专利名称：一种适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸，该液压缸不需要添加额外的顺序阀等控制元件，成本少、压降损失小、能耗少，且能有效控制顺序伸出运动的可靠性。
背景技术：
目前，多个液压缸顺序动作在起重设备伸缩臂伸出工作中应用的十分广泛，但受起重机吊臂的臂架结构空间限制，增加过多的外围元件不利于整体设计和部件安装，且增加的控制元件的零件重量对起重臂来讲也是一种负载。现技术条件下，起重臂伸缩液压缸为了保证顺序伸出运动，均采取压力控制阀进行顺序运动控制，即在除第一个液压缸外的其余后续串联液压缸的每个油缸的无杆腔进油口处加装顺序阀，利用顺序阀所设定的开启压力的高低来控制液压缸的顺序运动。如图2所示，当换向阀执行至左侧位时，液压源的压力油进入第一个液压缸的无杆腔，随着压力的上升并当压力达到第一个液压缸的启动压力后，第一个液压缸的活塞杆开始外伸运动；当第一个液压缸运行至终点后，系统压力继续上升，在系统压力达到相邻下一个液压缸无杆腔进油口处所连接的顺序阀设定开启压力后，液压油打开液压缸进油口前的进油顺序阀并进入第二个液压缸的无杆腔，使第二个液压缸的活塞杆开始外伸运动并最终完成串联液压缸的顺序运动控制。现技术条件在较少个数液压缸的顺序动作控制中应用较为广泛。但随着吊臂臂节(即执行机构)的增多，多个液压缸顺序阀的压力设定以及顺序阀所带来的系统能量损失将成为一个突出的问题。以图3现技术(力士乐)管式顺序阀为例，该阀低压开启系列的最低调定开启压力区间为l(T30bar，若将其应用到系统最高工作压力350bar、需要6个液压缸顺序伸出动作且相邻两个顺序阀的开启压差设定值为20bar的控制系统中，从理论上讲，仅就顺序阀的运用，将使系统工作压力传递至最后第6个液压缸的压力只能达到250bar，系统压力损失达28. 6%，因此，现技术无论是顺序运动控制的可靠性还是应用范围均存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸。本发明的液压缸通过液压缸内油道、孔口、密封圈等的相对位置随活塞杆的运动来实现下一级液压缸伸出运动的油路顺序开启。本发明的液压缸不需要添加额外的电气、液压阀等元件即可实现多液压缸串联顺序伸出运动控制，方便、节能、高效。本发明的目的可通过下述技术措施来实现
本发明的适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸包括液压缸体，安装在液压缸体内的中空柱体结构的活塞体，与活塞体前端相固接的活塞杆，由前至后依次安装在活塞体外圆面上加工出的相应环槽内的活塞密封、活塞密封，以及安装在活塞体上的单向阀、固接在液压缸体上的集油块；在所述的活塞密封与活塞密封之间的活塞体上加工有一横贯活塞体的穿通孔(此孔是保证前后相 邻液压缸有杆腔联通的重要通道)，在位于活塞密封的另一侧的活塞体上加工有连通活塞体中空腔与液压缸的有杆腔的用于安装单向阀的螺纹孔；所述活塞体的中空腔为台阶孔结构，其中位于穿通孔后部的中空腔的孔径小于位于穿通孔前部的中空腔的孔径；所述活塞杆的中后部为中空柱体结构，所述活塞杆的中空腔通过以共轴线方式设置在中空腔内的由前向后延伸的内导管构成内、外双层油道，所述的内导管的后延伸端穿装在活塞体的中空腔内，并与位于穿通孔后部的中空腔壁形成紧配合关系；所述内层油道的一端与液压缸的无杆腔连接，另一端与活塞杆前端设置的V2油口相联通，且V2油口通过连接管路连向相邻的下一液压缸的无杆腔；所述外层油道的一端通过位于活塞杆穿通孔后部的中空腔与内导管之间的环形腔与由横贯活塞体的穿通孔构成的联通油腔连接，另一端与活塞杆前端设置的C2油口相联通，且C2油口通过连接管路连向相邻的下一液压缸的集油块上设置的Cl油口 ；在集油块上设置有K4联通孔和K5联通孔，其中K5联通孔始终与液压缸的有杆腔相联通，K4联通孔在活塞杆伸出至最大行程位置时与由横贯活塞体的穿通孔构成的联通油腔连接。与集油块上的Cl油口相对应的另一侧油道口为安装有压力传感器的封闭式结构。所述单向阀的作用在于提供一条串联多液压缸执行缩回运动时备用的回油通道；单向阀应用情形为，当液压缸执行回缩运动时，如果受意外负载突变等的干扰而导致除最后一个液压缸外的其余某个液压缸先回缩，这样后方液压缸有杆腔的正常缩回导通油道就被封闭，使后方液压缸就无法完成缩回运动；此种情况下，单向阀在压力油的作用下打开并为后方液压缸建立起另一条联通油道，从而使后几个液压缸可以完成全缩回运动。本发明的工作原理如下
以三个串联液压缸顺序运动控制为例说明具体伸出动作顺序情况当第一个液压缸做伸出运动并伸出到结构设定位置时，第一个液压缸中本发明结构自动接通第二个油缸的回油油路从而使第二个液压缸开始做伸出运动；当第二个油缸做伸出运动并伸出到结构设定位置时，第二个液压缸中本发明结构自动接通第三个油缸的回油油路从而使第三个液压缸开始做伸出运动；上述伸出运动过程中，正在运动的液压缸当其活塞未运动到结构设定位置时，由于其后方液压缸的回油油路未被接通(即被阻断)，因此可确保正在做伸出运动的液压缸的后方液压缸此时不能够做伸出运动，以此保证多液压缸伸出运动过程中实现顺序伸出动作控制的可靠性。对于多个串联液压缸顺序运动控制的实现过程同上，即前一个液压缸伸出运动并到达规定控制点后方才自动接通相邻的下一个液压缸的回油油路并使相邻的下一个液压缸做伸出运动，直至顺序接通最后一个液压缸的回油油路并使最后一个液压缸能够实现伸出运动。本发明的有益效果如下
I、压力损耗小，不受多级顺序阀压降困扰。2、不受液压缸节数限制，尤其适用于多节液压缸系统，或复杂系统的顺序动作。3、无需额外的电气液压外围元件，外形结构紧凑与常用液压缸外观几乎一致。
4、在紧凑型液压系统中，降低了外部管路布局对设计和安装的要求，同时也减少了管路连接中的泄露机率。
5、可避免缸杆外伸时受负载和干扰影响导致的乱序问题，抗干扰能力强。6、经济、节能、高效。
图I是本发明的结构图。图2是现技术液压缸顺序开启控制液压原理图。图3是现技术管式顺序阀原理图。图4是图I中活塞的结构图。图5是图4的左视图。图6是图5的A-A剖视图。图7是图4的B-B剖视图。图8是液压缸I伸出运动图。图9是液压缸II伸出运动图。图10是液压缸缩回运动图。图11是折臂吊6节伸缩臂液压原理图。
具体实施例方式本发明以下将结合实施例(附图)作进一步描述
如图1、4、5、6、7所示，本发明的适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸，它包括液压缸体1，安装在液压缸体内的中空柱体结构的活塞体2，与活塞体前端相固接的活塞杆7，由前至后依次安装在活塞体外圆面上加工出的相应环槽内的活塞密封3、活塞密封5，以及安装在活塞体上的单向阀6、固接在液压缸体上的集油块4 ;在所述的活塞密封3与活塞密封5之间的活塞体2上加工有一横贯活塞体的穿通孔Kl，在位于活塞密封5的另一侧的活塞体2上加工有连通活塞体中空腔与液压缸的有杆腔X2的用于安装单向阀6的螺纹孔K2;所述活塞体2的中空腔为台阶孔结构，其中位于穿通孔Kl后部的中空腔的孔径小于位于穿通孔Kl前部的中空腔的孔径；所述活塞杆7的中后部为中空柱体结构，所述活塞杆7的中空腔通过以共轴线方式设置在中空腔内的由前向后延伸的内导管构成内、外双层油道Yl、Y2，所述的内导管的后延伸端穿装在活塞体2的中空腔内，并与位于穿通孔Kl后部的中空腔壁形成紧配合关系；所述内层油道Yl的一端与液压缸的无杆腔Xl连接，另一端与活塞杆7前端设置的V2油口相联通，且V2油口通过连接管路连向相邻的下一液压缸的无杆腔Xl ;所述外层油道Υ2的一端通过位于活塞杆穿通孔后部的中空腔与内导管之间的环形腔与由横贯活塞体的穿通孔Kl构成的联通油腔Χ3连接，另一端与活塞杆7前端设置的C2油口相联通，且C2油口通过连接管路连向相邻的下一液压缸的集油块4上设置的Cl油口 ；所述集油块4焊接于液压缸体I上，在集油块4上设置有Κ4联通孔和Κ5联通孔，其中Κ5联通孔始终与液压缸的有杆腔Χ2相联通，Κ4联通孔在活塞杆7伸出至最大行程位置时与由横贯活塞体的穿通孔Kl构成的联通油腔Χ3连接，使得液压缸的Cl油口通过Κ4联通孔、联通油腔Χ3、管内有杆腔油道Υ2与通往下级有杆腔C2油口相联通，也即在此条件下(活塞杆7伸出到结构设定位 置时)方可实现液压缸Cl油口与C2油口间的液压油双向流通；与集油块上的Cl油口相对应的另一侧油道口为安装有压力传感器的封闭式结构(未在附图中显示)。在液压缸活塞杆7伸出运动过程中(即活塞杆7未伸出并到达结构设定位置)，由于联通油腔X3被活塞密封3、液压缸体I、活塞密封5所封闭而不能与K4联通孔相联通，因此Cl油口经K4联通孔、联通油腔X3而与通往下级有杆腔C2油口相连通的双向流通通路被阻断，此时由于受单向阀6单方向流通功能的限制，液压缸Cl油口与C2油口间的唯一通路和液压流向只能是液压油从Cl油口进入集油块4经流道到达K5联通孔并进入有杆腔X2，在推动活塞2并带动活塞杆7共同执行缩回运动的同时，压力油推开单向阀6而进入管内有杆腔油道Y2并流向通往下级有杆腔C2油口，再经外部管路连通至相邻下一个液压缸的Cl油口，使下一油缸也可执行缩回运动；正如单向阀6单方向流通功能要求的那样，在多液压缸执行伸出运动的过程中，正在运动的液压缸不允许液压油从C2油口进入管内有杆腔油道Y2反方向流经单向阀6而流向Cl油口，由此可见，在伸出运动过程中，正在做伸出动作运行的液压缸不允许液压油从C2油口向油口流通Cl。本发明的结构具体实现方法及液压原理如下
下面结合附图进一步介绍本发明的多个串联液压缸实现顺序伸出运动控制的方法(以两根液压缸为例)
(I)液压缸I开始伸出运动而液压缸II仍处于静止状态(如图8所示)。在执行伸出运动过程中，高压油通过外部管路I到达液压缸I油口 Vl并进入液压缸I的无杆腔XI，在无杆腔Xl处，液压油的推力作用在活塞2上并欲使活塞2以及活塞2所处在的活塞杆7向右产生伸出运动，而此时，液压缸I有杆腔X2中的液压油经液压缸I上集油块4的联通口 K5到达联通口 K4并流向液压缸I的Cl油口，再经与Cl油口相连通的外部管路II流回液压系统，从而使液压缸I形成无杆腔Xl进油、有杆腔X2回油的完整回路，因此液压缸I的活塞杆7可在前述液压油的推力作用下向右做伸出运动；与此同时，虽然作用在液压缸I无杆腔Xl处的压力油可以将压力通过液压缸I中的管内无杆腔油道Yl传递至通往下级无杆腔V2油口，并经与通往下级无杆腔V2油口相连通的外部管路III到达液压缸II的油口 Vl处并进入液压缸II的无杆腔XI，在液压缸II的无杆腔Xl处，液压油的压力虽然同样会产生一个欲使液压缸II的活塞杆7向右产生伸出运动的推力，但此时，液压缸II有杆腔X2中的液压油经液压缸II上集油块4的联通口 K5到达联通口 K4并流向液压缸II的Cl油口，再经与Cl油口相连通的外部管路IV连通至液压缸I的通往下级有杆腔C2油口，再经液压缸I的管内有杆腔油道Y2到达液压缸I中的联通油腔X3，由于此时液压缸I中的单向阀6不允许液压油从管内有杆腔油道Y2经单向阀6流向有杆腔X2，同时还由于液压缸I的活塞杆7在做伸出运动的过程中，液压缸I中活塞2的联通油腔X3未能与液压缸I上集油块4的K4联通孔对正并连通，并在液压缸I的液压缸体I、活塞密封3、活塞密封5三者共同作用下被封闭，因此液压缸II有杆腔X2中的液压油此刻不能形成回路，液压缸II的活塞杆7不能够做伸出运动；结合以上分析可知，在本发明液压缸应用条件下，当前一液压缸做伸出运动的过程中，其后方相连液压缸由于回油油路被阻断而确保不能够做伸出运动。(2)液压缸I伸出运动达到停止位后，液压缸II方开始启动伸出运动(如图9所示)当液压缸I的活塞杆7在无杆腔Xl处的压力油作用下持续向外伸出并最终到达结构设定位置后，液压缸I联通油腔X3与K4联通孔得以联通，此时液压缸II有杆腔X2中的液压油经液压缸II上集油块4的联通口 K5到达联通口 K4并流向液压缸II的Cl油口，经与Cl油口相连通的外部管路IV连通至液压缸I的通往下级有杆腔C2油口，再经液压缸I的管内有杆腔油道Y2、联通油腔X3、K4联通孔与液压缸I的Cl油口相联通，最后再经与液压缸I的Cl油口相连通的外部管路II流回液压系统，从而使液压缸II形成无杆腔Xl进油、有杆腔Χ2回油的完整回路，因此在前一个液压缸伸出运动到达结构设定位置、液压缸II回油油路被联通的条件下，液压缸II的活塞杆7方可在前述液压油的推力作用下向右做伸出运动并直至液压缸II伸出运动到达结构设定位置后停止。同理，利用本发明同样可以实现多个液压缸伸出运动过程的顺序伸出控制，并直至最后一个液压缸伸出到结构设定位置后停止、整个多油缸顺序伸出运动过程结束。(3)液压缸缩回运动过程(如图10所示)。液压缸I、液压缸II在执行缩回运动时，压力油通过外部管路II到达液压缸I的集油块4，通过Κ5联通孔直接进入液压缸I的有杆腔Χ2，并将压力作用于液压缸I活塞2的图示右端面，使液压缸I的活塞杆7具有向左做缩回运动的趋势；与此同时，进入液压缸I的集油块4内的液压油还可通过Κ4联通孔直接进入联通油腔Χ3并到达管内有杆腔油道Υ2，同时也可以通过Κ5联通孔打开单向阀6而到达管内有杆腔油道Υ2 (当联通油腔Χ3封闭时)，并经由管内有杆腔油道Υ2到达液压缸I的通往下级有杆腔C2油口，再经过外部管路IV到达液压缸II的集油块4内，在液压缸II的集油块4内部，液压油通过液压缸II的Κ5联通孔直接进入液压缸II的有杆腔Χ2，并将压力作用于液压缸II活塞2的图示右端面，使液压缸II的活塞杆7具有向左做缩回运动的趋势；对于低压回油油路，液压缸II无杆腔Xl中的液压油经Vl油口与外部管路III联通并到达液压缸I通往下级无杆腔V2油口，再经液压缸I的管内无杆腔油道Yl到达液压缸I无杆腔XI，在液压缸I的无杆腔Xl中，液压缸II的回流液压油与液压缸I的回流液压油回流并经与液压缸I的Vl油口相联通的外部管路I流回液压系统，从而形成液压缸I、液压缸II的有杆腔Χ2进油、无杆腔Xl回油的完整回路，因此液压缸I、液压缸II的活塞杆7在压力油的作用下实现缩回运动。本发明可应用于液压、气动系统多节缸的顺序开启动作。下面结合图11进行应用方面的介绍。在图11中，液压油经油泵到达换向阀，当换向阀切换至左位，高压油液到达液压缸I的无杆腔，通过液压缸I的有杆腔内部油道到达下一级液压缸的无杆腔，直至最后一节液压缸6的无杆腔。六节液压缸无杆腔通过管路串联在一起，整个过程始终导通。回油管路通过有杆腔的内部油道串联在一起。在整个顺序伸出过程中，仅有液压缸I的有杆腔始终与换向阀联通可流回油箱。随着进油管路压力的抬升，当达到液压缸I启动压力后，液压缸I开始伸出。当液压缸I执行伸出运动且运行到行程终点时，液压缸2的有杆腔回油油路方导通，液压缸2的活塞杆开始伸出并直到液压缸2伸出运行到行程终点，随后，与液压缸2相邻连接的下节液压缸有杆腔回油管路才能开启并开始液压缸3执行伸出运动。上述伸出运动控制方式重复实现直至液压缸6完全伸出，从而完成折臂吊6节伸缩臂的顺序伸出过程。
权利要求
1. 一种适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸，其特征在于它包括液压缸体，安装在液压缸体内的中空柱体结构的活塞体，与活塞体前端相固接的活塞杆，由前至后依次安装在活塞体外圆面上加工出的相应环槽内的活塞密封、活塞密封，以及安装在活塞体上的单向阀、固接在液压缸体上的集油块；在所述的活塞密封与活塞密封之间的活塞体上加工有一横贯活塞体的穿通孔，在位于活塞密封的另一侧的活塞体上加工有连通活塞体中空腔与液压缸的有杆腔的用于安装单向阀的螺纹孔；所述活塞体的中空腔为台阶孔结构，其中位于穿通孔后部的中空腔的孔径小于位于穿通孔前部的中空腔的孔径；所述活塞杆的中后部为中空柱体结构，所述活塞杆的中空腔通过以共轴线方式设置在中空腔内的由前向后延伸的内导管构成内、外双层油道，所述的内导管的后延伸端穿装在活塞体的中空腔内，并与位于穿通孔后部的中空腔壁形成紧配合关系；所述内层油道的一端与液压缸的无杆腔连接，另一端与活塞杆前端设置的V2油口相联通，且V2油口通过连接管路连向相邻的下一液压缸的无杆腔；所述外层油道的一端通过位于活塞杆穿通孔后部的中空腔与内导管之间的环形腔与由横贯活塞体的穿通孔构成的联通油腔连接，另一端与活塞杆前端设置的C2油口相联通，且C2油口通过连接管路连向相邻的下一液压缸的集油块上设置的Cl油口 ；在集油块上设置有K4联通孔和K5联通孔，其中K5联通孔始终与液压缸的有杆腔相联通，K4联通孔在活塞杆伸出至最大行程位置时与由横贯活塞体的穿通孔构成的联通油腔连接。
全文摘要
本发明公开了一种适用于控制多个液压缸顺序伸出运动的液压缸，它包括液压缸体，安装在液压缸体内的中空柱体结构的活塞体，与活塞体前端相固接的活塞杆，由前至后依次安装在活塞体外圆面上加工出的相应环槽内的活塞密封、活塞密封，以及安装在活塞体上的单向阀、固接在液压缸体上的集油块；本发明的特点在于不增加外部控制元件(如现技术中所用的顺序阀)的情况下，能够实现多液压缸串联时的顺序平稳伸出，且不受液压缸个数限制和实际载荷波动的影响。
文档编号F15B15/08GK102619805SQ201210126559
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者刘世亮, 刘朋, 尹志红, 李贵强, 段俊锋, 毕峥, 王成虎, 王昉, 石宇东, 符磊, 赵志刚, 郑磊 申请人:郑州宇通重工有限公司