CN117738956B - 一种可伸缩的数字螺旋摆动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可伸缩的数字螺旋摆动缸，涉及液压缸技术领域，包括：第一缸筒、第二缸筒，以及双头螺柱架组件，用于所述第一缸筒、第二缸筒组合式紧密连接；以及缸杆，所述第一缸筒内约束有第一活塞，用以缸杆的往复伸缩动作，所述第二缸筒内约束有两组第二活塞，以及与第二活塞适配的螺旋齿轮，用以缸杆的螺旋摆动动作。本发明提供一种集成伸缩、摆动功能于一体的油缸结构，打破传统螺旋齿轮油缸结构限制，增设了活塞杆伸缩功能，伸缩与摆动两个动作独立控制，互不干扰，在满足摆动缸输出高扭矩的基础上，可为系统提供轴向、大吨位的推拉动力。

Description

一种可伸缩的数字螺旋摆动缸

技术领域

本发明属于液压缸技术领域，是一种具备伸缩、摆动及传感功能的液压油缸。

背景技术

压油缸是应用在工业机械领域、工程机械领域上重要的动力执行元件，因其可为负载提供稳定、可靠且持久的动力支持，已成为重型机械设备必不可少的液压执行元件，常规的螺旋摆动缸具有结构紧凑、安全可靠、输出扭矩大和摆动角度大等优点。

例如，中国专利文献CN105041758 A公布了一种旋转伸缩一体化液压缸，一种旋转伸缩一体化液压缸，涉及流体传动及控制领域，主缸筒内设有穿出上端盖的活塞杆，扭矩传动轴的上部插入活塞杆底部，插入部分的下部套设有滑套，滑套与活塞杆固定，活塞杆的凸肩下方套设有伸缩活塞，活塞杆相对于伸缩活塞转动设置，伸缩活塞移动设置于主缸筒，缸筒无杆腔固定设有螺旋缸筒，扭矩传动轴的中部和下部均位于螺旋缸筒内；

在具体使用过程中，上述设计，需要在油缸内部安装推力滚针轴承，多个密封节点数量容易增大设备故障率，且不便于设备后期维护及更换油缸配件；因此，针对现阶段集成伸缩、旋转摆动功能于一体的油缸结构，设计理念仍未成熟，设计成果仍未大面积转换为成熟产品的现状，本发明提供了一种解决伸缩、摆动一体式油缸的设计思路。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种集成伸缩、摆动功能于一体的油缸结构，打破传统螺旋齿轮油缸结构限制，增设了活塞杆伸缩功能，伸缩与摆动两个动作独立控制，互不干扰，在满足摆动缸输出高扭矩的基础上，可为系统提供轴向、大吨位的推拉动力，将伸缩与摆动功能集成一体后，大大缩减了机械结构的安装空间，节约设备制造成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可伸缩的数字螺旋摆动缸，包括：第一缸筒、第二缸筒，以及双头螺柱架组件，用于所述第一缸筒、第二缸筒组合式紧密连接；以及缸杆，所述第一缸筒内约束有第一活塞，用以缸杆的往复伸缩动作，所述第二缸筒内约束有两组第二活塞，以及与第二活塞适配的螺旋齿轮，用以缸杆的螺旋摆动动作；所述缸杆的两端贯穿第一活塞、两组第二活塞、以及螺旋齿轮并分别延伸至第一缸筒与第二缸筒的外侧；以及分别设置在第一缸筒、第二缸筒上的第一液压控制组件、第一液压控制组件，用于切换缸杆动作状态。

优选的，所述第二缸筒与螺旋齿轮啮合部位设置有螺旋内齿，以及开设在螺旋内齿上的过油孔，以及开设在第二缸筒上的齿轮油加油口，所述齿轮油加油口与过油孔连通。

优选的，所述双头螺柱架组件包括后缸筒固定座、中间缸筒固定座、前缸筒固定座，以及四组双头螺柱，四组所述双头螺柱依次贯穿后缸筒固定座、中间缸筒固定座、前缸筒固定座并将第一缸筒、第二缸筒锁紧。

优选的，所述后缸筒固定座钻设有螺纹通孔，所述螺纹通孔螺纹连接有位移传感组件，位移传感组件包括传感磁铁，以及贯穿传感磁铁的高压外管；所述缸杆的尾部端面可与后缸筒固定座内表面接触并设置有第一薄壁凸台，所述第一薄壁凸台上设置有与后缸筒固定座凹槽同心的凸台，该凸台内设置凹槽，凹槽内钻螺纹连接孔以及与位移传感组件高压外管配合的长孔；所述长孔内设置有磁铁固定螺钉，用于连接并固定传感磁铁，传感磁铁在伸缩动作过程中与高压外管实现无接触传感。

优选的，所述第一薄壁凸台与后缸筒固定座凹槽同心。

优选的，所述螺旋齿轮的传动部位圆周分布有若干导向键槽，内设导向平键，缸杆通过平键固定螺钉与导向平键连接固定，导向平键在缸杆伸缩过程中起到导向作用，在缸杆旋转过程中起到传递扭矩作用。

优选的，所述后缸筒固定座与第一缸筒、中间缸筒固定座与往复式缸筒、中间缸筒固定座与第二缸筒以及前缸筒固定座与第二缸筒的连接部位均设置有密封结构，所述密封结构包括环形定位槽，以及开设在环形定位槽的O型圈槽，用以安装密封O型圈。

优选的，所述第一液压控制组件包括钻导油孔，所述钻导油孔开设在后缸筒固定座与第一活塞接触部位所在的凹槽内；且后缸筒固定座上平面设置有与钻导油孔连通的油口A，以及设置在所述中间缸筒固定座与第一活塞接触部位的第一薄壁凸台，所述第一薄壁凸台内设导油孔，所述中间缸筒固定座上平面设置有与第一薄壁凸台内导油孔连通的油口B，且所述中间缸筒固定座与第一活塞接触部位的设置有缸杆导向带沟槽与缸杆旋转密封沟槽；所述第二液压控制组件包括设置在中间缸筒固定座侧平面的油口C，且油口C与第一薄壁凸台内设的导油孔连通，以及设置在前缸筒固定座与第二缸筒接触部位的第二薄壁凸台，钻导油孔，且所述前缸筒固定座侧平面设置油口D，油口D与第二薄壁凸台所在的导油孔连通；前缸筒固定座与缸杆的接触部位设置有缸杆导向带沟槽、缸杆旋转密封沟槽与防尘密封沟槽。

优选的，所述第二缸筒、前缸筒固定座、中间缸筒固定座、后缸筒固定座与高强度双头螺柱连接部位均设置有过盈铜套。

优选的，所述第二活塞与第二缸筒接触部位，设置活塞导向带沟槽、活塞旋转密封沟槽；第二活塞与缸杆的接触部位设置有缸杆导向带以及缸杆旋转密封沟槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明打破传统螺旋齿轮油缸结构限制，增设了活塞杆伸缩功能，伸缩与摆动两个动作独立控制，互不干扰，在满足摆动缸输出高扭矩的基础上，可为系统提供轴向、大吨位的推拉动力，将伸缩与摆动功能集成一体后，大大缩减了机械结构的安装空间，节约设备制造成本。

2.本发明采用拉杆式装配结构，通过四根高强度双头螺柱，将缸筒及缸筒固定座连接在一起，易于油缸后期维护、保养及更换配件，且配合组装的过盈铜套，可降低第二缸筒在螺旋齿轮旋转过程中发生晃动。

2.本发明为活塞配备了位移传感器，位移传感器采用磁致伸缩控制技术，将环形磁铁固定到活塞尾端，耐高压外管插入缸杆内孔，在活塞移动过程中，通过环形磁铁不接触地测量位移，转换成位置信号与速度信号。

3.本发明可结合现场工况需要，通过控制缸径、杆径、活塞行程，为设备提供需要的轴向负载力；通过控制螺旋齿轮的齿数、模数、螺旋角度、螺旋行程等参数，为设备提供需要的摆角及扭矩；通过控制油缸液压油进出口流量，实现缸杆伸缩及摆动的速度控制。

4.本发明设计了活塞缓冲装置，在活塞快速回程到末端时，活塞尾端凸台结构与缸筒固定座凹台结构形成环形阻尼间隙，缸筒固定座凹台内的液压油，通过活塞尾端凸台挤压，产生反作用力，进而可降低活塞回程速度，防止活塞与缸筒固定座产生快速冲击。

5.本发明螺旋齿轮腔为密闭腔体，通过加油口向腔体内注入齿轮油，为螺旋内外齿轮咬合提供自润滑功能。

附图说明

图1为本发明内部结构剖面结构示意图；

图2为本发明的产品结构示意图；

图3为本发明的三维立体结构示意图；

图4为本发明液压系统控制原理示意图；

图5为本发明的拆解结构示意图；

图6为本发明的螺旋内齿结构示意图；

图7为本发明的缸杆与位移传感组件装配线框结构图。

图中：1、第一缸筒；2、第一缸筒；3、活塞导向带；4、缸杆导向带；5、缸杆旋转密封；6、活塞旋转密封；7、防尘密封；8、齿轮油加油口；9、后缸筒固定座；10、中间缸筒固定座；11、前缸筒固定座；12、油口A；13、油口B；14、油口C；15、双头螺柱；16、密封O型圈；17、导向平键；18、平键固定螺钉；19、螺旋齿轮；20、传感磁铁；21、磁铁固定螺钉；22、位移传感器；23、缸杆；24、第二缸筒；25、油口D；26、第一活塞。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。下面结合附图详细介绍本发明各实施例。

请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种可伸缩的数字螺旋摆动缸，包括：第一缸筒2、第二缸筒24，以及双头螺柱架组件，用于第一缸筒2、第二缸筒24组合式紧密连接；以及缸杆23，第一缸筒2内约束有第一活塞26，用以缸杆23的往复伸缩动作，第二缸筒24内约束有两组第二活塞1，以及与第二活塞1适配的螺旋齿轮19，用以缸杆23的螺旋摆动动作；缸杆23的两端贯穿第一活塞26、两组第二活塞1、以及螺旋齿轮19并分别延伸至第一缸筒2与第二缸筒24的外侧；以及分别设置在第一缸筒2、第二缸筒24上的第一液压控制组件、第一液压控制组件，用于切换缸杆23动作状态。

如图1、图2、图3所示，在第一缸筒2的设计中，可用于缸杆23的往复式伸缩动作动作1，在第二缸筒24的螺旋内齿式设计中，用于缸杆23的旋转摆动动作动作2，缸杆23作为传动执行机构，连通第一缸筒2与第二缸筒24,并在第一液压控制组件、第一液压控制组件的作用下，进行选择切换，即将伸缩与旋转摆动功能集成一体后，大大缩减了机械结构的安装空间，节约设备制造成本；

值得注意的是，本发明伸缩与摆动动作，根据工况需要，可单独动作，也可同时动作；在单独动作时，为避免动作1对动作2的干扰，需在液压系统中增设液压锁紧装置液控单向阀或平衡阀，保证动作1在动作过程中，动作2保持静止状态，液压控制原理如图4。

进一步地，第二缸筒24与螺旋齿轮19啮合部位设置有螺旋内齿，以及开设在螺旋内齿上的过油孔，以及开设在第二缸筒24上的齿轮油加油口8，齿轮油加油口8与过油孔连通。

具体的，如图1、6所示，本发明可根据工况极限转角要求，结合螺旋齿轮19的齿数、模数、螺旋角度等参数，精确计算出第二活塞1的极限行程，保证负载不会发生超转角运行；

如图1所示，第二缸筒24方形板内开设通油孔，前后的2个第二活塞1将螺旋齿轮19固定夹紧，夹紧区域形成密闭腔体，通过齿轮油加油口8向密闭腔体加入齿轮润滑油，第二活塞1带动螺旋齿轮19在缸筒内运动时，齿轮润滑油可在第二缸筒24方形板两侧流通，实现自润滑功能，齿轮油加油口8由堵头封堵。

进一步地，双头螺柱架组件包括后缸筒固定座9、中间缸筒固定座10、前缸筒固定座11，以及四组双头螺柱15，四组双头螺柱15依次贯穿后缸筒固定座9、中间缸筒固定座10、前缸筒固定座11并将第一缸筒2、第二缸筒24锁紧。

采用拉杆式装配结构，通过四根高强度双头螺柱，将缸筒及缸筒固定座连接在一起，易于油缸后期维护、保养及更换配件。

进一步地，后缸筒固定座9钻设有螺纹通孔，螺纹通孔螺纹连接有位移传感组件，位移传感组件包括传感磁铁20，以及贯穿传感磁铁20的高压外管22；缸杆23的尾部端面可与后缸筒固定座9内表面接触并设置有第一薄壁凸台，且内设置凹槽，凹槽内钻螺纹连接孔以及与位移传感组件高压外管配合的长孔；长孔内设置有磁铁固定螺钉21，用于连接并固定传感磁铁21，传感磁铁20在伸缩动作过程中与高压外管22实现无接触传感。

如图1、7所示，位移传感组件采用磁致伸缩控制技术，高压外管22贯穿于传感磁铁20，高压外管22内安装有一条铁磁材料的测量感应元件，称为波导管，缸杆23活塞运动时，波导管可感应活塞运动产生的位移，同时将感应数据反馈至PLC，在活塞移动过程中，通过环形磁铁不接触地测量位移，转换成位置信号与速度信号。

进一步地，第一薄壁凸台与后缸筒固定座9凹槽同心。

该设计中，在第一活塞26快速回程到末端时，活塞尾端凸台结构与缸筒固定座凹台结构形成环形阻尼间隙，缸筒固定座凹台内的液压油，通过活塞尾端凸台挤压，产生反作用力，形成缓冲段，进而可降低活塞回程速度，防止活塞与缸筒固定座产生快速冲击。

进一步地，螺旋齿轮19的传动部位圆周分布有若干导向键槽，内设导向平键17，缸杆23通过平键固定螺钉18与导向平键17连接固定，导向平键17在缸杆23伸缩过程中起到导向作用，在缸杆23旋转过程中起到传递扭矩作用。

具体的，如图1所示，缸杆23通过平键固定螺钉18与导向平键17连接固定，值得注意，平键固定螺钉18仅起到固定导向平键17的作用，不承受扭力；不论第一活塞26与第二活塞处于何种相对位置，导向平键17始终包含于螺旋齿轮19导向键槽内。

进一步地，后缸筒固定座9与第一缸筒2、中间缸筒固定座10与往复式缸筒2、中间缸筒固定座10与第二缸筒24以及前缸筒固定座11与第二缸筒24的连接部位均设置有密封结构，密封结构包括环形定位槽，以及开设在环形定位槽的O型圈槽，用以安装密封O型圈16，通过密封结构，可增加组合后各组件的整体密封性。

进一步地，第一液压控制组件包括钻导油孔，钻导油孔开设在后缸筒固定座9与第一活塞26接触部位所在的凹槽内；且后缸筒固定座9上平面设置有与钻导油孔连通的油口A12，以及设置在中间缸筒固定座10与第一活塞26接触部位的第一薄壁凸台，第一薄壁凸台内设导油孔，中间缸筒固定座10上平面设置有与第一薄壁凸台内导油孔连通的油口B13，且中间缸筒固定座10与第一活塞26接触部位的设置有缸杆导向带4沟槽与缸杆旋转密封5沟槽；

第二液压控制组件包括设置在中间缸筒固定座10侧平面的油口C14，且油口C14与第一薄壁凸台内设的导油孔连通，以及设置在前缸筒固定座11与第二缸筒24接触部位的第二薄壁凸台，钻导油孔，且前缸筒固定座11侧平面设置油口D 25，油口D 25与第二薄壁凸台所在的导油孔连通；前缸筒固定座11与缸杆23的接触部位设置有缸杆导向带4沟槽、缸杆旋转密封5沟槽与防尘密封7沟槽。

如图4所示，通过控制油口A12，油口B13进出油，实现一体式缸杆做伸缩动作；通过控制油口C14，油口D25进出油，实现螺旋齿轮做往复直线动作，受固定螺旋内齿导向作用，螺旋齿轮做直线运动的同时，发生旋转运动，螺旋齿轮与缸杆通过导向平键实现传动功能，即螺旋齿轮与一体式缸杆同步旋转，进一步，通过控制油缸液压油进出口流量，实现缸杆伸缩及摆动的速度控制。

进一步地，第二缸筒24、前缸筒固定座11、中间缸筒固定座10、后缸筒固定座9与高强度双头螺柱15连接部位均设置有过盈铜套。

具体的，如图1、图2所示，螺旋齿轮19在旋转过程中，会将扭力反作用传递给第二缸筒24，为降低第二缸筒24在螺旋齿轮19旋转过程中发生晃动，第二缸筒24、前缸筒固定座11、中间缸筒固定座10、后缸筒固定座9与高强度双头螺柱15连接部位，均镶入过盈铜套。

进一步地，第二活塞1与第二缸筒24接触部位，设置活塞导向带3沟槽、活塞旋转密封6沟槽；第二活塞1与缸杆23的接触部位设置有缸杆导向带4以及缸杆旋转密封5沟槽。

本发明轴用、孔用密封选用双作用旋转密封，表面环上有两圈蓄油槽，提高了活塞及缸杆的旋转、伸缩动态密封性能，在保证润滑的同时，减少表面接触面积；表面环两侧开有泄油槽，能使密封件在压力变向时快速响应；密封可承载额定动态压力300bar，通过提高系统油压，降低油缸外形设计尺寸。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。其中，可拆卸安装的方式有多种，例如，可以通过插接与卡扣相配合的方式，又例如，通过螺栓连接的方式等。

以上结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：包括：

第一缸筒（2）、第二缸筒（24），以及双头螺柱架组件，用于所述第一缸筒（2）、第二缸筒（24）组合式紧密连接；

以及缸杆（23），所述第一缸筒（2）内约束有第一活塞（26），用以缸杆（23）的往复伸缩动作，所述第二缸筒（24）内约束有两组第二活塞（1），以及与第二活塞（1）适配的螺旋齿轮（19），用以缸杆（23）的螺旋摆动动作；所述缸杆（23）的两端贯穿第一活塞（26）、两组第二活塞（1）、以及螺旋齿轮（19）并分别延伸至第一缸筒（2）与第二缸筒（24）的外侧；

以及分别设置在第一缸筒（2）、第二缸筒（24）上的第一液压控制组件、第二液压控制组件，用于切换缸杆（23）动作状态，

所述双头螺柱架组件包括后缸筒固定座（9）、中间缸筒固定座（10）、前缸筒固定座（11），以及四组双头螺柱（15），四组所述双头螺柱（15）依次贯穿后缸筒固定座（9）、中间缸筒固定座（10）、前缸筒固定座（11）并将第一缸筒（2）、第二缸筒（24）锁紧，

所述后缸筒固定座（9）钻设有螺纹通孔，所述螺纹通孔螺纹连接有位移传感组件，位移传感组件包括传感磁铁（20），以及贯穿传感磁铁（20）的高压外管（22）；

所述缸杆（23）的尾部端面能够与后缸筒固定座（9）内表面接触并设置有第一薄壁凸台，所述第一薄壁凸台上设置有与后缸筒固定座（9）凹槽同心的凸台，该凸台内设置凹槽，凹槽内钻螺纹连接孔以及与位移传感组件高压外管配合的长孔；

所述长孔内设置有磁铁固定螺钉（21），用于连接并固定传感磁铁（21），传感磁铁（20）在伸缩动作过程中与高压外管（22）实现无接触传感。

2.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述第二缸筒（24）与螺旋齿轮（19）啮合部位设置有螺旋内齿，以及开设在螺旋内齿上的过油孔，以及开设在第二缸筒（24）上的齿轮油加油口（8），所述齿轮油加油口（8）与过油孔连通。

3.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述第一薄壁凸台与后缸筒固定座（9）凹槽同心。

4.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述螺旋齿轮（19）的传动部位圆周分布有若干导向键槽，内设导向平键（17），缸杆（23）通过平键固定螺钉（18）与导向平键（17）连接固定，导向平键（17）在缸杆（23）伸缩过程中起到导向作用，在缸杆（23）旋转过程中起到传递扭矩作用。

5.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述后缸筒固定座（9）与第一缸筒（2）、中间缸筒固定座（10）与往复式缸筒（2）、中间缸筒固定座（10）与第二缸筒（24）以及前缸筒固定座（11）与第二缸筒（24）的连接部位均设置有密封结构，所述密封结构包括环形定位槽，以及开设在环形定位槽的O型圈槽，用以安装密封O型圈（16）。

6.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述第一液压控制组件包括钻导油孔，所述钻导油孔开设在后缸筒固定座（9）与第一活塞（26）接触部位所在的凹槽内；且后缸筒固定座（9）上平面设置有与钻导油孔连通的油口A（12），以及设置在所述中间缸筒固定座（10）与第一活塞（26）接触部位的第三薄壁凸台，所述第三薄壁凸台内设导油孔，所述中间缸筒固定座（10）上平面设置有与第三薄壁凸台内导油孔连通的油口B（13），且所述中间缸筒固定座（10）与第一活塞（26）接触部位的设置有缸杆导向带（4）沟槽与缸杆旋转密封（5）沟槽；

所述第二液压控制组件包括设置在中间缸筒固定座（10）侧平面的油口C（14），且油口C（14）与第三薄壁凸台内设的导油孔连通，以及设置在前缸筒固定座（11）与第二缸筒（24）接触部位的第二薄壁凸台，钻导油孔，且所述前缸筒固定座（11）侧平面设置油口D（25），油口D（25）与第二薄壁凸台所在的导油孔连通；前缸筒固定座（11）与缸杆（23）的接触部位设置有缸杆导向带（4）沟槽、缸杆旋转密封（5）沟槽与防尘密封（7）沟槽。

7.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述第二缸筒（24）、前缸筒固定座（11）、中间缸筒固定座（10）、后缸筒固定座（9）与高强度双头螺柱（15）连接部位均设置有过盈铜套。

8.根据权利要求1所述的可伸缩的数字螺旋摆动缸，其特征在于：所述第二活塞（1）与第二缸筒（24）接触部位，设置活塞导向带（3）沟槽、活塞旋转密封（6）沟槽；第二活塞（1）与缸杆（23）的接触部位设置有缸杆导向带（4）以及缸杆旋转密封（5）沟槽。