液压油缸机械锁紧装置、机械锁紧式液压油缸及其锁紧方法与流程

本发明涉及液压油缸组件，属于液压机械设备领域，更具体地说，本发明涉及一种液压油缸机械锁紧装置，基于该液压油缸机械锁紧装置，本发明还公开了一种机械锁紧式液压油缸及其锁紧方法。

背景技术：

液压油缸作为液压系统中的执行元件，具有动作平稳，噪音小，负负荷大的特点，被广泛应用。油缸的动作，靠液压阀控制。一般工程类液压系统中的液压油缸在任意位置或某一定点位置保持停留并承受一定的负载力，是采用液压锁紧回路来实现。但液压阀的内泄漏不可避免。在某些特殊领域(如航空、军事)，需要执行元件工作位置有高精度、长时间停机而无任何位移变化，安全性好，采用液压锁紧回路就达不到这种要求(液压阀失效的情况下)。

目前，国内液压锁紧油缸通常采用的钢球式、刹片式、滚子摩擦式等锁紧结构，但都对其缸筒产生梨沟效应而损坏密封而产生内漏，影响油缸使用寿命。以及我们前期发明的锥套式机械锁紧缸和内涨式锁紧缸，二者虽都解决了损害缸筒问题，但锥套式机械锁紧缸，有解锁压力不均匀、两只缸同时使用时同步性差、不能承受冲击载荷等技术问题；内涨式机械锁紧缸，也有解锁压力高、且需要有独立的解锁油路而增加成本、解锁压力不均等技术问题。

为此，我们发明一种钢球锁紧原理的机械锁紧油缸，以达到特殊领域的要求。

技术实现要素：

基于以上技术问题，本发明提供了一种液压油缸机械锁紧装置，从而解决了以往液压油缸解锁时易损坏密封、解锁压力高和不均匀、载荷承受能力低的技术问题；同时，本发明还公开了一种机械锁紧式液压油缸及其锁紧方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

液压油缸机械锁紧装置，包括副活塞、副杆及螺母保持架；

其中，

副活塞内部设置安装通孔，副活塞一端端面向外延伸形成与安装通孔同轴的挡环，挡环内环直径大于安装通孔直径，挡环内环底部与安装通孔之间形成定位台阶，且挡环内环开口端倾斜设置形成内锥面；

副杆一端伸出形成外螺纹连接杆，副杆另一端圆周面设置有定位环，定位环所在的副杆端面内凹形成内孔，所述副杆位于内孔外侧的端面倾斜设置形成外锥面，所述副杆位于定位环和外锥面之间的圆周面还弧形内凹形成有环形槽；

螺母保持架一端端面内凹形成有沉头孔，沉头孔底部设置有贯穿螺母保持架的内螺纹孔，所述螺母保持架位于沉头孔所在端面的圆周面还沿径向开设有多个通孔，多个通孔呈环形设置且均与沉头孔内部连通，所述通孔的孔壁为圆弧形结构，多个通孔内均设置有钢球，钢球部分伸出通孔进入沉头孔，所述螺母保持架外圆周面位于通孔开口端两侧还设置有挡圈槽，挡圈槽内设置有限制钢球滑出通孔的挡圈；

所述副杆安装在副活塞安装通孔内，所述定位环与定位台阶相互配合定位，所述螺母保持架设置沉头孔的一端可沿副杆轴向平移插入或退出副活塞挡环和副杆外侧之间的空腔内，且螺母保持架平移过程中将钢球卡入或退出环形槽。

优选的，所述副活塞外部和安装通孔侧壁均设置有密封槽。

优选的，所述内锥面和外锥面的锥度值相等。

与现有技术相比，本发明的有效效果是：本发明的钢球不与油缸接触，不会损坏油缸，解锁压力在0.5-1mpa之间，解锁压力低且均匀，且锁紧过程中同步性好，受力点是钢球和螺母保持架，锁紧力大，能承受冲击载荷，定位精度高，延长了使用寿命和提高了油缸锁紧效果。

基于以上内容，本发明还公开了一种机械锁紧式液压油缸，包括缸体、缸头、活塞、活塞杆、导向套及内螺母，所述缸头和导向套设置在缸体两端，活塞设置在缸体内部，所述活塞杆贯穿导向套后与活塞连接，所述导向套通过内螺母固定，所述缸体内部位于缸头和活塞之间还设置有上述的液压油缸机械锁紧装置；

其中，

副杆安装在副活塞安装通孔内，且副杆的外螺纹连接杆与缸头螺纹连接，所述副杆外侧套设有伸缩弹簧，伸缩弹簧两端分别与缸头和副活塞端面接触；

所述螺母保持架固定在活塞端面且其内螺纹孔与活塞杆螺纹配合连接；所述螺母保持架外圆周面还连接有档套。

优选的，所述缸体还连接有锁紧油路系统，该锁紧油路系统包括平衡阀及与平衡阀连通的第一油管、第二油管、第三油管及顺序阀，所述平衡阀设置有第一油口和第二油口；

其中，

所述第一油管连通副活塞与螺母保持架之间的无杆腔部分；

所述第二油管连通副杆、缸头及副活塞之间的油腔部分；

所述第三油管和顺序阀均连通活塞和导向套之间的有杆腔部分。

优选的，所述平衡阀包括相互连通的单向阀和溢流阀，所述第二油管、第三油管及顺序阀均与溢流阀连通，所述第一油口与第一油管连通，所述第二油口与溢流阀连通。

本发明的机械锁紧式液压油缸通过设置液压油缸机械锁紧装置，其锁紧力大，锁紧过程中不对缸体造成磨损，能保证油缸密封完整，解锁压力低且均匀，并且可承受较大的冲击载荷，锁紧后定位精度高，能很好的保持稳定的锁紧状态。本发明的锁紧油路系统能够提供稳定的液压油，保证锁紧过程中油压的稳定，并可有效防止冲击载荷，在保证锁紧效果的同时，也提供了较大的冲击载荷承受能力，整个过程压力均匀，并且此系统并非单独的解锁油路系统，成本低。

最后，本发明还公开了上述机械锁紧式液压油缸的锁紧方法，该方法包括锁紧和解锁两大步骤；

其中，

锁紧：压力油从第二油口进入锁紧油路系统，经第三油管进入有杆腔部分，推动活塞杆左移进入内孔，螺母保持架上的钢球推动副活塞左移并压缩伸缩弹簧，当钢球进入副杆的环形槽后活塞杆卡紧停止左移，持续通入压力油至有杆腔部分，有杆腔部分油压升高至顺序阀设定压力后，顺序阀打开，压力油经顺序阀和第二油管进入副杆、缸头及副活塞之间的油腔部分，推动副活塞右移，副活塞的挡环内环将钢球压紧在环形槽和通孔内，此时弹簧压住副活塞，防止左移，活塞杆平衡，实现锁紧；

解锁：压力油从第一油口经第一油管进入无杆腔部分，副活塞左移，副活塞的内锥面离开钢球，活塞和螺母保持架内的钢球一起右移，滑出副杆的环形槽，油缸正常工作，实现解锁。

基于以上方法，可很好的实现机械锁紧式液压油缸的锁紧和解锁，锁紧和解锁速度快、精度高，且锁紧力大、均匀平稳，同步性好，可很好的保护油缸和密封结构。

附图说明

图1是本发明副活塞的结构示意图；

图2是本发明副杆的结构示意图；

图3是本发明螺母保持架的结构示意图；

图4是本发明液压油缸的总装图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明液压油缸的局部装配图，图中表示解锁状态；

图7是本发明液压油缸的局部装配图，图中表示锁紧状态；

图8是锁紧油路系统的液压原理图；

图中的标号分别表示为：1、安装通孔；2、副活塞；3、挡环；4、定位台阶；5、内锥面；6、密封槽；7、外螺纹连接杆；8、副杆；9、定位环；10、环形槽；11、外锥面；12、内孔；13、挡圈槽；14、通孔；15、沉头孔；16、螺母保持架；17、内螺纹孔；18、档套；19、单向阀；20、溢流阀；21、缸头；22、缸体；23、伸缩弹簧；24、钢球；25、挡圈；26、活塞；27、活塞杆；28、导向套；29、内螺母；30、第二油管；31、第一油口；32、第二油口；33、平衡阀；34、第一油管；35、顺序阀；36、第三油管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1-图8所示，液压油缸机械锁紧装置，包括副活塞2、副杆8及螺母保持架16；副活塞2内部设置安装通孔1，副活塞2一端端面向外延伸形成与安装通孔1同轴的挡环3，挡环3内环直径大于安装通孔1直径，挡环3内环底部与安装通孔1之间形成定位台阶4，且挡环3内环开口端倾斜设置形成内锥面5；副杆8一端伸出形成外螺纹连接杆7，副杆8另一端圆周面设置有定位环9，定位环9所在的副杆8端面内凹形成内孔12，所述副杆8位于内孔外侧的端面倾斜设置形成外锥面11，所述副杆8位于定位环9和外锥面11之间的圆周面还弧形内凹形成有环形槽10；螺母保持架16一端端面内凹形成有沉头孔15，沉头孔15底部设置有贯穿螺母保持架16的内螺纹孔17，所述螺母保持架16位于沉头孔15所在端面的圆周面还沿径向开设有多个通孔14，多个通孔14呈环形设置且均与沉头孔15内部连通，所述通孔14的孔壁为圆弧形结构，多个通孔14内均设置有钢球24，钢球24部分伸出通孔14进入沉头孔15，所述螺母保持架16外圆周面位于通孔14开口端两侧还设置有挡圈槽13，挡圈槽13内设置有限制钢球24滑出通孔的挡圈25；所述副杆8安装在副活塞2的安装通孔1内，所述定位环9与定位台阶4相互配合定位，所述螺母保持架16设置沉头孔15的一端可沿副杆8轴向平移插入或退出挡环3和副杆8外侧之间的空腔内，且螺母保持架16平移过程中将钢球24卡入或退出环形槽10。

本实施例的液压油缸机械锁紧装置设置在液压油缸内，副杆8和副活塞2组装后，螺母保持架16与副杆8和副活塞2相对设置，螺母保持架16左右平移可插入或退出挡环3和副杆8外侧之间的空腔内，并且可通过钢球24卡入或退出环形槽10将螺母保持架16与副活塞2，从而可以实现螺母保持架16与副杆8和副活塞2的相互锁紧或分离，在安装时，副杆8设置在缸体缸头内，副活塞2则套设在其外侧，螺母保持架16则安装在缸体内活塞杆端部的活塞上，并设置相应的密封，在液压锁紧回路系统作用下，螺母保持架16左右平移将钢球24卡入或退出环形槽10，从而可以实现活塞杆的锁紧或解锁。

本实施例为了保证副活塞2的正常移动，可以在缸体内位于缸头和副活塞2之间设置伸缩弹簧。

本实施例的钢球24不与油缸接触，不会损坏油缸，解锁压力在0.5-1mpa之间，解锁压力低且均匀，且锁紧过程中同步性好，受力点是钢球和螺母保持架，锁紧力大，能承受冲击载荷，定位精度高，延长了使用寿命和提高了油缸锁紧效果。

本实施例中，所述副活塞2外部和安装通孔1侧壁均设置有密封槽6。密封槽6在安装后设置密封件，可保证副活塞2内外密封，将缸体内部隔离，便于油路密封。

本实施例中，所述内锥面5和外锥面11的锥度值相等。钢球24在进入或退出环形槽10后，均会通过内锥面5和外锥面11进行导向，因此为了保证钢球24能够顺利移动和定位，内锥面5和外锥面11的锥度值相等，则钢球24在通过二者时接触面倾斜度相同，钢球24不会卡壳，移动顺畅。

基于以上液压油缸机械锁紧装置，本实施例还公开了一种机械锁紧式液压油缸，包括缸体22、缸头21、活塞26、活塞杆27、导向套28及内螺母29，所述缸头21和导向套28设置在缸体22两端，活塞26设置在缸体22内部，所述活塞杆27贯穿导向套28后与活塞26连接，所述导向套28通过内螺母29固定，所述缸体22内部位于缸头21和活塞26之间还设置有上述的液压油缸机械锁紧装置；副杆8安装在副活塞2的安装通孔1内，且副杆8的外螺纹连接杆7与缸头21螺纹连接，所述副杆8外侧套设有伸缩弹簧23，伸缩弹簧23两端分别与缸头21和副活塞2端面接触；所述螺母保持架16固定在活塞26端面且其内螺纹孔17与活塞杆27螺纹配合连接；所述螺母保持架16外圆周面还连接有档套18。

本实施例机械锁紧式液压油缸通过设置液压油缸机械锁紧装置，其锁紧力大，锁紧过程中不对缸体造成磨损，能保证油缸密封完整，解锁压力低且均匀，并且可承受较大的冲击载荷，锁紧后定位精度高，能很好的保持稳定的锁紧状态。

本实施例的钢球24在油缸运行过程中，始终在螺母保持架16的通孔14(内球面孔)和挡圈25内，不接触缸体22，不损坏缸体22内壁，为确保钢球24不脱离螺母保持架16，在螺母保持架16外围再加档套18，二者之间的间隙小于钢球24的直径，大于副活塞2的挡环3的厚度，便于挡环3插入。

优选的，所述缸体22还连接有锁紧油路系统，该锁紧油路系统包括平衡阀33及与平衡阀33连通的第一油管34、第二油管30、第三油管36及顺序阀35，所述平衡阀设置有第一油口31和第二油口32；所述第一油管34连通副活塞2与螺母保持架16之间的无杆腔部分；所述第二油管30连通副杆8、缸头21及副活塞2之间的油腔部分；所述第三油管36和顺序阀35均连通活塞26和导向套28之间的有杆腔部分。

本发明的锁紧油路系统能够提供稳定的液压油，保证锁紧过程中油压的稳定，提供了较大的冲击载荷承受能力，整个过程压力均匀，并且此系统并非单独的解锁油路系统，成本低。

优选的，所述平衡阀33包括相互连通的单向阀19和溢流阀20，所述第二油管30、第三油管36及顺序阀35均与溢流阀连通，所述第一油口31与第一油管34连通，所述第二油口32与溢流阀20连通。本实施例的单向阀19和溢流阀20可保证伸缩弹簧23工作的稳定性和可靠性，及减少油缸负载时钢球24与副活塞2的内锥面、副杆8的环形槽10、内锥面5和外锥面11的互损，有效防止冲击载荷，在保证锁紧效果的同时，也保证油路的稳定性和安全性。

本实施例的第一油口31和第二油口32之间的孔为加工孔，后期会封堵，此处不再阐述。

基于以上机械锁紧式液压油缸，本实施例还公开了上述机械锁紧式液压油缸的锁紧方法，该方法包括锁紧和解锁两大步骤；

其中，

锁紧：压力油从第二油口32进入锁紧油路系统，经第三油管36进入有杆腔部分，推动活塞杆27左移进入内孔12，螺母保持架16上的钢球24推动副活塞2左移并压缩伸缩弹簧23，当钢球24进入副杆8的环形槽10后活塞杆27卡紧停止左移，持续通入压力油至有杆腔部分，有杆腔部分油压升高至顺序阀35设定压力后，顺序阀35打开，压力油经顺序阀35和第二油管30进入副杆8、缸头21及副活塞2之间的油腔部分，推动副活塞2右移，副活塞2的挡环3内环将钢球24压紧在环形槽10和通孔14内，此时伸缩弹簧23压住副活塞2，防止左移，活塞杆27平衡，实现锁紧；

解锁：压力油从第一油口31经第一油管34进入无杆腔部分，副活塞2左移，副活塞2的内锥面5离开钢球24，活塞26和螺母保持架16内的钢球24一起右移，滑出副杆8的环形槽10，油缸正常工作，实现解锁。

通过以上方法可很好的实现机械锁紧式液压油缸的锁紧和解锁，锁紧和解锁速度快、精度高，且锁紧力大、均匀平稳，同步性好，可很好的保护油缸和密封结构。

综上所述，本实施例的钢球锁紧缸通过设置液压油缸机械锁紧装置和锁紧油路系统，钢球24在缸体22内部不接触缸体22内壁，不会损坏缸体22；且不需要独立的解锁油路，降低了成本；解锁压力低且均匀，基本是普通油缸的启动压力，在0.5-1mpa之间；同时同步性好，受力点是钢球24和螺母保持架16，锁紧力大，能承受冲击载荷，定位精度高，锁紧后轴向位移在0.12mm内，具有锁紧精度高、稳定性和安全性好的特性。

如上所述即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。