轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，包括金属封头、液压油缸活塞、由液压油缸缸筒形成的金属内衬、固定件、金属套环和密封圈，所述金属内衬外整体包裹有碳纤维复合材料形成的增强层，所述增强层外套有金属套环，所述增强层以热固性树脂为基体、碳纤维为增强体，所述增强层中热固性树脂基体的质量含量为23-40%；该种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，在各种工况下，较现有技术中的全金属液压油缸，其强度、刚度、抗疲劳性能缸都有明显的提高，不仅使得制品安全性得到有效改善，而且减重效果也达到30%-65%，实现了机械泵车轻量化和整车成本降低的目标。
【专利说明】轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸。
【背景技术】
[0002]液压油缸对于液压机械来说是非常重要的一个部件，在整个液压机械中扮演一个执行元件的角色，整个过程中液压油缸就是把液压能转换成机械能。随着经济持续健康快速发展，基础设施建设的工程机械需求量大幅度增长，而液压油缸是各种工程机械、煤矿机械、特种车辆和大型机械的专用部件。这对工程机械的臂展高度也提出了严格要求。但是现有技术中存在的全金属液压油缸的重量大，且强度、刚度、抗疲劳性能不理想的问题。全金属液压油缸逐渐不能满足使用的需求。
[0003]上述问题是在液压油缸的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸解决现有技术中存在的全金属液压油缸的重量大，且强度、刚度、抗疲劳性能不理想的问题。
[0005]本发明的技术解决方案是:
一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，包括金属封头、液压油缸活塞、由液压油缸缸筒形成的金属内衬、固定件、金属套环和密封圈，所述金属内衬的内部两端均设有金属封头，所述液压油缸活塞穿过金属内衬的内部一端的金属封头，所述金属内衬外整体包裹有碳纤维复合材料形成的增强层，所述增强层外套有金属套环，所述固定件将金属套环、增强层、金属内衬、金属封头依次固定，所述金属封头的两端均设有油口，所述增强层以热固性树脂为基体、碳纤维为增强体，所述增强层中热固性树脂基体的质量含量为23-40%。
[0006]优选地，所述金属封头与金属内衬间、金属封头与液压油缸活塞间设有密封圈。
[0007]优选地，所述金属内衬采用直接成型的薄壁金属缸筒。
[0008]优选地，所述增强层为采用碳纤维干法缠绕成型工艺或采用碳纤维湿法缠绕成型工艺采用预浸料热压罐成型工艺制备的碳纤维复合材料增强层。
[0009]优选地，所述碳纤维复合材料增强层为缠绕角度10-90°的碳纤维复合材料增强层。
[0010]优选地，所述碳纤维复合材料增强层预浸料包覆角度0-90°。
[0011]优选地，所述碳纤维复合材料增强层为玻璃化转变温度大于或等于120°C的碳纤维复合材料增强层。
[0012]优选地，所述碳纤维复合材料增强层为固化度大于或等于80%的碳纤维复合材料
增强层。
[0013]优选地，所述金属内衬的长度为L 5-10.0m、壁厚为l_3mm、内径为0.05-1.0m，所述增强层的厚度为5-50mm、长度为1.0-9.5m。
[0014]本发明提供一种碳纤维复合材料液压油缸，由液压油缸缸筒形成的金属内衬外整体包裹有以热固性树脂为基体、碳纤维为增强体的碳纤维复合材料增强层，增强层采用碳纤维干法缠绕成型工艺或碳纤维湿法缠绕成型工艺或预浸料热压罐成型工艺制备而成，可以满足该制品的强度、刚度及抗疲劳老性能要求。控制碳纤维复合材料增强层中树脂质量含量在23-55%之间，并保证该种碳纤维复合材料液压油缸在90°C下性能稳定地长期使用。同时，该种碳纤维复合材料液压油缸的金属内衬可以直接成型，无需再进行二次车薄加工，有利于油缸生产效率的提高。所述金属内衬通过销钉或螺栓将金属套环和密封圈与金属封头进行组装，可避免金属封头和金属内衬的端部焊接，避免了焊接不当可导致油缸偏心的问题，采用销钉或螺栓机械连接方式可有效地提高碳纤维复合材料增强层与金属内衬的连接强度，保证产品在使用过程中的安全性。所述油口位于金属封头的两端，便于缸筒整体增强，可进一步提高油缸质量和降低油缸重量。
[0015]该种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，缸筒的长度为1.5-10.0m、壁厚为
l-3mm、内径为0.05-1.0m时，通过设计增强层的厚度为5_50mm、长度为1.0-9.5m，并采用销钉或螺栓机械连接方式，可保证该种碳纤维复合材料液压油缸整体的刚度和强度要求。该种新型结构的碳纤维复合材料液压油缸，在保证液压油缸质量提高的同时，使液压油缸的生产制造也更加简便快捷，有利于提高碳纤维复合材料液压油缸的生产效率，便于批量化生产。
[0016]本发明的有益效果是:本发明一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，在各种工况下，较现有技术中的全金属液压油缸，其强度、刚度、抗疲劳性能缸都有明显的提高，不仅使得制品安全性得到有效改善，而且减重效果也达到30%-65%，实现了机械泵车轻量化和整车成本降低的目标。此外，与缸筒部分增强的碳纤维复合材料液压油缸相比，该种新型结构的碳纤维复合材料液压油缸的薄壁金属内衬层可直接成型，无需再进行二次车薄加工；销钉或螺栓的使用避免了封头和缸筒的端部焊接；并且油口位于两端，便于缸筒整体增强。这些新型结构可以保证该种碳纤维复合材料液压油缸质量提高的同时，其生产制造也更加简便快捷，使其生产效率大大提高，便于批量化生产。从而对实现更快、更节能、更环保的目标，以及推动工程机械行业的发展都具有重大意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例的结构剖视图；
图2是本发明液压油缸的另一结构剖视图
其中:1_金属封头，2-液压油缸活塞，3-金属内衬，4-增强层，5-固定件，6-金属套环，
7-密封圈，8-油口。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0019]如图1和图2所示，本实施例提供一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，包括金属封头1、液压油缸活塞2、由液压油缸缸筒形成的金属内衬3、固定件5、金属套环6和密封圈7，所述金属内衬3的内部两端均设有金属封头1，所述液压油缸活塞2穿过金属内衬3的内部一端的金属封头I，所述金属内衬3外整体包裹有碳纤维复合材料形成的增强层4，所述增强层4外套有金属套环6，所述固定件5将金属套环6、增强层4、金属内衬3、金属封头I依次固定，所述金属封头I的两端均设有油口 8，所述增强层4以热固性树脂为基体、碳纤维为增强体，所述增强层4中热固性树脂基体的质量含量为23-40%，优选为36%。所述金属封头I与金属内衬3间、金属封头I与液压油缸活塞2间设有密封圈7。
[0020]所述金属内衬3采用直接成型的薄壁金属缸筒。所述增强层4为采用碳纤维干法缠绕成型工艺制备的碳纤维复合材料增强层4。所述碳纤维复合材料增强层4为缠绕角度10-90°，优选为48°的碳纤维复合材料增强层4。优选地，所述碳纤维复合材料增强层
4为玻璃化转变温度大于或等于120°C的碳纤维复合材料增强层4。所述碳纤维复合材料增强层4为固化度大于或等于80%的碳纤维复合材料增强层4。所述金属内衬3的长度为
1.5-10.0m,优选为6m、壁厚为l_3mm，优选为2mm、内径为0.05-1.0m,优选为0.6m,所述增强层4的厚度为5_50mm,优选为34mm、长度为1.0-9.5m,优选为5.6m。
[0021]该种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，采用纤维缠绕工艺在金属内衬3外整体成型液压油缸筒身段的碳纤维复合材料增强层4，然后将油口 8与金属封头I组装，再与液压油缸活塞2以及筒身段的碳纤维复合材料增强层4进行组装，采用销钉或螺栓将金属套环6以及密封圈7、两端的金属封头1、碳纤维复合材料增强层4进行组装。
[0022]本实施例提供一种碳纤维复合材料液压油缸，由液压油缸缸筒形成的金属内衬3外整体包裹有以热固性树脂为基体、碳纤维为增强体的碳纤维复合材料增强层4，增强层4采用碳纤维干法缠绕成型工艺或碳纤维湿法缠绕成型工艺或预浸料热压罐成型工艺制备而成，可以满足该制品的强度、刚度及抗疲劳老性能要求。控制碳纤维复合材料增强层4中树脂质量含量在23-55%之间，并保证该种碳纤维复合材料液压油缸在90°C下性能稳定地长期使用。同时，该种碳纤维复合材料液压油缸的金属内衬3可以直接成型，无需再进行二次车薄加工，有利于油缸生产效率的提高。所述金属内衬3通过销钉或螺栓将金属套环6和密封圈7与金属封头I进行组装，可避免金属封头I和金属内衬3的端部焊接，避免了焊接不当可导致油缸偏心的问题，采用销钉或螺栓机械连接方式可有效地提高碳纤维复合材料增强层4与金属内衬3的连接强度，保证产品在使用过程中的安全性。所述油口 8位于金属封头I的两端，便于缸筒整体增强，可进一步提高油缸质量和降低油缸重量。
[0023]该种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，缸筒的长度为1.5-10.0m、壁厚为l-3mm、内径为0.05-1.0m时，通过设计增强层4的厚度为5_50mm、长度为1.0-9.5m,并采用销钉或螺栓机械连接方式，可保证该种碳纤维复合材料液压油缸整体的刚度和强度要求。该种新型结构的碳纤维复合材料液压油缸，在保证液压油缸质量提高的同时，使液压油缸的生产制造也更加简便快捷，有利于提高碳纤维复合材料液压油缸的生产效率，便于批量化生产。
【权利要求】
1.一种轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:包括金属封头(I)、液压油缸活塞(2)、由液压油缸缸筒形成的金属内衬(3)、固定件(5)、金属套环(6)和密封圈(7),所述金属内衬(3)的内部两端均设有金属封头(I)，所述液压油缸活塞(2)穿过金属内衬(3)的内部一端的金属封头(I),所述金属内衬(3)外整体包裹有碳纤维复合材料形成的增强层(4)，所述增强层(4)外套有金属套环(6)，所述固定件(5)将金属套环(6)、增强层(4)、金属内衬(3)、金属封头(I)依次固定，所述金属封头(I)的两端均设有油口(8)，所述增强层(4)以热固性树脂为基体、碳纤维为增强体，所述增强层(4)中热固性树脂基体的质量含量为23-40%。
2.如权利要求1所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述金属封头(I)与金属内衬(3)间、金属封头(I)与液压油缸活塞(2)间设有密封圈(7)。
3.如权利要求1所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述金属内衬(3)采用直接成型的薄壁金属缸筒。
4.如权利要求1所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述增强层(4)为采用碳纤维干法缠绕成型工艺或采用碳纤维湿法缠绕成型工艺采用预浸料热压罐成型工艺制备的碳纤维复合材料增强层(4)。
5.如权利要求4所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述碳纤维复合材料增强层(4)为缠绕角度10-90°的碳纤维复合材料增强层(4)。
6.如权利要求4所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述碳纤维复合材料增强层(4)预浸料包覆角度0-90°。
7.如权利要求1-6任一项所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述碳纤维复合材料增强层(4)为玻璃化转变温度大于或等于120°C的碳纤维复合材料增强层(4)。
8.如权利要求1-6任一项所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述碳纤维复合材料增强层(4)为固化度大于或等于80%的碳纤维复合材料增强层(4)。
9.如权利要求1-6任一项所述的轻量化高强度碳纤维复合材料液压油缸，其特征在于:所述金属内衬(3)的长度为1.5-10.0m、壁厚为l_3mm、内径为0.05-1.0m,所述增强层(4)的厚度为5_50mm、长度为1.0-9.5m。
【文档编号】F15B15/14GK103591078SQ201310494107
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】汪东瑶, 陈明新, 颜磊, 刘少亮, 张星星, 黄星宾 申请人:江苏恒神纤维材料有限公司