一种方体油缸及用于该方形油缸中的密封圈和密封结构的制作方法

本发明属于液压技术领域，涉及液压油缸，具体是一种方体油缸及用于该方形油缸中的密封圈和密封结构。

背景技术：

液压油缸是将封闭在油缸中液态介质的液压能转换为机械能，从而向受压物体施加荷载，应用广泛。随着国民经济的发展和工程建设的需要，在特定场合需要大出力的油缸和方体活塞，但目前液压油缸均为圆柱体，活塞杆也多为圆形，将活塞杆转换成方体势必增大油缸尺寸，或加垫钢板，但会产生摩擦损失和物体受力不均匀。方体油缸和方体活塞可提高额定出力，避免出力的损失，使物体受力均匀。密封方式、密封材料直接影响油缸性能的优劣。

普通圆柱体油缸的缸体与活塞之间一般采用自密封性密封，分挤压密封和唇形密封，密封件为圆环状。挤压密封是通过密封件的预压缩力和缸体内液压油压力的压紧力使密封件与缸体内侧壁之间产生随缸体内液压油压力增加而增高的接触压力，使密封圈在密封面上磨合，以封闭活塞与油缸侧壁之间的泄露通道而达到密封；自封型唇形密封是利用封闭圈自身变形所产生的反力进行初始密封，在液态工作介质作用下，撑开密封圈唇缘，使之与被密封面紧密贴合，其接触压力也随工作压力的增加而增高，以达到自封作用。挤压密密封件有o形密封圈、方形密封圈和x形密封圈等，唇形密封有v形密封圈、u形密封圈、y形密圈等。

通过对密封件预压缩力和密封圈自身变形产生的反力进行初始密封，多会产生接触压力不均匀和密封件变形不均匀，耐久性变差。因方体油缸、方体活塞之间存在转角，方体油缸和方体活塞之间直接采用挤压密封或自封型唇形密封进行密封，因转角的存在，密封圈初始密封压力不能使密封圈与密封面有效紧密贴合，且摩擦较大，磨损严重，耐久性降低，容易产生液压油泄露。

技术实现要素：

本发明根据现有技术的不足，提供一种可以解决方体油缸的封闭问题的方体油缸及用于该方形油缸中的密封圈和密封结构，通过其特殊的密封圈和密封结构解决方体油缸的密封问题，使方体油缸可以在特定场合可替代现有圆柱体油缸，不用通过圆柱活塞端加方形钢板板转换荷载应力，减小摩擦损失，使物体受力均匀，油缸额定出力增大。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：所述一种方体油缸，包括截面呈方形的缸体、设置在缸体内的方形缸腔、截面呈方形的活塞和活塞杆，所述活塞置于方形缸腔内，并将方形缸腔分隔成下油缸腔和上油缸腔，在下油缸腔的下部设有加压油嘴，上油缸腔的上部设有退压油嘴；在活塞与方形缸腔内壁之间设有第一密封囊圈和第二密封囊圈，并在活塞外壁对应第一密封囊圈和第二密封囊圈的位置分别开设有第一环形密封沟槽和第二环形密封沟槽，所述第一密封囊圈和第二密封囊圈分别嵌入第一环形密封沟槽和第二环形密封沟槽内；在活塞杆的外壁与缸体开口之间设有第三密封囊圈，并在缸体开口面对应开设有第三环形密封沟槽，所述第三密封囊圈嵌入第三环形密封沟槽内；所述第一密封囊圈、第二密封囊圈、第三密封囊圈均为充满液体或气体的环形中空囊体结构，每个密封囊圈的外壁紧贴对应的密封沟槽内壁，并将对应的密封沟槽槽口密封，所述第一环形密封沟槽、第二环形密封沟槽和第三环形密封沟槽的内槽均与方形缸腔连通，并通过方形缸腔向三个密封沟槽的内槽面注入液压油分别对三个密封囊圈加压使其紧贴缸体内壁进而形成密封。

本发明较优的技术方案：所述油缸、方形缸腔、活塞和活塞杆的截面均为四角成圆弧的方形，且所有的圆弧角的弧度均相同；所述第一密封囊圈、第二密封囊圈第三密封囊圈、第一环形密封沟槽、第二环形密封沟槽和第三环形密封沟槽的形状均为倒圆角的方形环体，其倒圆角的半径均相等；所述第一密封囊圈和第二密封囊圈在通过液压油加压后其内表面分别与第一环形密封沟槽和第二环形密封沟槽的槽壁紧密接触，外表面均与方形缸腔的内壁紧密接触；所述第三密封囊圈在通过液压油加压后，其内表面与活塞杆的外壁紧密接触，外表面与第三环形密封沟槽的槽壁紧密接触。

本发明较优的技术方案：在第一密封囊圈和第二密封囊圈的上、下表面均设置有第一密封挡圈，在第三密封囊圈的上方设有第二密封挡圈，在方形缸体的缸口设有防尘圈；所述第一密封挡圈、第二密封挡圈和防尘圈为形状与环形密封囊圈形状相同的圆角方形，并在对应第一密封挡圈、第二密封挡圈和防尘圈的位置均设有挡圈卡槽，第一密封挡圈、第二密封挡圈和防尘圈嵌入对应的挡圈卡槽内，且上表面或下表面与对应的密封囊圈贴紧；所述缸体缸口位于第三密封囊圈上方的部位设有凸块。

本发明较优的技术方案：所述第一环形密封沟槽设在活塞上部靠近上油缸腔的位置，并通过第一通油孔与上油缸腔连通；所述第二环形密封沟槽设在活塞下部靠近下油缸腔的位置，并通过第二通油孔与下油缸腔连通，所述第一通油孔和第二通油孔均开设在活塞上；所述第三环形密封沟槽设在缸体开口处的下部，直接通过活塞杆与缸体之间的间隙连通；第一、第二密封囊圈的分别通过第一、第二通油孔注入液压油加压后对活塞与缸体进行密封，第三密封囊圈通过连通第三环形密封沟槽与上油缸腔的间隙注入液压油加压后对缸体的开口处进行密封。

本发明较优的技术方案：所述第一密封囊圈、第二密封囊圈和第三密封囊圈均采用耐腐蚀性、高弹性、柔性的橡胶或合成树脂一体式形成的环形囊状结构，且三个密封囊圈的抗拉强度等于或大于油缸额定油压的1.2倍。

本发明较优的技术方案：所述第一密封挡圈分别设置在第一环形密封沟槽和第二环形密封沟槽的槽口处，并在第一环形密封沟槽和第二环形密封沟槽的槽口上、下分别开设有挡圈卡槽，其第一密封挡圈其中一端对应嵌入挡圈卡槽内，另一端面与缸体的内壁触接；所述第二密封挡圈对应设置在活塞杆上，并在活塞杆移动到缸口位置时，其第二密封挡圈与第三密封囊圈密封接触；所述防尘圈设置在凸块上，其端面与活塞杆的外壁触接。

本发明提供的一种用于方体油缸中的密封圈，其特征在于：所述密封圈是采用抗拉强度等于或大于油缸额定油压的1.2倍的橡胶材料或合成树脂材料制成的方形环状中空囊体结构，其囊圈的外环及内环角部均设置成等弧度的弧形角，密封囊圈内部的气体或液体在密封圈成型过程中直接加注或在密封圈成型后通过密封圈上的注油嘴或充气口加入。

本发明提供个一种用于方体油缸中的密封结构，其特征在于：所述密封结构包括活塞上部密封件、活塞下部密封件和缸口密封件，所述活塞上部密封件设置在活塞上部靠近上油缸腔的位置，活塞下部密封件设置在活塞下部靠近下油缸腔的位置，缸口密封件设置在缸口下部靠近上油缸腔的位置；所述活塞上部密封件和活塞下部密封件均由环形密封囊圈和对应开设在活塞体外周的环形沟槽组成，缸口密封件是由环形密封囊圈和对应开设在缸口内表面的环形沟槽组成，每个密封囊圈均是采用抗拉强度等于或大于油缸额定油压的1.2倍的橡胶材料或合成树脂材料制成的内腔充满气体或液体的环状中空囊体结构，且每个环形密封囊圈密封嵌入环形沟槽内；所述活塞上部密封件和缸口密封件中的环形沟槽内槽面通过通油孔或通油通道通向上油缸腔，活塞下部密封件中的环形沟槽内槽面通过通油孔通向下油缸腔，并在密封件安装之后分别通过上、下油缸腔向三个环形沟槽内注入液压油对密封囊圈加压进行密封。

本发明较优的技术方案：所述活塞上部密封件、活塞下部密封件和缸口密封件中的环形密封囊圈和环形沟槽均为四角成圆弧的方形，且所有圆弧角的弧度均相同。

本发明较优的技术方案：所述活塞上部密封件和活塞下部密封件的密封囊圈上、下表面均设置有第一密封挡圈，缸口密封件的密封囊圈上方设有第二密封挡圈和防尘圈；且第一密封挡圈、第二密封挡圈和防尘圈为形状与环形密封囊圈形状相同的圆角方形，并在对应第一密封挡圈、第二密封挡圈和防尘圈的位置均设有挡圈卡槽。

本发明中的密封囊圈为填充有气体或液体的中空密封囊圈，是采用耐腐蚀性、高弹性、柔性的橡胶或合成树脂的一体式结构，中空密封囊圈可以在气体高压仓内做中空密封，确保其密封效果，其液体可以是液压油。本发明中的油缸缸体、缸腔、活塞以及活塞杆的布设方式与现有圆形千斤顶的布设方式一致，将油缸缸体、缸腔、活塞以及活塞杆全部设置成方形结构，其活塞将方形缸腔分隔成上、下两个腔体，且活塞杆的端部设有与活塞截面大小相同的扩大端，可以直接通过活塞杆密封件与油缸的缸口密封。本发明中密封挡圈的设置与现有圆形活塞的密封挡圈设置方式一样，其形状设置为圆角方形，与密封囊圈的形状相似，缸体出口的密封囊圈靠近出口侧安装密封挡圈、防尘圈，其密封挡圈、防尘圈的设置也与现有圆形油缸的安装方式一样，形状设置为与密封囊圈的形状相似的圆角方形。

本发明将方体油缸的4个内角和方体活塞的4个外角进行倒圆角处理，方体油缸的内侧壁四个平面和方体活塞外壁四个平面与1/4圆柱面相切，使缸体内侧壁和活塞侧面形成光滑连续的表面，其方体活塞经过倒圆角处理后，密封囊圈内的填充液压油或气体使密封接触面各点的接触压力相等，保证了油缸工作时密封面上的接触压力相等并且压力增加速度一致，并在油缸内工作液压油作用下产生接触压力，接触压力随油缸压力的增加而增大，从而达到油缸密封目的。本发明中的密封囊圈嵌入密封沟槽内，其内壁与密封沟槽的内槽面紧密接触，且密封沟槽内槽面设有通向缸体的液压油通孔，在油缸工作过程中，可以通过通孔向密封沟槽的内槽面注入液压油，给予密封囊圈一个径向压力，使密封囊圈与密封沟槽以及活塞、缸体内侧面的接触更加紧密，增加其密封效果。

本发明方体油缸及密封装置具有结构合理，密封方式可靠，使用方法和普通油缸相同，方体油缸在特定场合可替代圆柱体油缸，不用通过圆柱活塞端加方形钢板板转换荷载应力，解决了密封件接触压力不均匀易受损和方体油缸的密封问题。

附图说明

图1是本发明的方体油缸的结构示意图；

图2是图1中aa剖面图；

图3是图1中bb剖面图；

图4是本发明中密封囊圈的结构示意图；

图5是图1中c部放大示意图；

图6是图1中d部放大示意图；

图7是图1中e部放大示意图；

图8是本发明中缸体口密封放大示意图。

图中：1—缸体，1-1—凸块，2—方形缸腔，2-1—下油缸腔，2-2—上油缸腔，3—活塞，4—活塞杆，5—防尘圈，6—第一密封囊圈，6-1—第一环形密封沟槽，6-2—第一通油孔，7—第二密封囊圈，7-1—第二环形密封沟槽，7-2—第二通油孔，8—第三密封囊圈，8-1—第三环形密封沟槽，9—加压油嘴，10—退压油嘴，11—挡圈卡槽，12—第一密封挡圈，13—第二密封挡圈。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在以下实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种用于方形油缸的密封结构，如图2至图8所示，包括活塞上部密封件、活塞下部密封件和缸口密封件，所述活塞上部密封件设置在活塞上部靠近上油缸腔2-2的位置，活塞下部密封件设置在活塞下部靠近下油缸腔2-1的位置，缸口密封件设置在缸口下部靠近上油缸腔2-2的位置；所述活塞上部密封件和活塞下部密封件均由环形密封囊圈和对应开设在活塞体外周的环形沟槽组成，缸口密封件是由环形密封囊圈和对应开设在缸口内表面的环形沟槽组成，每个密封囊圈均是采用抗拉强度等于或大于油缸额定油压的1.2倍的橡胶材料或合成树脂材料制成的内腔充满气体或液体的环状中空囊体结构，且每个环形密封囊圈密封嵌入环形沟槽内；所述活塞上部密封件和缸口密封件中的环形沟槽内槽面通过通油孔或通油通道通向上油缸腔2-2，活塞下部密封件中的环形沟槽内槽面通过通油孔通向下油缸腔2-1，并在密封件安装之后分别通过上、下油缸腔向三个环形沟槽内注入液压油对密封囊圈加压进行密封。所述活塞上部密封件、活塞下部密封件和缸口密封件中的环形密封囊圈和环形沟槽均为四角成圆弧的方形，且所有圆弧角的弧度均相同。所述活塞上部密封件和活塞下部密封件的密封囊圈上、下表面均设置有第一密封挡圈12，缸口密封件的密封囊圈上方设有第二密封挡圈13和防尘圈5；且第一密封挡圈12、第二密封挡圈13和防尘圈5为形状与环形密封囊圈形状相同的圆角方形，并在对应第一密封挡圈12、第二密封挡圈13和防尘圈5的位置均设有挡圈卡槽11。

实施中所用到的密封囊圈均采用本发明提供的用于方形油缸的密封圈，，具体是采用耐腐蚀性、高弹性、柔性的橡胶或合成树脂一体式形成的方形环形囊状结构，且三个密封囊圈的抗拉强度等于或大于油缸额定油压的1.2倍，其囊圈的外环及内环角部均设置成等弧度的弧形角，密封囊圈内部的气体或液体在密封圈成型过程中直接加注或在密封圈成型后通过密封圈上的注油嘴或充气口加入，设置有注油嘴或充气口时，其注油嘴或充气口的口径为囊圈空腔截面直径的1/5～1/4。密封囊圈可以在气体高压仓中进行密封，密封囊圈内注入液体时，其液体可以采用耐腐蚀的液压油。

实施例提供的一种方体油缸，如图1至图3所示，该方体油缸包括截面呈方形的缸体1、设置在缸体1内的方形缸腔2、截面呈方形的活塞3和活塞杆4，所述活塞3置于方形缸腔2内，并将方形缸腔2分隔成下油缸腔2-1和上油缸腔2-2，在下油缸腔2-1的下部设有加压油嘴9，上油缸腔2-2的上部设有退压油嘴10；本发明将方体油缸的4个内角和方体活塞的4个外角进行倒圆角处理，方体油缸的内侧壁四个平面和方体活塞外壁四个平面与1/4圆柱面相切，使油缸1、方形缸腔2、活塞3和活塞杆4的截面均为四角成圆弧的方形，且所有的圆弧角的弧度均相同，缸体内侧壁和活塞侧面形成光滑连续的表面，其方体活塞经过倒圆角处理后，密封囊圈内的填充液压油或气体使密封接触面各点的接触压力相等，保证了油缸工作时密封面上的接触压力相等并且压力增加速度一致。

实施例提供的一种方体油缸，如图1至图3所示，在活塞3与方形缸腔2内壁之间设有第一密封囊圈6和第二密封囊圈7，并在活塞3外壁对应第一密封囊圈6和第二密封囊圈7的位置分别开设有第一环形密封沟槽6-1和第二环形密封沟槽7-1，所述第一密封囊圈6和第二密封囊圈7分别嵌入第一环形密封沟槽6-1和第二环形密封沟槽7-1内；在活塞杆4的外壁与缸体1开口之间设有第三密封囊圈8，并在缸体1开口面对应开设有第三环形密封沟槽8-1，所述第三密封囊圈8嵌入第三环形密封沟槽8-1内；所述第一密封囊圈6、第二密封囊圈7第三密封囊圈8、第一环形密封沟槽6-1、第二环形密封沟槽7-1和第三环形密封沟槽8-1的形状均为倒圆角的方形环体，其倒圆角的半径均相等。

实施中的方体油缸，如图1，第一密封囊圈6设置在活塞3上部靠近上油缸腔2-2的位置，第二密封囊圈7设在活塞3下部靠近下油缸腔2-1的位置，所述第三密封囊圈8设在缸体1开口处的下部。如图5所示，第一环形密封沟槽6-1对应开设在活塞3上部靠近上油缸腔2-2的位置，并通过第一通油孔6-2与上油缸腔2-2连通，第一密封囊圈6嵌入第一环形密封沟槽6-1内，其外壁紧贴第一环形密封沟槽6-1内壁，并将第一环形密封沟槽6-1槽口密封，在第一密封囊圈6上、下表面均设置有第一密封挡圈12。如图6所示，所述第二环形密封沟槽7-1对应开设在活塞3下部靠近下油缸腔2-1的位置，并通过第二通油孔7-2与下油缸腔2-1连通，第二密封囊圈7嵌入第二环形密封沟槽7-1内，其外壁紧贴第二环形密封沟槽7-1内壁，并将第二环形密封沟槽7-1槽口密封，在第二密封囊圈7上、下表面均设置有第一密封挡圈12。所述第一通油孔6-2和第二通油孔7-2均开设在活塞3上，第一密封挡圈12分别设置在第一环形密封沟槽6-1和第二环形密封沟槽7-1的槽口处，并在第一环形密封沟槽6-1和第二环形密封沟槽7-1的槽口上、下分别开设有挡圈卡槽11，其第一密封挡圈12其中一端对应嵌入挡圈卡槽11内，另一端面与缸体1的内壁触接。如图7和图8所示，所述第三环形密封沟槽8-1对应开设在缸体1开口处的下部，直接通过活塞杆4与缸体1之间的间隙连通，在第三密封囊圈8上方设有第二密封挡圈13，所述第二密封挡圈13对应设置在活塞杆4上，并在活塞杆移动到缸口位置时，其第二密封挡圈13与第三密封囊圈8密封接触。所述第一密封囊圈6和第二密封囊圈7在通过液压油加压后其内表面分别与第一环形密封沟槽6-1和第二环形密封沟槽7-1的槽壁紧密接触，外表面均与方形缸腔2的内壁紧密接触；所述第三密封囊圈8在通过液压油加压后，其内表面与活塞杆4的外壁紧密接触，外表面与第三环形密封沟槽8-1的槽壁紧密接触。在油缸工作时，通过方形缸腔2向三个密封沟槽的内槽面注入液压油分别对三个密封囊圈加压使其紧贴缸体1内壁进而形成密封。

实施中的方体油缸，如图8所示，所述缸体1缸口位于第三密封囊圈8上方的部位设有凸块1-1，并在凸块1-1上设有防尘圈5，防尘圈5嵌入开设在凸块1-1与活塞杆4对接面上的凹槽内，其端面与活塞杆4的外壁触接。

本发明的工作过程与现有的液压油缸的工作过程相同，其具体工作时，通过加压油嘴9向下油缸腔2-1内注入液压油，给予活塞压力，同时通过活塞上的所述第一通油孔6-2和第二通油孔7-2向第一环形密封沟槽6-1和第二环形密封沟槽7-1的内槽面注入液压油，给予第一密封囊圈6和第二密封囊圈7一个径向压力，使第一密封囊圈6和第二密封囊圈7的外壁与对应的密封沟槽、活塞以及缸体接触更加紧密，保证了活塞上部和下部与缸体之间的密封效果；同时，通过活塞杆4与缸体之间的间隙向第三环形密封沟槽8-1的内槽面注入液压油，给予第三密封囊圈8一个径向压力，使其与缸体1的缸口密封。

以上所述，只是本发明的其中一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。