蓄能器用碗型橡胶隔膜的制作方法

本发明属于液压辅件技术领域，涉及隔膜式蓄能器配件，具体涉及该类蓄能器中使用的带有缓冲芯片的碗型橡胶隔膜。

背景技术：

蓄能器是现代液压技术中不可或缺的功能部件，是液压能量传递中的调节装置。主要用在液压压力变换过程中，接收和传递压力变化的脉冲信息、舒缓脉动幅值和流量的变化、稳定设备的输出功率。隔膜式蓄能器通过压缩气体驱动隔膜完成能量调节。使用时，首先向蓄能器充入额定压力的气体，当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。压缩气体通常选用氮气。作为蓄能器的关键部件，橡胶隔膜既要严格无渗漏的分隔、密封油、气腔，又要承受高达100度以上的工作温度下的反复挠曲形变，并在在高温高压下长期的运行工作。为了延长隔膜的使用寿命，现有隔膜多采用优质橡胶品种和完美的形体设计以对抗高频率的挠曲。为强化碗型隔膜底部抗流体冲击能力，传统的方法是增加碗底橡胶的厚度。这种方式只能小幅提高橡胶隔膜抗冲击强度的能力；高频挠曲变化下的失效仍然是影响橡胶隔膜寿命的重要因素。发明人采用“在承压部位”复合金属片来提高抗冲击面积、分散冲击力强度，降低冲击部位的橡胶隔膜平均冲击压强。虽有一定效果，但并未形成有效地减缓失效，反而极易造成结合边缘受损及剥离。总之橡胶隔膜的高频挠曲造成的老化、裂纹、失效一致困扰着本行业的技术人员。

技术实现要素：

本发明的目的是提高橡胶隔膜使用寿命，所采用的技术措施是在“碗型”橡胶隔膜的底部加厚部分内嵌“倒托盘型”异型缓冲芯片，借助芯片本身的缓冲结构和弹性模量特色，提高了橡胶隔膜的抗冲击强度、高频形变能力，延长了其使用寿命。

本发明的技术方案是：一种蓄能器用碗型橡胶隔膜，结构中包括碗口密封部、加厚碗底部、以及连接在密封碗口和加厚碗底之间的弧形碗壁，关键在于：加厚碗底部竖直剖面呈圆台状、圆台侧表面与弧形碗壁的内表面圆滑均匀过渡形成弧面，竖直剖面呈“倒托盘型”的异型缓冲芯片镶嵌在加厚碗底底部。

进一步的，所述缓冲芯片的结构中包括圆形底托、托盘及设置在两部分之间的环形槽，该缓冲芯片借助设置在圆台侧表面和弧形碗壁内表面连接处的圆弧造型形成挠曲过程的复合缓冲结构。

进一步的，所述圆形底托周边均布定位缓冲孔，硫化后橡胶填充在定位缓冲孔和环形槽内形成二级应力分散结构。

进一步的，在所述托盘与液压油的接触面上均布缓冲均压环状半圆槽。

进一步的，所述缓冲均压环状半圆槽为开口外扩的环形沟槽，且外周扩口角度大于内周，形成了将脉冲油压呈“伞”型分散的均压结构。

进一步的，所述缓冲均压环状半圆槽设置有2-5道。

进一步的，所述托盘、环形槽及底托与橡胶的结合部呈圆弧状。

进一步的，所述碗口密封部具有端平面和向下弯折的定位唇边，所述定位唇边的截面为倒三角形，其底面与端平面形成台阶式复式密封面结构。

进一步的，所述缓冲芯片的材质为高锰钢或太空铝。

本发明的技术方案中，1、采用圆台状加厚碗底、并使圆台侧表面与弧形碗壁的内表面圆滑均匀过渡形成弧面，在高频冲击变形过程中提高抗冲击强度的同时减少剪切形变，扩散应力集中区域，避免冲击力传递过程中应力集聚造成的失效叠加，使应力不均匀分散、均化形成一级应力分散结构。2、在加厚碗底部内嵌“倒托盘型”异型缓冲芯片，一是可以在成型时使橡胶包覆芯片并嵌入托盘和底托间的环形槽内，形成双向限位复合结构，使芯片和橡胶充分结合、成为复合过渡体结构；二是芯片采用特殊的“倒托盘型”结构，且托盘、环形槽及底托与橡胶的结合部呈圆弧状，与圆台碗底及圆台侧表面和弧形碗壁内表面连接处的圆弧造型配合，可以避免挠曲过程中的剪切形变，防止挠曲失效点的应力集中，使冲击力从刚性芯片向橡胶扩散时层层缓冲，由急速剧烈的挠曲运动转换为缓慢的应力扩散。3、本发明将原有技术中采用的片状金属芯片，改进为“倒托盘型”芯片，可显著提高芯片传递液压脉冲的强度，细微的芯片形体结构和橡胶有机的过渡结合，不但形成双向限位，还强化了高弹芯片与高塑橡胶材料完美结合、形成了抗高频挠曲形变的最佳模式。托盘、环形槽及底托与橡胶的结合面均进行圆弧过渡处理，避免芯片边沿形成对橡胶的剪切应力，大大改善了产品的失效状况，延长橡胶隔膜的使用寿命。4、在底托上环形均布定位缓冲孔，硫化处理后橡胶填充在孔内形成又一次抗脉冲分散应力的结构，不但可以提高缓冲芯片和橡胶的结合，增强缓冲芯片与加厚碗底部的结合强度；还可以使得复合材料的弹性模量得到有效地均化，缓冲缓冲芯片对橡胶的直接冲击，使应力进一步分散。5、在托盘与油液的接触面上设置2-5道缓冲均压环状半圆槽，并采用口部外扩的环形沟槽，且外周扩口角度大于内周，可使冲击油呈“伞”状向外周散射反弹，分解油的冲击力，降低了对隔膜底部的冲击力。6、碗口密封部突出于弧形碗壁外缘，具有端平面和向下弯折的定位唇边，安装时定位唇边嵌入蓄能器托盘上匹配的安装槽内，上盖压在端平面上，形成由端平面、左侧面及定位唇边上底面组成的台阶式复式密封面结构，大大提高了橡胶隔膜的安装紧密性和密封性。7、缓冲芯片选用高锰钢或太空铝，耐冲击、可显著提高抗冲击性，选用太空铝还可降低重量和成本。

本发明的有益效果是：在“碗型”橡胶隔膜的加厚底部内嵌“倒托盘型”缓冲芯片，使高弹缓冲芯片与增塑优质橡胶隔膜形成完美的复合体，提高了此类橡胶隔膜的高频抗冲击能力，避免了冲击变化的高功率传递过程中的应力集中，使应力在高效率的分散、均化中完成缓冲芯片的缓冲均压作用，显著降低了液压油对托盘及弧形碗壁的冲击失效破坏作用，强化橡胶隔膜在急速剧烈的挠曲运动中的随动减缓能力，将使用寿命提高到曲挠120-180万次。

附图说明

图1是橡胶隔膜的结构示意图；

图2是缓冲芯片的结构示意图；

图3是图2的仰视示意图；

图4是橡胶隔膜在蓄能器中的安装结构示意图；

附图中，1代表碗口密封部，1-1代表定位唇边，1-2代表端平面，2代表弧形碗壁，3代表圆台，4代表缓冲芯片，4-1代表托盘，4-1-1代表缓冲均压环状半圆槽，4-2代表底托，4-2-1代表定位缓冲孔，4-3代表环形槽，5代表蓄能器底座，6代表蓄能器上盖。

具体实施方式

蓄能器用碗型橡胶隔膜，参见附图，包括碗口密封部1、加厚碗底部、以及连接在密封碗口和加厚碗底之间的弧形碗壁2。加厚碗底部竖直剖面呈圆台3状、圆台3侧表面与弧形碗壁2的内表面圆滑均匀过渡形成弧面。在加厚碗底部镶嵌竖直剖面呈“倒托盘型”的异型缓冲芯片4。缓冲芯片4选用太空铝，包括圆形底托4-2、托盘4-1及设置在两部分之间的环形槽4-3，托盘4-1、环形槽4-3及底托4-2与橡胶的结合部呈圆弧状。沿圆形底托4-2周边环形均布有6个定位缓冲孔4-2-1。成型时，缓冲芯片4借助托盘4-1上的定位孔定位，橡胶包覆并嵌入定位缓冲孔4-2-1及托盘4-1和底托4-2间的环形槽内，使缓冲芯片4和隔膜结合为一体。碗口密封部1具有端平面1-2和向下弯折的定位唇边1-1，定位唇边1-1的截面为倒三角形，安装时定位唇边1-1嵌入蓄能器底座5上匹配的安装槽内，上盖6压在端平面1-2上，端平面上表面、左侧面及定位唇边上底面形成台阶式复式密封面结构。在托盘4-1与液压油的接触面上均布缓冲均压环状半圆槽4-1-1。缓冲均压环状半圆槽4-1-1设计为开口外扩的环形沟槽，且外周扩口角度大于内周，间隔设置有3道，可将冲击油呈“伞”状向外周散射反弹。

具体使用过程中，当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液从蓄能器底座5上的进油口冲击到托盘4-1上，缓冲芯片4推动加厚碗底部带动弧形碗壁曲挠，压缩隔膜上方的氮气，同时缓冲均压环状半圆槽4-1-1分解油的冲击力，油分散到两侧。当系统压力低于蓄能器内部压力时，在高压气体的作用下橡胶隔膜回弹复位，油液流向外部系统，释放能量。冲击力传递过程中，均压环状半圆槽4-1-1、圆台3侧表面与弧形碗壁2内表面的弧面、以及缓冲芯片4与结合橡胶的相互挤压，使应力不断分散、均化，层层缓冲，延长了曲挠变形时间，由急速剧烈的曲挠运动变为缓慢的曲挠运动，将使用寿命延长至曲挠120-180万次。同时使油对蓄能器底侧面的冲击力也降低了50%，保护蓄能器，延长蓄能器的使用寿命。根据橡胶隔膜的疲劳试验数据，现有国产隔膜为曲挠30-50万次，进口隔膜为曲挠70-120万次，而本发明为曲挠120-180万次，显著提高了橡胶隔膜的使用寿命。