦力使活塞或活塞杆锁定，见图1，这种油缸锁紧力大，但需要配置三个油口才能工作，其中一个油口专门用于解锁，另外两个油口用于动作控制，解锁与动作控制相互独立。

过盈式锁紧油缸作为支撑油缸时一般安装于大型车辆的四周，与液压源的距离较远，因此连接管路较长，而且支撑点位置需要活动，需配置软管。所以，支撑油缸的三个油口均需要从液压源经多段硬管和软管连接到液压源。连接管路的复杂使液压系统连接件增多，漏油故障发生的节点增多，系统可靠性降低，而且，由于管路常常安装于车辆的底部等难以维修的部位，一旦发生漏油等问题难以处理。

发明内容

发明目的：本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种方便可靠的双端口支撑锁紧油缸及其控制方法。

技术方案：本发明一种双端口支撑锁紧油缸，包括缸筒和固定在缸筒上的上端盖、下端盖和导向套，所述上端盖、下端盖、导向套和缸筒构成一容腔，容腔内设有一活塞杆组件，活塞杆组件上自上而下套设有一活塞和一锁紧套，锁紧套与缸筒过盈配合，所述缸筒上端设有一控制油缸动作的上油嘴，缸筒下端设有一控制油缸动作和解锁油缸的下油嘴。

优选的，还包括锁定螺母、密封圈，所述活塞通过锁定螺母固连在活塞杆组件上，活塞内周和外周分别设有密封圈并将容腔隔离为有杆腔与无杆腔；所述锁紧套外周设有与有杆腔连通的螺旋槽。

优选的，所述活塞杆组件为上细下粗的空心阶梯状圆柱体，活塞杆组件中直径较小的部分套设活塞，直径较大的部分构成运动活塞杆。

优选的，所述运动活塞杆外径与缸筒内径满足关系π(R²-r²)＜0.2×πR²,其中R为缸筒内径，r为运动活塞杆外径。

优选的，所述运动活塞杆外径与缸筒内径满足关系

0.1×πR²＜π(R²-r²)＜0.2×πR²,其中R为缸筒内径，r为运动活塞杆外径。

本发明还公开了一种双端口支撑锁紧油缸控制方法，包括上述双端口支撑锁紧油缸和与所述容腔连通的液压系统，在所述双端口支撑锁紧油缸需要解锁时，所述液压系统的高压油从下油嘴进入容腔，高压油将缸筒与锁紧套的过盈配合部分以及缸筒的下部涨开。

优选的，所述双端口支撑锁紧油缸的运动由两路油源控制。

优选的，所述液压系统包括高压油泵和低压油泵，所述高压油泵在第一二位电磁换向阀和第一溢流阀的控制下提供高压油并注入下油嘴以实现双端口支撑锁紧油缸的解锁；所述低压油泵在第二二位电磁换向阀和第二溢流阀的控制下提供低压油并注入上油嘴，所述双端口支撑锁紧油缸在三位电磁换向阀处于左位时伸出，在三位电磁换向阀处于右位时收回，并由节流阀调节收回速度，在三位电磁换向阀处于中位时停止运动。

有益效果：本发明双端口支撑锁紧油缸将旧有解锁油口的功能融合在运动控制油口中，从而只需要两个油嘴，简化了油路，降低了成本，提高了可靠性；同时因为解锁高压油从下油嘴进入有杆腔，故而只需要一个上活塞，大大简化了内部结构，增加了有效行程。本发明双端口支撑锁紧油缸在解锁时，不仅将缸筒与锁紧套过盈配合部分涨开，而且将缸筒的有杆腔部分也涨开，使得解锁时缸筒的工作状态更好，不容易发生摩损、拉沟，应用更加方便可靠。

附图说明

图1为现有锁紧油缸示意图,c为解锁油口；

图2为本发明双端口支撑锁紧油缸示意图；

图3为本发明油缸控制原理图；

图4为油缸伸出时缸筒涨开对比示意图,d1为现有油缸伸出时缸筒的涨开状况,d2为本发明油缸伸出时缸筒的涨开状况。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

见图2，一种双端口支撑锁紧油缸，包括压板1、卡键2、缸筒3、上端盖4、上油嘴5、锁定螺母6、活塞7、锁紧套8、活塞杆组件9、下油嘴10、导向套11、法兰12、下端盖13、球头14；所述上端盖4、下端盖13、导向套11和缸筒3构成一容腔，容腔内设有一活塞杆组件9，活塞杆组件9上自上而下套设有一活塞7和一锁紧套8，锁紧套8与缸筒3过盈配合，保证油缸的可靠锁紧，所述缸筒3上端设有一控制油缸动作的上油嘴5，缸筒3下端设有一控制油缸动作和解锁油缸的下油嘴10。

所述活塞7通过锁定螺母6固连在活塞杆组件9上，活塞7内周和外周分别设有密封圈并将容腔隔离为有杆腔a与无杆腔；所述锁紧套8外周设有与有杆腔a连通的螺旋槽b。

所述活塞杆组件9为上细下粗的空心阶梯状圆柱体，活塞杆组件9中直径较小的部分套设活塞7，直径较大的部分构成运动活塞杆。

所述运动活塞杆外径与缸筒3内径满足关系0.1×πR²＜π(R²-r²)＜0.2×πR²,其中R为缸筒3内径，r为运动活塞杆外径。

所述上端盖4作为油缸收回时的止档，通过卡键2与缸筒3固连，用压板1将上端盖4固定；所述导向套11，作为活塞杆运动时的导向，其内圈安装有密封圈，将有杆腔a密封，导向套11通过下端盖13压紧固定，作为油缸伸出时的止档，下端盖13内圈安装有防尘圈；所述球头14，可用于安装支撑底盘，使油缸在支撑负载的同时，有一定的角度调整，以适应不平整的支撑面。

所述双端口支撑锁紧油缸的参数实施：

(1)活塞杆直径r应足够大，以便解锁油压产生的背压不影响油缸的伸出，为了保证解锁油压对油缸的伸出不产生大的背压，有杆腔a的有效面积S_H＝π(R²-r²)应足够小，设解锁油压为p_H，则产生的伸出背压为(S_H/S_L)p_H，其中无杆腔的面积为S_L＝πR²，因此应保证π(R²-r²)＜β×πR²，其中β为有杆腔a面积占无杆腔面积的百分比，β越小则背压越小，一般可取β＝10％～20％为宜，并不是β越小越好，β过小，则锁紧套8和导向套11在油缸运动到末端时的挤压应力过大，导致锁紧套8或导向套11变形破坏缸筒3的精密内圆，因此，r的选取满足下列条件，且其中，Ft为油缸的最大推力，σ_e1为锁紧套8或导向套11材料的弹性极限的较小值，n_e1为锁紧套8或导向套11弹性变形安全系数，一般可取n_e1＝2～4；

(2)缸筒3壁厚δ，缸筒3壁厚的设计十分重要，它与过盈配合的过盈量有直接关系，根据弹性力学理论，过盈量ε与壁厚的关系如下，

$\mathrm{\ϵ}=\frac{R_{p_H}}{E({(R+\mathrm{\δ})}^2-R^2)}((1-\mathrm{\μ})R^2+(1+\mathrm{\μ}){(R+\mathrm{\δ})}^2),$

其中，E为缸筒3材料的弹性模量，μ为缸筒3材料的泊松比，由上述关系可以得到如下简化设计公式同时，缸筒3壁厚的设计还需满足如下应力条件，

其中，σ_e2为缸筒3材料的弹性极限，n_e2为缸筒3弹性变形安全系数，一般可取n_e2＝2～4；

(3)锁紧套8长度L，锁紧套8的长度根据锁紧力的大小确定，设所需的锁紧力为F_s，则L＝n_sF_S/2πRLp_Hf，其中f为缸筒3与锁紧套8的摩擦系数，n_s为锁紧安全系数，可根据工作实际情况确定。

基于上述双端口支撑锁紧油缸，本发明还提供了一种双端口支撑锁紧油缸的控制方法：包括上述双端口支撑锁紧油缸和与所述容腔连通的液压系统，在所述双端口支撑锁紧油缸需要解锁时，所述液压系统的高压油从下油嘴10进入容腔，高压油将缸筒3与锁紧套8的过盈配合部分以及缸筒3的下部涨开。

见图3，其中，所述液压系统包括高压油泵16和低压油泵17，油缸的运动由两路油源控制，高压油泵16在第一二位电磁换向阀15和第一溢流阀18的控制下提供恒定压力的高压油或卸荷，当第一二位电磁换向阀15在左位时，高压油卸荷，油缸处于锁紧状态；当第一二位电磁换向阀15在右位时，高压油注入下油嘴10，进入油缸的有杆腔a，再从锁紧套8的下端面外圆进入螺旋槽b，由于活塞7的内外园均配置有密封圈，因此油缸的有杆腔a和螺旋槽b构成密封空间，解锁高压油将缸筒3与锁紧套8的过盈配合部分以及缸筒3的下面部分涨开，从而实现解锁；低压油泵17在第二二位电磁换向阀19和第二溢流阀20的控制下提供低压油并注入上油嘴5，当三位电磁换向阀22在左位时，油缸伸出，当三位电磁换向阀22在右位时，油缸收回，此时由节流阀21调节收回速度，当三位电磁换向阀22在中位时，油缸停止运动。

本发明双端口支撑锁紧油缸将旧有解锁油口c的功能融合在运动控制油口中，从而只需要两个油嘴，简化了油路，降低了成本，提高了可靠性；同时因为解锁高压油从下油嘴进入有杆腔，故而只需要一个上活塞，大大简化了内部结构，增加了有效行程。

见图4，本发明双端口支撑锁紧油缸在解锁时，不仅将缸筒与锁紧套过盈配合部分涨开，而且将缸筒的有杆腔部分也涨开，使得解锁时缸筒的工作状态更好，不容易发生摩损、拉沟，应用更加方便可靠。

Claims (8)

1.一种双端口支撑锁紧油缸，包括缸筒(3)和固定在缸筒(3)上的上端盖(4)、下端盖(13)和导向套(11)，所述上端盖(4)、下端盖(13)、导向套(11)和缸筒(3)构成一容腔，容腔内设有一活塞杆组件(9)，活塞杆组件(9)上自上而下套设有一活塞(7)和一锁紧套(8)，锁紧套(8)与缸筒(3)过盈配合，其特征在于：所述缸筒(3)上端设有一控制油缸动作的上油嘴(5)，缸筒(3)下端设有一控制油缸动作和解锁油缸的下油嘴(10)。

2.根据权利要求1所述的双端口支撑锁紧油缸，其特征在于：还包括锁定螺母(6)、密封圈，所述活塞(7)通过锁定螺母(6)固连在活塞杆组件(9)上，活塞(7)内周和外周分别设有密封圈并将容腔隔离为有杆腔(a)与无杆腔；所述锁紧套(8)外周设有与有杆腔(a)连通的螺旋槽(b)。

3.根据权利要求1所述的双端口支撑锁紧油缸，其特征在于：所述活塞杆组件(9)为上细下粗的空心阶梯状圆柱体，活塞杆组件(9)中直径较小的部分套设活塞(7)，直径较大的部分构成运动活塞杆。

4.根据权利要求3所述的双端口支撑锁紧油缸，其特征在于：所述运动活塞杆外径与缸筒(3)内径满足关系π(R²-r²)<0.2×πR²，其中R为缸筒(3)内径，r为运动活塞杆外径。

5.根据权利要求3所述的双端口支撑锁紧油缸，其特征在于：所述运动活塞杆外径与缸筒(3)内径满足关系0.1×πR²<π(R²-r²)<0.2×πR²，其中R为缸筒(3)内径，r为运动活塞杆外径。

6.一种双端口支撑锁紧油缸控制方法，包括权利要求1至5任一项所述的双端口支撑锁紧油缸和与所述容腔连通的液压系统，其特征在于：在所述双端口支撑锁紧油缸需要解锁时，所述液压系统的高压油从下油嘴(10)进入容腔，高压油将缸筒(3)与锁紧套(8)的过盈配合部分以及缸筒(3)的下部涨开。

7.根据权利要求6所述的双端口支撑锁紧油缸控制方法，其特征在于：所述双端口支撑锁紧油缸的运动由两路油源控制。

8.根据权利要求6或7任一项所述的双端口支撑锁紧油缸控制方法，所述液压系统包括高压油泵(16)和低压油泵(17)，其特征在于：所述高压油泵(16)在第一二位电磁换向阀(15)和第一溢流阀(18)的控制下提供高压油并注入下油嘴(10)以实现双端口支撑锁紧油缸的解锁；所述低压油泵(17)在第二二位电磁换向阀(19)和第二溢流阀(20)的控制下提供低压油并注入上油嘴(5)，所述双端口支撑锁紧油缸在三位电磁换向阀(22)处于左位时伸出，在三位电磁换向阀(22)处于右位时收回，并由节流阀(21)调节收回速度，在三位电磁换向阀(22)处于中位时停止运动。