一种集成液压缸的制作方法

本发明属于液压缸技术领域，更具体地说，是涉及一种集成液压缸。

背景技术：

在工业生产的控制过程中，大量使用着液压控制系统，而液压缸则是液压控制系统的核心元件。液压缸是一种将液压能转变为机械能、使机械实现往复运动的液压执行元件，其传动工作平稳、可靠性高。传统液压缸包括缸体、活塞和活塞杆，缸体上开有进出油口，通过液压油的进出，实现活塞和活塞杆的运动，再通过外部构件实现控制功能，从而可以提供主动的驱动力。

在实际生产过程中，通常需要多种形式的液压缸来完成相应的运动，然而传统液压缸的运动形式比较单一、无法在提供主动的驱动力的同时实现被动伸缩功能。

以上不足，有待改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集成液压缸，以解决现有技术中存在的传统液压缸的运动形式比较单一、无法在提供主动的驱动力的同时实现被动伸缩功能的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种集成液压缸，包括：

缸体，所述缸体的缸体底端开设有用于与液压泵连接的进液口和出液口，所述缸体的缸体开口端设有开口；

缸体端盖，所述缸体端盖密封于所述缸体开口端，所述缸体端盖开设有端盖通孔；

液压杆，所述液压杆穿过所述端盖通孔，其端部设有液压杆圆盘，所述液压杆圆盘设于所述缸体内，所述液压杆圆盘开设有液压杆圆盘通孔，所述液压杆圆盘的圆周与所述缸体的内壁无缝滑动连接；所述缸体端盖与所述液压杆圆盘以及所述缸体的侧壁之间形成第一腔体；

动力活塞，所述动力活塞设于所述缸体内且设于所述液压杆圆盘与所述缸体底端之间，所述动力活塞的圆周与所述缸体的内壁无缝滑动连接，所述动力活塞与所述液压杆圆盘以及所述缸体的侧壁之间形成中部腔体，所述动力活塞与所述缸体底端以及所述缸体的侧壁之间形成第四腔体；

所述第一腔体、所述中部腔体和所述第四腔体均充有液体。

进一步地，还包括：

电机，所述液压杆中空，所述电机设于所述液压杆内，所述电机设有电机轴；

挡片，所述挡片设于所述液压杆圆盘和所述动力活塞之间且所述挡片通过所述电机轴与所述电机连接，所述电机可带动所述挡片旋转，所述挡片相对于所述液压杆圆盘通孔的位置开设有挡片通孔，所述挡片通孔与所述液压杆圆盘通孔的重合度通过所述电机调节。

进一步地，所述挡片通孔与所述液压杆圆盘通孔的大小相同。

进一步地，所述挡片设有挡片凸缘，所述挡片凸缘设于所述液压杆中。

进一步地，所述挡片凸缘上套设有滑动轴承，所述滑动轴承的外壁与所述液压杆的内壁无缝滑动连接。

进一步地，所述液压杆设于所述缸体外的一端设有液压杆端盖，所述液压杆端盖上设有用于与外部设备进行连接的端盖连接部。

进一步地，还包括：

自由活塞，所述自由活塞设于所述挡片和所述动力活塞之间，所述自由活塞的圆周与所述缸体的内壁无缝滑动连接；

所述自由活塞和所述挡片以及所述缸体的侧壁之间形成第二腔体，所述第二腔体内充有液体；

所述自由活塞和所述动力活塞以及所述缸体的侧壁之间形成第三腔体，所述第三腔体内充有空气；

底部弹簧，所述底部弹簧设于所述第三腔体内，且所述底部弹簧的两端分别与所述自由活塞和所述动力活塞连接。

进一步地，还包括内弹簧，所述内弹簧套设于所述液压杆上，且所述内弹簧设于所述缸体端盖和所述液压杆圆盘之间。

进一步地，还包括：

调节螺母，所述调节螺母套设于所述液压杆上且位于所述缸体外，所述调节螺母可沿所述液压杆滑动；

外弹簧，所述外弹簧套设于所述液压杆上且设于所述缸体端盖和所述调节螺母之间。

进一步地，所述缸体底端还设有用于与外部设备进行连接的底端连接部。

本发明提供的一种集成液压缸的有益效果在于：由于缸体、液压杆与动力活塞的相互配合，使得集成液压缸在有动力状态时可以提供主动的驱动力，且在无动力状态时能实现被动伸缩功能，从而实现了同一个液压缸既可以提供主动的驱动力，又能实现被动伸缩功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的集成液压缸的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的集成液压缸的一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的集成液压缸的另一种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的集成液压缸的局部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的集成液压缸的爆炸结构示意图。

其中，图中各附图标记：

11-缸体；111-缸体底端；112-缸体开口端；

113-进液口；114-出液口；115-底端连接部；

12-缸体端盖；121-端盖通孔；122-端盖凸缘；

21-液压杆；211-液压杆圆盘；2111-液压杆圆盘通孔；

22-电机；221-电机轴；222-挡片；

2221-挡片通孔；2222-挡片凸缘23-滑动轴承；

24-液压杆端盖；241-端盖连接部；31-动力活塞；

32-自由活塞；33-底部弹簧；34-内弹簧；

35-外弹簧；351-调节螺母；41-第一腔体；

42-第二腔体；43-第三腔体；44-第四腔体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1、图4和图5，一种集成液压缸，包括缸体11，缸体端盖12，液压杆21和动力活塞31。缸体11的缸体底端111开设有用于与液压泵连接的进液口113和出液口114，缸体11的缸体开口端112设有开口；缸体端盖12密封于缸体开口端112，缸体端盖12开设有端盖通孔121；液压杆21穿过端盖通孔121，且液压杆21的外径与端盖通孔121直径相匹配，即液压杆21与端盖通孔121无缝滑动连接，液压杆21的端部设有液压杆圆盘211，液压杆圆盘211设于缸体11内，液压杆圆盘211开设有液压杆圆盘通孔2111，液压杆圆盘211的圆周与缸体11的内壁无缝滑动连接；缸体端盖12与液压杆圆盘211以及缸体11的侧壁之间形成第一腔体41；动力活塞31设于缸体11内且设于液压杆圆盘211与缸体底端111之间，动力活塞31的圆周与缸体11的内壁无缝滑动连接，动力活塞31与液压杆圆盘211以及缸体11的侧壁之间形成中部腔体，动力活塞31与缸体底端111以及缸体11的侧壁之间形成第四腔体44；第一腔体41、中部腔体和第四腔体44均充有液体。

本实施例提供的集成液压缸的工作原理如下：

首先在第一腔体41、中部腔体和第四腔体44中充满液体；

无动力状态时，液压泵不工作，进液口113和出液口114均完全闭合，从而使得第四腔体44中的液体量保持一致，动力活塞31的与缸体11不发生相对运动，当液压杆21受到压力时，液压杆21向靠近缸体底端111的方向移动，从而使得液压杆圆盘211向靠近动力活塞31的方向移动，中部腔体的容积减小，中部腔体中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向第一腔体41流动，以适应中部腔体的容积变化；当液压杆21受到拉力时，液压杆21向远离缸体底端111的方向移动，从而使得液压杆圆盘211向远离动力活塞31的方向移动，中部腔体的容积变大，第一腔体41中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向中部腔体流动，以适应中部腔体的容积变化；

有动力状态时，液压泵工作，进液口113和出液口114均打开且与液压泵连接，液压泵通过进液口113向第四腔体44注入液体，第四腔体44内液体对动力活塞31的压力增大，进而增大了动力活塞31对中部腔体内液体的压力，进而增大了中部腔体内的液体对液压杆21的压力，从而推动液压杆21向远离缸体底端111的方向移动，第一腔体41的容积变小，第一腔体41中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向中部腔体流动，以适应第一腔体41的容积变化；当第四腔体44内的液体通过出液口114流出第四腔体44时，第四腔体44内液体对动力活塞31的压力减小，进而减小了动力活塞31对中部腔体内液体的压力，进而减小了中部腔体内的液体对液压杆21的压力，使得第一腔体41内液体对液压杆21的压力大于中部腔体内液体对液压杆21的压力，从而推动液压杆21向靠近缸体底端111的方向移动，中部腔体的容积变小，中部腔体中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向第一腔体41流动，以适应中部腔体的容积变化。

这样设置的有益效果在于：由于缸体11、液压杆21与动力活塞31的相互配合，使得集成液压缸在有动力状态时可以提供主动的驱动力，且在无动力状态时能实现被动伸缩功能，从而实现了同一个液压缸既可以提供主动的驱动力，又能实现被动伸缩功能。

进一步地，缸体端盖12设有缸体端盖凸缘122，当缸体端盖12与缸体开口端112配合连接时，缸体端盖凸缘122置于缸体11内，且缸体端盖凸缘122的外壁与缸体11的内壁无缝配合连接，缸体端盖12的直径不小于缸体11的外径。缸体底端111还设有用于与外部设备连接的底端连接部115。

进一步地，本实施例提供的集成液压缸还包括电机22和挡片222，液压杆21中空，电机22设于液压杆21内，电机22设有电机轴221；挡片222设于液压杆圆盘211和动力活塞31之间且挡片222通过电机轴221与电机22连接，电机22可带动挡片222旋转，挡片222相对于液压杆圆盘通孔2111的位置开设有挡片通孔2221，挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的重合度通过电机22调节。挡片222的直径与液压杆圆盘211的直径相同，挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的大小相同。

请参阅图1和图4，电机22可通过电机轴221带动挡片222旋转，从而可以调节挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的重合度，进而调节液体在第一腔体41和中部腔体之间的流动速度，进而可调节液压杆21的伸缩速度，从而起到阻尼作用：当挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111完全不重合时，第一腔体41中的液体和中部腔体中的液体无法相互流动，从而使得液压杆21无法相对缸体11运动；当挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111完全重合时，第一腔体41中的液体和中部腔体中的液体相互流动的阻力最小，从而液压杆21运动时的阻力最小，液压杆21的伸缩速度最快；挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的重合度越小，第一腔体41中的液体和中部腔体中的液体相互流动的阻力越大，液压杆21的伸缩速度越慢。

在本实施例中，液压杆圆盘211的圆周上均匀开设有8个大小相同的液压杆圆盘通孔2111，挡片222的圆周相对于液压杆圆盘通孔2111的位置相应开设有8个大小相同的挡片通孔2221。

在其他实施例中，挡片222的直径可以略小于液压杆圆盘211的直径，挡片222上的挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的位置相对应。

进一步地，挡片222设有挡片凸缘2222，挡片凸缘2222设于液压杆21中，从而使得挡片222能更好地与液压杆21连接。挡片凸缘2222上套设有滑动轴承23，且滑动轴承23的内径与挡片凸缘2222的外径相匹配，滑动轴承23的外壁设于液压杆21的内壁，且滑动轴承23的外径与液压杆21的内径相匹配。当挡片222在电机22的带动下相对液压杆21转动时，滑动轴承23可以大大减小摩擦损失和表面磨损，且工作平稳、可靠、无噪声。

进一步地，液压杆21设于缸体11外的一端设有液压杆端盖24，液压杆端盖24上设有用于与外部设备进行连接的端盖连接部241。液压杆端盖24可以将电机22封装在液压杆21内，一方面可以对电机22进行保护，另一方面也使得集成液压缸外观更加美观。

请参阅图1、图3和图5，进一步地，本实施例提供的集成液压缸还包括自由活塞32和底部弹簧33，自由活塞32设于挡片222和动力活塞31之间，自由活塞32的圆周与缸体11的内壁无缝滑动连接；自由活塞32与挡片222以及缸体11的侧壁之间形成第二腔体42，第二腔体42内充有液体；自由活塞32和动力活塞31以及缸体11的侧壁之间形成第三腔体43，第三腔体43内充有空气；底部弹簧33设于第三腔体43内，且底部弹簧33的两端分别与自由活塞32和动力活塞31连接。

底部弹簧33的蓄能和释放能量的过程如下：

无动力状态下，当液压杆21受到压力时，液压杆21向靠近缸体底端111的方向移动，从而使得液压杆圆盘211向靠近动力活塞31的方向移动，第二腔体的42的容积减小，第二腔体42内的压力增大，从而推动自由活塞32向靠近动力活塞31的方向运动，从而压缩底部弹簧33，能量储存在被压缩的底部弹簧33中；当液压杆21受到拉力时，液压杆21向远离缸体底端111的方向移动，从而使得液压杆圆盘211向远离动力活塞31的方向移动，第二腔体42的容积变大，第二腔体42内的压力减小，底部弹簧33逐渐回复，从而将储存的能量释放，推动自由活塞32向远离动力活塞31的方向运动；

有动力状态下，当液压泵通过进液口113向第四腔体44注入液体时，第四腔体44内液体对动力活塞31的压力增大，推动动力活塞31向远离缸体底端111的方向移动，从而压缩底部弹簧33，能量储存在被压缩的底部弹簧33中；当第四腔体44内的液体通过出液口114流出第四腔体44时，第四腔体44内液体对动力活塞31的压力减小，底部弹簧33逐渐回复，从而将储存的能量释放，推动动力活塞31向靠近缸体底部111的方向移动。

由于第三腔体43内充满空气，且第三腔体43内设有可伸缩的底部弹簧33，因此第三腔体43为可伸缩的腔体，一方面底部弹簧33的压缩和回复过程可以起到蓄能作用和释放能量的作用，另一方面第三腔体43的可压缩性可以解决液压杆21向靠近缸体底端111的方向移动时第二腔体42容积减小所造成的压力过大的问题，使得液压杆21在伸缩过程中引起的缸体21内第二腔体42的变化具有适应性，从而可以对集成液压缸起到保护作用。

进一步地，本实施例提供的集成液压缸还包括内弹簧34，内弹簧34套设于液压杆21上，且内弹簧34设于缸体端盖12和液压杆圆盘211之间。由于液压杆21在向远离缸体底端111的方向移动时会压缩内弹簧34，能量储存在被压缩的内弹簧34中；液压杆21在向靠近缸体底端111的方向移动时内弹簧34逐渐回复，从而将储存的能量释放，推动液压杆21运动。因此内弹簧34在液压杆21的伸缩过程中可起到蓄能和释放能量的作用。

请参阅图1、图2和图5，进一步地，本实施例提供的集成液压缸还包括调节螺母351，调节螺母351套设于液压杆21上且位于缸体11外，调节螺母351可沿液压杆21滑动；外弹簧35，外弹簧35套设于液压杆21上且设于缸体端盖12和调节螺母351之间。由于调节螺母351可沿液压杆21滑动，从而可以调节外弹簧35的初始压缩长度，进而可以调节初始预紧力。由于液压杆21在向靠近缸体底端111的方向移动时会压缩外弹簧35，能量储存在被压缩的外弹簧35中；液压杆21在向远离缸体底端111的方向移动时外弹簧35逐渐回复，从而将储存的能量释放，推动液压杆21运动。因此外弹簧35在液压杆21的伸缩过程中可起到蓄能和释放能量的作用。

本实施例提供的集成液压缸可用于助行机器人的膝关节部位，集成液压缸可通过液压杆的伸缩帮助使用者行走；集成液压缸连接液压泵可提供主动驱动力，从而帮助使用者上下楼梯或者辅助使用者行走；同时当使用者需要支撑时，集成液压缸也可为使用者提供较大的支撑力。

本实施例提供的集成液压缸连接在助行机器人的膝关节部位时的工作原理如下：

首先在第一腔体41、第二腔体42和第四腔体44中充满液体，且保持第三腔体中充满空气。

无动力状态时，液压泵不工作，进液口113和出液口114均完全闭合，从而使得第四腔体44中的液体量保持一致，动力活塞31与缸体11不发生相对运动；

当使用者屈膝时，液压杆21受到压力，液压杆21向靠近缸体底端111的方向移动，从而使得液压杆圆盘211向靠近动力活塞31的方向移动，外弹簧35被压缩，能量储存在被压缩的外弹簧35中，第二腔体的42的容积减小，第二腔体42内的压力增大，推动自由活塞32向靠近动力活塞31的方向运动，从而压缩底部弹簧33，能量储存在被压缩的底部弹簧33中，第二腔体42中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向第一腔体41流动，以适应第二腔体42的容积变化，第一腔体41的容积增大，第一腔体41中的内弹簧34逐渐回复，储存在内弹簧34中的能量释放；

当使用者伸膝时，液压杆21受到拉力，液压杆21向远离缸体底端111的方向移动，从而使得液压杆圆盘211向远离动力活塞31的方向移动，外弹簧35逐渐回复，储存在外弹簧35中的能量释放，第二腔体42的容积变大，第二腔体42内的压力减小，底部弹簧33逐渐回复，从而将储存的能量释放，推动自由活塞33向远离动力活塞31的方向运动，第一腔体41中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向第二腔体42流动，以适应第二腔体42的容积变化，第一腔体41的容积变小，第一腔体41中的内弹簧34被压缩，能量储存在被压缩的内弹簧34中。

有动力状态时，液压泵工作，进液口113和出液口114均完全打开且与液压泵连接；

液压泵通过进液口113向第四腔体44注入液体时，第四腔体44内液体对动力活塞31的压力增大，推动动力活塞31向远离缸体底部111的方向移动，从而压缩底部弹簧33，能量储存在被压缩的底部弹簧33中，自由活塞33对第二腔体42的压力增大，从而推动液压杆21向远离缸体底端111的方向移动，第一腔体41中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向第二腔体42流动，第一腔体41的容积变小，第一腔体41中的内弹簧34被压缩，能量储存在被压缩的内弹簧34中，同时外弹簧35逐渐回复，储存在外弹簧35中的能量释放；

当第四腔体44内的液体通过出液口114流出第四腔体44时，第四腔体44内液体对动力活塞31的压力减小，底部弹簧33逐渐回复，从而将储存的能量释放，自由活塞33对第二腔体42的压力减小，液压杆21受到的压力减小，从而推动液压杆21向靠近缸体底端111的方向移动，第二腔体42中的液体通过液压杆圆盘通孔2111向第一腔体41流动，第一腔体41的容积变大，第一腔体41中的内弹簧34逐渐回复，储存在内弹簧34中的能量释放，外弹簧35被压缩，能量储存在外弹簧35中。

无论是在有动力状态还是无动力状态时，均可以通过调节挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的重合度来调节液体在第一腔体41和第二腔体42之间的流动速度，进而可调节液压杆21的伸缩速度，从而起到阻尼作用，挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的重合度越小，第一腔体41中的液体和第二腔体42中的液体相互流动的阻力相对越大，液压杆21的伸缩速度相对越慢。

当处于支撑状态时，挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111完全不重合，从而使得第一腔体41中的液体和第二腔体42中的液体无法相互流动，液压杆21相对于液压缸11不发生移动，因此可以提供较大的支撑力。

本实施例提供的集成液压缸的有益效果如下：

(1)缸体11、液压杆21与动力活塞31的相互配合，使得集成液压缸在有动力状态时可以提供主动的驱动力，在无动力状态时能实现被动伸缩功能，从而实现了同一个液压缸既可以提供主动的驱动力，又能实现被动伸缩功能；

(2)电机22可通过电机轴221带动挡片222旋转，从而可以调节挡片通孔2221与液压杆圆盘通孔2111的重合度，进而调节液体在第一腔体41和第二腔体42之间的流动速度，进而可调节液压杆21的伸缩速度，从而起到阻尼作用；

(3)第三腔体43内充满空气，且第三腔体43内设有可伸缩的底部弹簧33，因此第三腔体43为可伸缩的腔体，解决了液压杆21向靠近缸体1移动时第二腔体42容积减小所造成的压力过大的问题，使得液压杆21在伸缩过程中引起的缸体11内第二腔体42的变化具有适应性，从而可以对集成液压缸起到保护作用；

(4)底部弹簧33、内弹簧34和外弹簧35在压缩的过程中可以蓄能，在回复的过程中可以释放能量，不仅节约了能量，而且在弹簧的压缩和回复过程中起到缓冲作用，并且为下一次的动作提供了动力；

(5)根据使用者处于不同的康复期可以对调节螺母351进行调整，从而可以调节初始预紧力，满足不同使用者的要求；

(6)根据使用者腿部能弯曲的最大角度情况，通过调节第四腔体44的长度来调整助行机器人膝关节能弯曲的最大角度，满足不同使用者的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。