液压缸及其制造方法及使用该液压缸的液压弹簧操动机构与流程

本发明涉及断路器所用操动机构技术领域，具体涉及一种液压缸及其制造方法及使用该液压缸的液压弹簧操动机构。

背景技术：

高压断路器是电力输送的关键设备，而其中的操动机构是关键部件，用来使断路器实现分合闸。按照储能方式的不同，主要分为液压弹簧操动机构、弹簧操动机构、气动操动机构、电磁式操动机构，液压弹簧操动机构以其输出功率大，反应快，可靠性高等特点，被普遍采用。液压操动机构，以液压缸为中心布置，液压缸不仅是连接中心，也是油路集成块。液压缸需要承受高油压，额定油压50MPa左右，缓冲油压100MPa左右，甚至更高。液压缸需具备较高的机械强度以保证机械连接和承载的可靠性。目前，液压缸一般采用铝材或钢材锻制或铸造而成，具体的结构可参见授权公告号为CN201655571U的中国专利公开的高压断路器的液压弹簧操动机构。

应用在超/特高压开关设备中的大功率液压弹簧操动机构，例如中国专利（公开号为CN1808650A）公开的大功率液压操动机构，其中的液压缸体积更大，额定油压更高，接近60MPa。这种液压缸若也采用常规的制造方法制造，存在如下弊端：

（1）采用铝材锻制或铸造，如果热处理过程控制不当，会导致液压缸材料的金相组织发生异常，产生安全隐患，严重时会引起重大故障。

（2）采用钢材锻制或铸造，由于液压缸体积很大，重量会特别重，不利于加工、运输和装配。大功率液压弹簧操动机构是安装在超/特高压开关筒体的法兰上的，重量过大，不利于与之对接的超/特高压开关筒体的受力，严重时甚至会造成开关漏气。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种液压缸制造方法，以解决现有技术中液压缸不能兼顾机械强度高、重量轻的技术问题。同时本发明还提供一种液压缸及使用该液压缸的液压弹簧操动机构。

为了实现以上目的，本发明中的液压缸制造方法技术方案如下：

液压缸制造方法，将液压缸分为内型腔和外型腔进行制造，具体包括以下步骤，1）、制造内型腔毛坯，内型腔毛坯为中空钢材，内型腔毛坯中空部分形成用于与活塞适配的活塞腔；2）、将所述内型腔毛坯放置在铸造模具中，并在该铸造模具中放置预先制造好的油道型芯，以通过所述油道型芯在铸造过程中铸造出液压缸的油道主体；3）、向铸造模具中注入高温液态铝合金，对未凝固的液相铝合金施压，使得液相铝合金充满铸造模具内腔，外型腔毛坯制成，同时液压缸毛坯也成型；4）、取出液压缸毛坯，进行机加工，使得内型腔和外型腔尺寸符合要求。

在步骤1）中，将所述内型腔毛坯的外侧面制成异形表面，以提高内型腔毛坯与外型腔毛坯的结合力。

进一步地，所述内型腔毛坯为中空的异形圆柱体，内型腔毛坯的外周壁为螺纹结构。

在进行步骤3）之前，在内型腔毛坯的外轮廓表面涂上热喷涂层。

在步骤3）之后，取出液压缸毛坯，对液压缸毛坯进行热处理。

机加工包括如下工序，精加工液压缸台阶内孔、液压缸外形及液压缸上的连接螺纹孔。

进一步地，在进行步骤3）之前，在所述铸造模具中放置预先制造好的油道型芯，以通过所述油道型芯在铸造过程中铸造出液压缸的油道主体。

进一步地，机加工包括如下的工序，铰制铸造出来的油道主体，使其内径符合设计的油道尺寸。

使用上述液压缸制造方法制造的液压缸，技术方案如下：

液压缸，包括外型腔、位于外型腔内部的内型腔，内型腔由钢材制成且其上设有与活塞适配的活塞腔，外型腔由铝合金铸造而成，外型腔上设有油道。

所述内型腔的外侧面为异形面以提高与外型腔内壁的结合力。

所述内型腔为中空圆柱体，内型腔外侧设有螺纹结构，所述异形面由螺纹结构的螺纹面形成。

沿活塞的运动方向，所述内型腔的长度与外型腔长度相等，所述活塞腔形成供活塞上下运动的活塞腔整体。

所述内型腔的沿活塞的运动方向的长度小于外型腔的长度，所述内型腔内的活塞腔形成活塞的缓冲腔，外型腔内于内型腔上侧设有上下贯通的活塞孔，所述活塞孔与所述缓冲腔上下对应并一起形成供活塞上下运动的活塞腔整体。

本发明中液压弹簧操动机构的技术方案如下：

液压弹簧操动机构，包括液压缸，液压缸包括外型腔、位于外型腔内部的内型腔，内型腔由钢材制成且其上设有与活塞适配的活塞腔，外型腔由铝合金铸造而成，外型腔上设有油道。

所述内型腔的外侧面为异形面以提高与外型腔内壁的结合力。

所述内型腔为中空圆柱体，内型腔外侧设有螺纹结构，所述异形面由螺纹结构的螺纹面形成。

沿活塞的运动方向，所述内型腔的长度与外型腔长度相等，所述活塞腔形成供活塞上下运动的活塞腔整体。

所述内型腔的沿活塞的运动方向的长度小于外型腔的长度，所述内型腔内的活塞腔形成活塞的缓冲腔，外型腔内于内型腔上侧设有上下贯通的活塞孔，所述活塞孔与所述缓冲腔上下对应并一起形成供活塞上下运动的活塞腔整体。

本发明的有益效果：本发明将整个液压缸的缸体分为两部分，内型腔和外型腔，其中内型腔采用钢材预制成型，内型腔是与活塞配合使用的，能够承载更高的油压，抵抗应力变形，具有更高的机械可靠性。外型腔不需要承载较高的油压，因而采用了铝合金材质，使得液压缸的整体质量比整体采用钢材的液压缸降低60%左右，可以大幅度降低产品重量，便于加工、运输和装配，进一步地改善了与液压缸对接的超/特高压开关筒体的受力，提高了机械连接的可靠性。外型腔采用挤压铸造工艺，可以获得致密均匀的组织，消除气孔和缩松等铸造缺陷。外型腔同时存在高压凝固和塑性变形，相当于锻造方法，使其具备良好的力学性能。

附图说明

图1是本发明液压缸制造方法实施例1的示意图；

图2是图1中的内型腔毛坯的结构示意图；

图3是采用本发明液压缸制造方法实施例1制成的液压缸结构示意图；

图4是本发明液压缸制造方法实施例2的示意图；

图5是采用本发明液压缸制造方法实施例2制成的液压缸结构示意图；

图6是本发明液压缸制造方法实施例1中内型腔毛坯的另一种结构示意图；

图7是本发明液压缸制造方法实施例1中内型腔毛坯的另一种结构示意图。

图1~3中各标记对应的名称：1、内型腔毛坯，11、螺纹结构，12、中空部分，2、外型腔毛坯，21、第一油道型芯，22、第二油道型芯，23、第三油道型芯，24、第四油道型芯，3、铸造模具，4、压头，5、内型腔，52、内孔，6、外型腔，61、油道，62、连通孔，63、连接螺纹孔。

图4~5中各标记对应的名称：1、内型腔毛坯，11、螺纹结构，12、活塞腔，2、外型腔毛坯，21、第一油道型芯，22、第二油道型芯，23、第三油道型芯，24、第四油道型芯，25、辅助型芯，3、铸造模具，4、压头，7、内型腔，71、内孔，8、外型腔，81、活塞孔。

具体实施方式

本发明的液压缸制造方法实施例1：如图1~3所示，主要构思是将液压缸分为内型腔和外型腔进行制造，液压缸由内、外型腔复合而成。具体包括以下步骤，1）、制造内型腔毛坯1，内型腔毛坯1为中空钢材，内型腔毛坯1由机加工的方式成型。内型腔毛坯1为中空的异形圆柱，内型腔毛坯1中空部分12形成用于与活塞适配的活塞腔。内型腔毛坯的外周壁为螺纹结构11，外轮廓的螺纹形成上述的异形面，异形面为螺纹面。图2中螺纹结构采用了更形象的画法。内型腔毛坯的外轮廓上涂有热喷涂层。

2）、预制油道型芯：以石英玻璃为基体，与矿化剂、增塑剂等按一定比例混合均匀后烧结，预制高精度陶瓷材料的油道型芯。根据不同的油道形状，分别制造相应的油道型芯，记为第一油道型芯21，第二油道型芯22，第三油道型芯23，第四油道型芯24。以通过设置油道型芯在后序的铸造过程中铸造出液压缸的油道主体。

3）、将上述的内型腔毛坯放置在铸造模具3中，并在该铸造模具3中放置预先制造好的各油道型芯。在放入之前对内型腔毛坯1和油道型芯进行预热处理，铸造模具也进行预热处理。铸造模具的结构为现有技术，可以采用对开式的。另外，内型腔毛坯及油道型芯的放置方法，也属于现有技术，在挤压铸造工艺中，已经很成熟。向铸造模具中注入高温液态铝合金，利用压头4对未凝固的液相铝合金施压，施压方向如图1中箭头所示，使得液相铝合金充满铸造模具内腔。保压至完全凝固，外型腔毛坯2制成，同时液压缸毛坯也初成形。

4）、取出液压缸毛坯，对液压缸毛坯进行热处理，消除内应力。

5）、进行机加工，使得内型腔5和外型腔6尺寸符合要求。机加工主要的工序为，精加工液压缸台阶内孔及液压缸外形，以使对应的尺寸符合设计要求。加工液压缸上的连接螺纹孔63。铸造出来的油道主体，还不是最终的油道，还需要进一步处理。铰制铸造出来的油道主体，使其内径符合设计的油道尺寸。加工需要连通的部分，例如内型腔内孔52与其中一个油道61的需要连通，加工连通孔62。活塞腔在加工成内孔52后，形成最终的活塞腔整体。

上述制造方法中，内型腔的最小直径选为35~70mm，最小壁厚选为20~40mm。外型腔的最大外径尺寸为450mm~600mm。

本发明的液压缸制造方法实施例2：

如图4~5所示 ，与实施例1的区别在于，内型腔的长度。在实施例1中，内型腔毛坯做的较长，定义沿活塞的运动方向为长度方向，使得最终的内型腔的长度与外型腔长度相等，活塞腔形成供活塞上下运动的活塞腔整体。由于液压缸受力情况最恶劣的部分出现在缓冲腔，因此，可以将内型腔毛坯1的长度做的短些，内型腔毛坯1也是为中空的异形圆柱，内部设有活塞腔12，活塞腔12在加工后形成内孔71。内型腔7的内孔71形成缓冲腔，而不是活塞腔整体。内型腔的长度小于外型腔的长度，外型腔8内于内型腔上侧设有上下贯通的活塞孔81，活塞孔81与缓冲腔上下对应并一起形成供活塞上下运动的活塞腔整体。那么在具体制造的时候，需要再设置一个辅助型芯25，辅助型芯25放置在内型腔毛坯1的上侧，用于在铸造的时候形成活塞孔81的活塞毛坯孔。

在上述各实施例中，将内型腔毛坯的外侧面制成螺纹表面，以提高内型腔毛坯与外型腔毛坯的结合力，螺纹易加工成形。在高温的作用下，内型腔的异形圆柱外轮廓在浇注外型腔时发生熔融和元素扩散，形成一定厚度的结合层实现牢固的冶金结合，异形圆柱外轮廓加大了内型腔表面热喷涂层的表面积，提高了内、外腔之间的热传导率，有助于提高两者之间结合层的质量。在其他实施例中，内型腔毛坯的外侧异形面也可设置成其他形式，例如，图6所示的台阶面，图7所示的锯齿形，还可以是波浪形。那也说明了，内型腔毛坯的外形不一定是圆柱形。

在上述各实施例中，制造的液压缸是针对液压弹簧操动机构用的，因此，所设置油道的规格及布置方式是具体到某一产品的，但是，本发明的制造方法，并不局限于液压弹簧操动机构中使用的液压缸，也可用于制造其他领域的液压缸。油道的布置方式可以根据实际产品而设计。

在上述各实施例中，采用预制的油道型芯，铸造出油道，由于油道型芯为陶瓷材料，具有耐高温、与合金元素高温不相容和热线膨胀系数较小的特性，使得成型的油道尺寸精度高。采用在铸造的过程中，成型油道主体，可以减少机加工量，提高效率。当然，在其他实施例中，也可在挤压铸造过程中，不设置油道型芯，而是在液压缸毛坯上加工出相应的油道。

本发明液压缸的实施例1，液压缸的结构对应于上述的液压缸的制造方法实施例1，也即按照方法实施例1制造出的液压缸结构，具体结构不再详述，参见图1~3。

本发明液压缸的实施例2，液压缸的结构对应于上述的液压缸的制造方法实施例2，也即按照方法实施例2制造出的液压缸结构，具体结构不再详述，参见图4~5。

本发明液压弹簧操动机构的实施例1，液压弹簧操动机构包括液压缸的实施例1中的液压缸。本发明液压弹簧操动机构的实施例2，液压弹簧操动机构包括液压缸的实施例2中的液压缸。液压弹簧操动机构的结构不再详述。