一种可变活塞截面大小的液压缸

本发明主要涉及液压缸技术领域，特指一种可变活塞截面大小的液压缸。

背景技术：

液压缸是将液压能转变为机械能、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件，其结构简单、工作可靠，用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

在现有的相关技术中，液压系统调速和调压是通过调节阀控系统或泵控系统中的液压元件来实现的，当负载所需的速度和压力发生变化时，往往需要调节液压回路中的阀、泵等多个元件，加之节流损失，这使得液压执行元件(液压缸)反应缓慢、调节不及时、能量损耗大，从而使负载的需要得不到及时的满足，工作效率大大降低。因此，设计一款能快速响应、能随负载需求而动态变化、提高液压系统工作效率的液压缸是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本更低、能快速精准的满足负载的需求、能源损耗少、工作效率高的可变活塞截面大小的液压缸。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可变活塞截面大小的液压缸，包括缸体、活塞、活塞杆以及至少一个以上的阀芯，所述活塞和阀芯设置于所述缸体内，所述活塞与活塞杆相连，所述活塞沿轴向至少开设有一条以上的油液流道，所述活塞沿径向至少开设有一条以上的阀芯通道，所述阀芯通道与所述油液流道垂直并相交，所述阀芯设置于所述阀芯通道内，所述阀芯内设有空腔，所述空腔内安装有弹性件，通过调节弹性件的压缩量控制阀芯相对于油液流道的位置实现调节活塞的横截面积。

作为本发明的进一步改进：所述活塞沿轴向方向设有活塞控制管路，所述活塞控制管路与所述阀芯通道数量相同并与阀芯通道垂直且连通。

作为本发明的进一步改进：所述活塞杆沿轴向方向设有活塞杆控制管路，所述活塞杆控制管路与活塞控制管路连通。

作为本发明的进一步改进：所述阀芯包括第一阀芯和第二阀芯，所述第一阀芯的径向尺寸大于第二阀芯的径向尺寸，所述空腔开设于第一阀芯内。

作为本发明的进一步改进：所述阀芯通道包括第一阀芯通道和第二阀芯通道，所述第一阀芯通道的直径大小与第一阀芯的直径大小相同，所述第二阀芯通道的直径大小与第二阀芯的直径大小相同。

作为本发明的进一步改进：所述第一阀芯的轴向长度小于第一阀芯通道的轴向长度。

作为本发明的进一步改进：所述弹性件一端与第一阀芯的空腔底部连接，所述弹性件的另一端固定在活塞上。

作为本发明的进一步改进：所述活塞将缸体的内腔分隔成第一腔和第二腔，所述缸体上开设有与第一腔相通的第一进出油口以及与第二腔相通的第二进出油口。

作为本发明的进一步改进：当所述阀芯的个数为偶数时，所述阀芯、阀芯通道以及油液流道均以活塞轴向为中心对称布置；当所述阀芯的个数为奇数时，所述阀芯、阀芯通道以及油液流道均以活塞轴向为中心均匀布置。

作为本发明的进一步改进：所述油液流道的截面形状为封闭形状。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的可变活塞截面大小的液压缸，通过在活塞上沿轴向开设油液流道，以及沿径向开设阀芯通道，阀芯通道与油液流道垂直并相交，安装有弹性件的阀芯设置在阀芯通道内，通过控制阀芯相对于油液流道的位置，可实现动态改变活塞的横截面积，从而实现对输出推力和速度进行调节，不必经过阀控或泵控系统，能降低能源损耗及降低成本。

2、本发明的可变活塞截面大小的液压缸，活塞沿轴向方向设有活塞控制管路，每个阀芯对应一个活塞控制管路，彼此不相通，活塞控制管路可以按负载需要进行任意组合，活塞控制管路与阀芯通道数量相同并与阀芯通道连通，由于阀芯运动方向与活塞控制管路垂直，当缸体内发生冲击或压力突变时，阀芯不易发生误动作；且弹性件伸缩是连续的，即液压缸活塞的横截面积变化不是突变的，避免高压流体因遇到障碍而发生猛烈冲击，保护液压元件，能降低横截面积突变带来的能量损失。

附图说明

图1是本发明的爆炸图。

图2是本发明的剖视图。

图3是本发明的活塞轴向及径向剖面图。

图例说明：

1、缸体；2、活塞；21、活塞控制管路；3、活塞杆；31、活塞杆控制管路；4、阀芯；41、空腔；42、弹性件；43、第一阀芯；44、第二阀芯；5、油液流道；6、阀芯通道；61、第一阀芯通道；62、第二阀芯通道；7、第一进出油口；8、第二进出油口。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1至图3所示，本发明公开了一种可变活塞截面大小的液压缸，包括缸体1、活塞2、活塞杆3以及至少一个以上的阀芯4，活塞2和阀芯4设于缸体1内，活塞2与活塞杆3相连，活塞2沿轴向至少开设有一条以上的油液流道5，活塞2沿径向至少开设有一条以上的阀芯通道6，阀芯通道6与油液流道5垂直并相交，阀芯4设置于阀芯通道6内，阀芯4与阀芯通道6的轴线重合，阀芯4沿其轴向方向设有空腔41，空腔41内安装有弹性件42(如弹簧)，通过调节弹性件42的压缩量控制阀芯4相对于油液流道5的位置实现调节活塞2的横截面积。

本实施例的可变活塞截面大小的液压缸，通过在活塞2上沿轴向开设油液流道5和阀芯通道6，阀芯通道6与油液流道5垂直并相交，安装有弹性件42的阀芯4设置在阀芯通道6内，通过控制阀芯4相对于油液流道5的位置，可实现动态改变活塞2的横截面积，从而实现对输出推力和速度进行调节，不必经过阀控或泵控系统，能降低能源损耗及降低成本。

本实施例中，活塞2沿轴向方向设有活塞控制管路21，每个阀芯4对应一个活塞控制管路21，彼此不相通，活塞控制管路21可以按负载需要进行任意组合，活塞控制管路21与阀芯通道6数量相同并与阀芯通道6垂直且连通。由于阀芯4运动方向与活塞控制管路21垂直，当缸体1内发生冲击或压力突变时，阀芯4不易发生误动作；且弹性件42伸缩是连续的，即液压缸活塞2横截面积变化不是突变的，避免高压流体因遇到障碍而发生猛烈冲击，保护液压元件，能降低横截面积突变带来的能量损失。

本实施例中，活塞杆3沿轴向方向设有活塞杆控制管路31，活塞杆控制管路31与活塞控制管路21连通。即阀芯通道6、活塞控制管路21以及活塞杆控制管路31相互连通，外部控制器和传感器的机械信号通过布置在活塞杆控制管路31内的电缆、液压油、气压等方式将机械信号传递到阀芯4。

本实施例中，阀芯4包括第一阀芯43和第二阀芯44，第一阀芯43的径向尺寸大于第二阀芯44的径向尺寸，空腔41开设于第一阀芯43内；第一阀芯43的长度略大于油液流道5的径向尺寸，以防油液外泄。阀芯通道6包括第一阀芯通道61和第二阀芯通道62，第一阀芯通道61的直径大小与第一阀芯43的直径大小相同，第二阀芯通道62的直径大小与第二阀芯44的直径大小相同。通过将阀芯4设计成粗段的第一阀芯43和细段的第二阀芯44，粗段的第一阀芯43全部推出油液流道5后，细段的第二阀芯44不会大面积堵住油液流道5，避免影响活塞变截面的效果；且阀芯4与阀芯通道6分为粗细两段，细段的第二阀芯4能起到固定第一阀芯43和第二阀芯44的径向位移的作用，避免粗段的第一阀芯43受到流体冲击后与第一阀芯通道61错位而不能顺畅移动，空腔41开设在第一阀芯43内，弹性件设置在空腔41内，通过弹性件42的动态调整使活塞2输出推力更平稳。进一步的，在优选实施例中，第一阀芯43和第二阀芯44为一体铸造成型。

具体工作原理：第一阀芯43安装于第一阀芯通道61内，第一阀芯43内设有空腔41，空腔41底部与弹性件42一端连接，弹性件42的另一端通过铆钉固接在活塞2壁上，弹性件42的轴线与阀芯4相互重合，与油液流道5的轴线相互垂直；活塞2的常态状态为油液流道5全部被第一阀芯43堵住，即发挥完整活塞2的作用，此时弹性件42处于自由伸展状态；在外力驱动装置(如电磁线路、液压管路、气压管路等任一种方式均可)通过活塞杆控制管路31和活塞控制管路21将机械信号传递到第二阀芯44，第二阀芯44在第二阀芯通道62内移动，驱动第一阀芯43运动并压缩弹性件42，油液流道5被堵住的部分减小，流过油液流道5的油液增加，活塞2横截面积减小；当外力减少或者撤消时，弹性件42依靠自身弹力将第二阀芯44推回到原位置，活塞2的横截面积增大，最终油液流道5被全部堵住，实现动态改变活塞2的横截面积。

本实施例中，第一阀芯43的轴向长度小于第一阀芯通道61的轴向长度，确保弹性件42伸缩时，第一阀芯43在第一阀芯通道61内具有可移动的空间。

本实施例中，活塞2将缸体1的内腔分隔成第一腔和第二腔，缸体1上开设有与第一腔相通的第一进出油口7以及与第二腔相通的第二进出油口8，注油口用于液压油的吸入和排出。活塞2将缸体1的内腔分隔成第一腔和第二腔，当活塞2压缩液体时，通过油液流道5流入到第一腔或第二腔的油液能起到缓冲作用，从而实现输出推力更加平稳的调节。

本实施例中，阀芯4为4个，阀芯4、阀芯通道6和油液流道5的数量相匹配，阀芯4、阀芯通道6以及油液流道5均以活塞2轴向为中心对称布置；为了保证活塞2的刚度，油液流道5的数量不宜过多，但是为了保证液压缸能适应更多的工况条件，使油液流道5开度的组合更多，活塞2上至少开设一个油液流道5。在其他实施例中，阀芯4的数量可以为奇数或其他偶数；当阀芯4为偶数个时，阀芯4可以同时动作或者两两对称的阀芯4同时动作，即至少一组阀芯4同时工作；当阀芯4为奇数个时，阀芯4、阀芯通道6以及油液流道5均以活塞轴向为中心均匀布置，所有阀芯4同时动作；确保流过油液流道5的油液呈对称分布，从而使得缸内压力、流量分布对称，以确保活塞2不因压力、流量在缸体1内分布发生变化而产生倾覆角度，避免发生运动卡死等情况。

本实施例中。油液流道5的截面形状为圆形；在其他实施例中，油液流道5可以为矩形、菱形等其他封闭形状。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。