一种端控型内胀式机械锁紧液压油缸及其运行方法与流程

本发明涉及液压油缸，尤其涉及一种端控型内胀式机械锁紧液压油缸及其运行方法。

背景技术：

在具有重力载荷或保压负载的液压工程装备中，为保证载荷长期作用下液压油缸的位置锁定，现有方式一般为采用在液压控制回路中加装液压锁装置或者在油缸中加装机械摩擦锁紧装置。当以液压锁装置实现液压油缸锁定时，由于存在泄漏，难以保证液压油缸在长期负载下的位置锁定精度。当采用机械摩擦锁紧装置实现位置锁定时，由于与锁紧力油液泄漏无关，可以较好地实现油缸的长期带载锁定功能。

机械摩擦锁紧液压油缸工作时，要求先通入高压油实现解除锁定后，才能完成液压油缸的伸缩运动。而现有内胀式机械摩擦锁定液压缸的高压解锁油路一般在油缸结构中单独设置，并与进油油路、回油油路相互独立工作。此三条油路在摩擦自锁油缸中需通过外接三根油管连接至液压动力系统中，因而相比于普通液压油缸，内胀式机械摩擦锁紧液压缸的油口数量增加，使用过程中存在需对液压系统进行改造、安装空间狭小、管路布置复杂、油液泄露点多等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种端控型内胀式机械锁紧液压油缸及其运行方法。本发明仅带有两个油口(进油/回油)。本发明液压油缸基于机械摩擦自锁的工作特性，可在一条进油油路中实现油缸先解锁后运动的功能。液压油缸的控制元件均集成于无杆腔的端部。通过对端控型内胀式机械自锁液压油缸的两条进出口油路的控制可实现其带载伸出、带载锁定、带载回缩、回收停止的运动功能。

机械摩擦锁紧液压油缸工作时，要求先通入高压油实现解除锁定后，才能完成液压油缸的伸缩运动。而现有内胀式机械摩擦锁定液压缸的高压解锁油路一般在油缸结构中单独设置，并与进油油路、回油油路相互独立工作。此三条油路在摩擦自锁油缸中需通过外接三根油管连接至液压动力系统中，因而相比于普通液压油缸，内胀式机械摩擦锁紧液压缸的油口数量增加，使用过程中存在需对液压系统进行改造、安装空间狭小、管路布置复杂、油液泄露点多等缺点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种端控型内胀式机械锁紧液压油缸，包括缸筒10、左端盖5、右端盖11、活塞杆9；左端盖5和右端盖11将活塞杆9限制在缸筒10内，并通过集成在左端盖5上的液压油路控制元件，控制活塞杆9动作；

所述活塞杆9内部开设还有三条彼此独立的尾部密封的盲油道；在左端盖5上安装有三根导油杆，即第一导油杆12、第二导油杆13、第三导油杆14；这三根导油杆分别置于相应的盲油道内；所述第三导油杆14连通缸筒10的右油腔；

所述活塞杆9的活塞包括左端盖活塞6、螺旋管套7、右端盖活塞8；左端盖活塞6通过螺纹连接固定在活塞杆9上，右端盖活塞8和螺旋管套7分别套装于活塞杆9上；螺旋管套7被限制并夹持在左端盖活塞6与右端盖活塞8之间；所述螺旋管套7的外圆周面上开设有螺旋槽腔77；其内部径向方向上，开设还有第一径向油道112、第二径向油道113；其中，第一径向油道112将螺旋槽腔77与第一导油杆12连通，第二径向油道113将螺旋槽腔77与第二导油杆13连通；

左端盖活塞6、右端盖活塞8通过各自外周面上和端面上的密封件，将缸筒10的左油腔、右油腔以及螺旋槽腔77彼此隔绝；

当无液压油注入螺旋管套7的螺旋槽腔77时，螺旋管套7的外表面与缸筒10的内壁呈过盈配合状态，形成轴向静摩擦力，实现螺旋管套7与缸筒10之间的自锁力，进而可使活塞杆9承受轴向载荷，并自锁固定在所需位置，实现自锁；

当液压油通过第一径向油道112或者第二径向油道113注入螺旋管套7的螺旋槽腔77时，螺旋槽腔77内液压油压力大于缸筒10径向变形力时，缸筒10发生膨胀，并径向弹性变形；此时螺旋管套7的外表面与缸筒10的内壁呈间隙配合状态，进而解除螺旋管套7与缸筒10之间的自锁力，可使活塞杆9在缸筒10内按照所需位置轴向移动，实现解锁。

所述液压油路控制元件包括第一单向阀2、第二单向阀15、第三单向阀16、第四单向阀19、第一顺序阀4和第二顺序阀18，它们均沿平行于轴线方向集成安装在端盖阀体3内；通过各液压油路控制元件的控制，可在第二导油杆13输入高压油时，形成左油腔驱动压力p3≤螺旋槽腔77解锁压力p1≤顺序阀开启压力p2的逻辑关系，保证液压油缸先解锁后伸长的功能；可在第一导油杆12输入高压油时，形成右油腔驱动压力p5≤螺旋槽腔77解锁压力p1≤顺序阀开启压力p4的逻辑关系，保证液压油缸先解锁后回缩的功能。

第一单向阀2、第一顺序阀4、通孔垫块17、第三导油杆14连接组成连通缸筒10右油腔的油路，该油路通过第一接头1与外接第一管路相连；并通过端盖阀体3的内部流道将第一顺序阀4与第一单向阀2在节点一、节点二之间实现并联，通过第三导油杆14最终与右油腔连通；

第一顺序阀4在所在油路压力值达到或超过解锁的压力后开启导通状态，允许高压油液通过其所在流道进入右油腔，使得活塞杆9实现回缩运动；在油缸回缩运动时，第一单向阀2处于截止状态；在活塞杆9伸长运动时，第一单向阀2允许右油腔油液(在低压力下)回油流出；

第四单向阀19、第二顺序阀18组成连接左油腔的油路，该油路通过接头21与外接第二管路相连；所述第四单向阀19和第二顺序阀18通过端盖阀体3内部的流道在节点三和节点四之间实现并联，通过左端盖5上通孔将该油路一端连接至左油腔；第二顺序阀18在油路所在压力达到解锁的压力值后将开启导通状态，允许高压油液通过其所在流道进入左油腔，使得活塞杆9实现伸长运动；

在活塞杆9伸长时，第四单向阀19处于截止状态；在活塞杆9回缩运动中，第四单向阀19允许左油腔油液(在低压力下)回油流出。

三条彼此独立的盲油道相互平行，并轴向分布在活塞杆9内。

本发明端控型内胀式机械锁紧液压油缸的控制方法，其包括如下控制步骤：

伸长步骤

将手动换向阀置于左位，液压泵输出的高压油液经第二管路到达节点六并实现三路分流，其中，

一路高压油液经第三单向阀16、第二导油杆13及第二径向油道113通向螺旋槽腔77，当油压达到解锁的压力p1后，缸筒10发生径向弹性变形而完成解锁，此时活塞杆9即可沿轴向自由运动；

二路高压油液流向节点三后的并联有第四单向阀19和第二顺序阀18所在支路，因第四单向阀19反接，高压油液不通过第四单向阀19；

三路高压油液流向第二顺序阀18所在支路的油液，在其压力达到第二顺序阀18开启压力p2后，第二顺序阀18打开，流经第二顺序阀18后压力为p3的高压油通过左端盖上的油孔直接流入左油腔；

此过程中为使活塞杆9先解锁后伸长的动作顺序，各级油压间需保证p3≤p1≤p2的关系；活塞杆9伸长过程中，右油腔的油液经第三导油杆14、节点二、第一单向阀2、节点一，节点五、第一管路组成的回油油路流入油箱；换向阀在左位工作时，当系统油压达到设定值后，活塞杆9可实现解锁，并完成空载或者带载伸长动作；

停留锁定步骤

当活塞杆9伸展到指定位置时，手动换向阀置于中位后，液压系统停止向油缸供油，螺旋管套7与缸筒10间微量体积的高压油液经控制元件泄漏间隙而迅速泄除，螺旋槽腔77内失去解锁油压，缸筒10发生径向弹性收缩并与螺旋管套7形成过盈配合，形成轴向静摩擦力，实现螺旋管套7与缸筒10之间自锁；活塞杆9由此可实现在缸筒10行程范围内的任意位置上带载稳定锁紧；

回缩步骤

将手动换向阀置于右位，液压泵输出的高压油液经第一管路a到达节点五并实现分流，其中，

一路油液经第二单向阀15、第一导油杆12通向螺旋槽腔77，当油压达到解锁压力p1后，缸筒10发生向外径向弹性变形而完成解锁，此时活塞杆9即可沿轴向自由运动；

二路油液流向节点一后的并联有第一单向阀2和第一顺序阀4所在支路，因第一单向阀2反接，油液不可通过第一单向阀2；

三路油液流向第一顺序阀4所在支路，在其油液压力达到第一顺序阀4开启压力p4后，第一顺序阀4打开，流经第一顺序阀4后压力为p5的高压油经第三导油杆14、流向右油腔；

此过程中为使先解锁后回缩的动作顺序，各级油压间需保证p5≤p1≤p4的关系；活塞杆9回缩过程中，左油腔的油液经节点四、第四单向阀19、节点三、节点六、第二管路的回油油路流入油箱；换向阀在右位工作时，当系统油压达到设定值后，活塞杆9实现解锁，并完成空载或者带载回缩动作；

回收停止步骤

当活塞杆9完全收缩到行程终点时，手动换向阀置于中位，液压系统停止供油，活塞杆9在机械摩擦力作用下实现锁死。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明螺旋管套的外表面开有螺旋槽腔，解锁用高压油可通过活塞杆达到其内。螺旋槽腔是一个封闭空间，不存在油液流出的回油通道。螺旋管套为具有大摩擦系数的金属材料，在无解锁压力油注入解锁的螺旋槽腔时，螺旋管套与缸筒呈过盈配合状态，并形成很大轴向静摩擦力(自锁力)，液压油缸借此作用力以承受轴向载荷，并形成长期稳定的位置锁定。

本发明通过液压元件的控制，可在第二导油杆输入高压油时，形成左油腔驱动压力p3≤螺旋槽腔的解锁压力p1≤顺序阀开启压力p2的逻辑关系，保证液压油缸先解锁后伸长的功能；可在第一导油杆输入高压油时，形成右油腔驱动压力p5≤螺旋槽腔的解锁压力p1≤顺序阀开启压力p4的逻辑关系，保证液压油缸先解锁后回缩的功能。

本发明在切断高压油通入条件下，液压油缸可在其行程范围内实现任意位置带载作用下的长期锁定功能。在液压油缸锁定期间，液压系统内的泄漏对位置锁定效果没有影响。

本发明结构简单，技术手段简便易行。采用仅在有两个工作油口的条件下，实现机械锁紧液压油缸的解锁、伸长、回缩、锁定功能。由于仅用两根油管与油缸连接，端控型内胀式机械锁紧液压油缸的使用、安装与常规普通液压油缸一致。避免了现有以三油口进行工作的内胀式机械锁紧液压油缸在应用中引起的改造液压系统、重新布置管路、限制安装空间、泄漏点增多等诸多问题。

附图说明

图1为本发明端控型内胀式机械锁紧液压油缸截面示意图。

图2为图1中沿a-a剖视图。

图3为图1中沿b-b剖视图。

图4为本发明端控型内胀式机械锁紧液压油缸工作原理方框示意图。

图中：第一接头1；第一单向阀2；端盖阀体3；第一顺序阀4；左端盖5；左端盖6；螺旋套管7；右端盖活塞8；活塞杆9；缸筒10；右端盖11；第一导油杆12、第二导油杆13、第三导油杆14；第二单向阀15；第三单向阀16；第二顺序阀18；通孔垫块17；第四单向阀19；螺钉20；第二接头21；第一径向油道112；第二径向油道113；螺旋槽腔77；a代表第一管路；b代表第二管路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至4所示。本发明公开了一种端控型内胀式机械锁紧液压油缸，包括缸筒10、左端盖5、右端盖11、活塞杆9；左端盖5和右端盖11将活塞杆9限制在缸筒10内，并通过集成在左端盖5上的液压油路控制元件，控制活塞杆9动作；

所述活塞杆9内部开设还有三条彼此独立的尾部密封的盲油道；在左端盖5上安装有三根导油杆，即第一导油杆12、第二导油杆13、第三导油杆14；这三根导油杆分别置于相应的盲油道内；所述第三导油杆14连通缸筒10的右油腔，即将右油腔与外部的第一管路沟通，实现缸筒10右油腔的进、出油。

所述活塞杆9的活塞包括左端盖活塞6、螺旋管套7、右端盖活塞8；左端盖活塞6通过螺纹连接固定在活塞杆9上，右端盖活塞8和螺旋管套7分别套装于活塞杆9上；螺旋管套7被限制并夹持在左端盖活塞6与右端盖活塞8之间；所述螺旋管套7的外圆周面上开设有螺旋槽腔77；其内部径向方向上，开设还有第一径向油道112、第二径向油道113；其中，第一径向油道112将螺旋槽腔77与第一导油杆12连通，第二径向油道113将螺旋槽腔77与第二导油杆13连通；

左端盖活塞6、右端盖活塞8通过各自外周面上和端面上的密封件，将缸筒10的左油腔、右油腔以及螺旋槽腔77彼此隔绝；

当无液压油注入螺旋管套7的螺旋槽腔77时，螺旋管套7的外表面与缸筒10的内壁呈过盈配合状态，形成轴向静摩擦力，实现螺旋管套7与缸筒10之间的自锁力，进而可使活塞杆9承受轴向载荷，并自锁固定在所需位置，实现自锁。过盈配合状态时，其摩擦副配合表面产生的摩擦力用以平衡活塞杆9在锁定时的轴向负载。

当液压油通过第一径向油道112或者第二径向油道113注入螺旋管套7的螺旋槽腔77时，螺旋槽腔77内液压油压力大于缸筒10径向变形力时，缸筒10发生膨胀，并径向弹性变形；此时螺旋管套7的外表面与缸筒10的内壁呈间隙配合状态，进而解除螺旋管套7与缸筒10之间的自锁力，可使活塞杆9在缸筒10内按照所需位置轴向移动，实现解锁。

所述液压油路控制元件包括第一单向阀2、第二单向阀15、第三单向阀16、第四单向阀19、第一顺序阀4和第二顺序阀18，它们均沿平行于轴线方向集成安装在端盖阀体3内；

第一单向阀2、第一顺序阀4、通孔垫块17、第三导油杆14连接组成连通缸筒10右油腔的油路，该油路通过第一接头1与外接第一管路相连；并通过端盖阀体3的内部流道将第一顺序阀4与第一单向阀2在节点一、节点二之间实现并联，通过第三导油杆14最终与右油腔连通；

第一顺序阀4在所在油路压力值达到或超过解锁的压力后开启导通状态，允许高压油液通过其所在流道进入右油腔，使得活塞杆9实现回缩运动；在活塞杆9回缩运动时，第一单向阀2处于截止状态；在活塞杆9伸长运动时，第一单向阀2允许右油腔油液(在低压力下)回油流出；

第四单向阀19、第二顺序阀18组成连接左油腔的油路，该油路通过接头21与外接第二管路相连；所述第四单向阀19和第二顺序阀18通过端盖阀体3内部的流道在节点三和节点四之间实现并联，通过左端盖5上通孔将该油路一端连接至左油腔；第二顺序阀18在油路所在压力达到解锁的压力值后将开启导通状态，允许高压油液通过其所在流道进入左油腔，使得活塞杆9实现伸长运动；

在活塞杆9伸长时，第四单向阀19处于截止状态；在活塞杆9回缩运动中，第四单向阀19允许左油腔油液(在低压力下)回油流出。

三条彼此独立的盲油道相互平行，并轴向分布在活塞杆9内。

本发明端控型内胀式机械锁紧液压油缸，用作于执行大载荷长期精确位置锁定功能时需要实现“伸出→带载停留→回缩→回收停止”的工作循环。液压油缸与外接的三位四通手动换向阀、液压泵、电机、安全阀、油箱及油管等共同组成能承载、保压作用下的液压执行系统。

下面结合图4，具体说明本发明端控型内胀式机械锁紧液压油缸的控制方法：

伸长动作

将手动换向阀置于左位，液压泵输出的高压油液经第二管路到达节点六并实现三路分流，其中，

一路高压油液经第三单向阀16、第二导油杆13及第二径向油道113通向螺旋槽腔77，当油压达到解锁的压力p1后，缸筒10发生径向弹性变形而完成解锁，此时活塞杆9即可沿轴向自由运动；

二路高压油液流向节点三后的并联有第四单向阀19和第二顺序阀18所在支路，因第四单向阀19反接，高压油液不通过第四单向阀19；

三路高压油液流向第二顺序阀18所在支路的油液，在其压力达到第二顺序阀18开启压力p2后，第二顺序阀18打开，流经第二顺序阀18后压力为p3的高压油通过左端盖上的油孔直接流入左油腔；

此过程中为使活塞杆9先解锁后伸长的动作顺序，各级油压间需保证p3≤p1≤p2的关系；活塞杆9伸长过程中，右油腔的油液经第三导油杆14、节点二、第一单向阀2、节点一、节点五、第一管路组成的回油油路流入油箱；换向阀在左位工作时，当系统油压达到设定值后，活塞杆9可实现解锁，并完成空载或者带载伸长动作；

停留锁定动作

当活塞杆9伸展到指定位置时，手动换向阀置于中位后，液压系统停止向油缸供油，螺旋管套7与缸筒10间微量体积的高压油液经控制元件泄漏间隙而迅速泄除，螺旋槽腔77内失去解锁油压，缸筒10发生径向弹性收缩并与螺旋管套7形成过盈配合，形成轴向静摩擦力，实现螺旋管套7与缸筒10之间自锁；活塞杆9由此可实现在缸筒10行程范围内的任意位置上带载稳定锁紧；

回缩动作

将手动换向阀置于右位，液压泵输出的高压油液经第一管路到达节点五并实现三路分流，其中，

一路油液经第二单向阀15、第一导油杆12通向螺旋槽腔77，当油压达到解锁压力p1后，缸筒10发生向外径向弹性变形而完成解锁，此时活塞杆9即可沿轴向自由运动；

二路油液流向节点一后的并联有第一单向阀2和第一顺序阀4所在支路，因第一单向阀2反接，油液不可通过第一单向阀2；

三路油液流向第一顺序阀4所在支路，在其油液压力达到第一顺序阀4开启压力p4后，第一顺序阀4打开，流经第一顺序阀4后压力为p5的高压油经第三导油杆14、流向右油腔；

此过程中为使先解锁后回缩的动作顺序，各级油压间需保证p5≤p1≤p4的关系；活塞杆9回缩过程中，左油腔的油液经节点四、第四单向阀19、节点三、节点六、第二管路的回油油路流入油箱；换向阀在右位工作时，当系统油压达到设定值后，活塞杆9实现解锁，并完成空载或者带载回缩动作；

回收停止动作

当活塞杆9完全收缩到行程终点时，手动换向阀置于中位，液压系统停止供油，活塞杆9在机械摩擦力作用下实现锁死。

在非工作状态下，手动换向阀阀芯处于中位位置，液压油缸的进/出油路通过第一管路、第二管路均与油箱连接，液压泵实现卸荷。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。