一种深海水压自锁型油缸的制作方法

1.本发明涉及水下液压元件技术领域，具体是涉及一种深海水压自锁型油缸。


背景技术：

2.随着人类的发展，陆地资源日益匮乏，而海洋覆盖地球约有70.8％的表面，蕴含着丰富的生物、矿产、化学和动力资源，是人类最后可利用的领地之一。深海资源开发得到越来越多的关注，开发设备也越来种类繁多。液压系统拥有承载能力强、功率密度大、调速方便等优点，在深海资源开发得到广泛应用。由于深海环境不便于维修，每次维修必须上浮至海面甚至回到陆地，费时费力，所以提高系统可靠性格外重要。
3.液压系统在深海环境和陆上环境最大的差别就是压力和介质。深海环境下压力可高达几十兆帕，环境介质为水；陆上环境压力仅为0.1mpa，而环境介质为空气。在液压系统中，液压介质被称为系统血液，是系统的一个重要故障源。在陆上油液中进入空气会加速油液老化，通常在运行一定时间后会进行更换油液，但是在深海工况，压力高，水会更容易侵入，导致油液变质，造成系统故障。所以深海液压系统，一般均采用压力补偿技术来消除海水压力对系统的影响，提高系统效率和系统密封可靠性。液压系统中，常见执行元件有油缸和马达。马达由于是旋转轴封，密封件两侧的压力与工作负责没有关系，通过压力补偿技术后可以使得油压略大于环境水压，使得油往海水泄露；油缸活塞杆处的动密封，油压与工作负载紧密相关，通过压力补偿技术无法保证大于环境水压，而且活塞杆运动过程容易吸附杂质颗粒，对密封件容易造成损伤。所以活塞杆的动密封成为深海系统进水的主要原因。
4.陆上自锁油缸一般主要有机械自锁和过盈配合自锁两种结构形式。机械结构自锁，要增加自锁结构装置会增大油缸的体积重量；过盈配合自锁采用活塞和缸筒过盈配合，会增加活塞杆长度和直径，而且有效锁紧力有限。在深海环境下，由于零件均会因环境压力产生变形，会导致配合间隙有变化。所有深海油缸自锁一般采用机械结构式，结构体积庞大，不适合紧凑的结构系统。
5.中国专利cn201910114863.4包括油缸缸筒，其一端安装有油缸前端盖，另一端通过密封装置安装有油缸后端盖，油缸缸筒的内壁面通过密封装置安装有油缸活塞，油缸活塞的中部伸出有油缸活塞杆，油缸活塞杆穿出油缸前端盖，油缸前端盖和油缸后端盖的外侧壁上均安装有油缸拉杆；油缸前端盖和油缸后端盖的下方均安装有油缸自锁阀，两者结构相同，且对称设置，油缸自锁阀在油缸后端盖中的安装结构为：油缸后端盖下方横向开有台阶孔，台阶孔内安装自锁阀阀芯，自锁阀阀芯成十字形结构，自锁阀阀芯的头部与油缸缸筒的内部对接，自锁阀阀芯的外圆周面通过自锁阀密封圈与台阶孔的内壁面连接，自锁阀阀芯的尾部通过自锁阀弹簧安装有自锁阀调节螺钉，台阶孔的下部开有与其连通的通孔。
6.该自锁油缸需将两个油缸自锁阀安置在两个油口处，较为繁琐，且油缸自锁阀受水压影响较小，无法有效的锁定。


技术实现要素：

7.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种深海水压自锁型油缸。
8.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：
9.一种深海水压自锁型油缸，包括缸筒、前端盖、后端盖、活塞、活塞杆、塞柱、塞环、弹性盖和连接管，前端盖和后端盖设置在缸筒的两端，活塞滑动设置在缸筒中，活塞将缸筒分隔为靠近前端盖的第一油腔和靠近后端盖的第二油腔，活塞杆与活塞固定连接并贯穿前端盖，前端盖上设置有连通外界和第一油腔的第一接口，后端盖自其外端向内端依次设有贯穿其的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的直径逐渐减小，后端盖上还设有连通外界和第二通道的第二接口，以及连通外界和第一通道的第一油口，以及连通外界和第三通道的第二油口，塞柱同轴滑动的设在第三通道中，塞柱的一端抵接第三通道和第四通道的第一阶梯面，塞柱的一端还设有与其同轴并与第二油口连通的第一阶梯槽，塞环同轴套设在塞柱上并与第一通道滑动配合，塞环的一端抵接第一通道和第二通道的第三阶梯面，塞环的一端还设有与其同轴并与第一油口连通的第二阶梯槽，弹性盖密封设置在第一通道的外端，塞柱和塞环的外端面、第一通道的内壁和弹性盖的内面形成注有缓冲液的缓冲腔，连接管连通第一接口和第二接口。
10.优选地，后端盖的外端设有第一环槽，第一环槽的外周面具有与其同轴的螺纹，弹性盖的一端边沿沿其轴向延伸有套设在第一环槽内周面的筒部，筒部的边沿向外延伸有环沿，油缸还包括外螺纹圈，外螺纹圈同轴拧接在第一环槽中，外螺纹圈抵接在环沿的外端。
11.优选地，塞柱朝向第四通道的一端的边沿具有第一锥面，第一锥面同轴抵接在第四通道的外端口。
12.优选地，塞环朝向第二通道的一端的边沿具有第二锥面，第二锥面同轴抵接在第二通道的外端口。
13.优选地，后端盖上还设置有用以连通外界和缓冲腔的注液孔，油缸还包括塞件，塞件同轴设置在注液孔中。
14.优选地，油缸还包括外螺纹限位圈，外螺纹限位圈同轴拧接在第一通道的外端口处，外螺纹限位圈的内径小于塞环的外端直径。
15.优选地，塞柱上套设有与第三通道过盈配合的第一密封圈。
16.优选地，塞环的外圆周面上套设有与第一通道过盈配合的第二密封圈。
17.优选地，塞柱圆周面的外侧设有与其同轴的凸台，塞环内周面的外侧设有与其同轴的第三阶梯槽，凸台与第三阶梯槽同轴滑动配合，凸台的圆周面上套设有与第三阶梯槽过盈配合的第三密封圈，塞环的内周还设有与塞柱的圆周面过盈配合的第四密封圈。
18.优选地，第一阶梯槽与第三通道的接触面积等于第二阶梯槽与第一通道的接触面积，塞柱与第二油腔的接触面积等于塞环与第二通道的接触面积。
19.本技术相比较于现有技术的有益效果是：
20.1.本技术通过将塞柱和塞环滑动设置在后端盖中，当注油压力大于弹性盖的形变压力和环境水压时，塞柱或塞环才能够在后端盖中滑动以对第一油腔或第二油腔进行注油，第一油腔和第二油腔中的油压大于环境压力能够避免海水泄漏到第一油腔或第二油腔中，工作可靠，自锁效果更佳；
21.2.本技术通过在后端盖的外端面设置第一环槽，在能够拆卸安装后端盖和弹性盖
的同时，能够保证缓冲腔中缓冲液的密封性；
22.3.本技术通过使得塞柱朝向第四通道的一端的边沿形成第一锥面，使得第一锥面能够同轴插接在第四通道的外端口中，从而稳定封堵第四通道；
23.4.本技术通过使得塞环朝向第二通道的一端的边沿形成第二锥面，使得第二锥面能够同轴插接在第二通道的外端口中，从而稳定封堵第二通道；
24.5.本技术通过在后端盖上开设用以连通外界和缓冲腔的注液孔，通过注液孔能够向缓冲腔中注入缓冲液，在注油结束后，通过塞件能够封堵注液孔，以防止缓冲液向外溢出；
25.6.本技术通过在第一通道的外端口处同轴拧接一个外螺纹限位圈，能够防止因高压油而导致塞柱和塞环直接脱离后端盖；
26.7.本技术通过在塞柱上套设与第三通道过盈配合的第一密封圈，能够有效避免第三通道中的高压油通过壁隙溢入到第二通道中；
27.8.本技术通过在塞环的外圆周面上套设与第一通道过盈配合的第二密封圈，能够有效避免第一通道中的高压油通过壁隙溢入到缓冲腔中；
28.9.本技术通过凸台在第三阶梯槽中滑动配合，并使得凸台和第三阶梯槽上分别设置第三密封圈和第四密封圈，使得塞柱和塞环在相对滑动时，第一通道中的高压油无法通过塞环的内壁溢入到缓冲腔中；
29.10.本技术通过使得与第三通道的接触面积等于第二阶梯槽与第一通道的接触面积，而使塞柱与第二油腔的接触面积等于塞环与第二通道的接触面积，进而以相同的油压即能够推动塞柱或塞环在后端盖中滑动。
附图说明
30.图1是本技术的自锁型油缸的立体图；
31.图2是本技术的自锁型油缸的侧视图；
32.图3是图2的a-a截面处的立体剖视图；
33.图4是图2的a-a截面处的剖视图；
34.图5是本技术的后端盖的侧视图；
35.图6是图5的c-c截面处的剖视图；
36.图7是图6的e处局部放大图；
37.图8是图6的f处局部放大图；
38.图9是本技术的后端盖、塞柱和塞环的轴向分解剖视图。
39.图中标号为：
40.1a-缸筒；1a1-第一油腔；1a2-第二油腔；1b-前端盖；1b1-第一接口；1c-后端盖；1c1-第一通道；1c2-第二通道；1c3-第三通道；1c4-第四通道；1c5-第二接口；1c6-第一油口；1c7-第二油口；1c8-第一环槽；1c9-注液孔；1d-活塞；1e-活塞杆；1f-拉杆；2-塞柱；2a-第一阶梯槽；2b-第一锥面；2c-第一密封圈；2d-凸台；2e-第三密封圈；3-塞环；3a-第二阶梯槽；3b-第二锥面；3c-第二密封圈；3d-第三阶梯槽；3e-第四密封圈；4-弹性盖；4a-筒部；4b-环沿；5-连接管；6-缓冲液；7-外螺纹圈；8-塞件；9-外螺纹限位圈。
具体实施方式
41.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
42.如图1-9所示，本技术提供：
43.一种深海水压自锁型油缸，包括缸筒1a、前端盖1b、后端盖1c、活塞1d、活塞杆1e、塞柱2、塞环3、弹性盖4和连接管5，前端盖1b和后端盖1c设置在缸筒1a的两端，活塞1d滑动设置在缸筒1a中，活塞1d将缸筒1a分隔为靠近前端盖1b的第一油腔1a1和靠近后端盖1c的第二油腔1a2，活塞杆1e与活塞1d固定连接并贯穿前端盖1b，前端盖1b上设置有连通外界和第一油腔1a1的第一接口1b1，后端盖1c自其外端向内端依次设有贯穿其的第一通道1c1、第二通道1c2、第三通道1c3和第四通道1c4，第一通道1c1、第二通道1c2、第三通道1c3和第四通道1c4的直径逐渐减小，后端盖1c上还设有连通外界和第二通道1c2的第二接口1c5，以及连通外界和第一通道1c1的第一油口1c6，以及连通外界和第三通道1c3的第二油口1c7，塞柱2同轴滑动的设在第三通道1c3中，塞柱2的一端抵接第三通道1c3和第四通道1c4的第一阶梯面，塞柱2的一端还设有与其同轴并与第二油口1c7连通的第一阶梯槽2a，塞环3同轴套设在塞柱2上并与第一通道1c1滑动配合，塞环3的一端抵接第一通道1c1和第二通道1c2的第三阶梯面，塞环3的一端还设有与其同轴并与第一油口1c6连通的第二阶梯槽3a，弹性盖4密封设置在第一通道1c1的外端，塞柱2和塞环3的外端面、第一通道1c1的内壁和弹性盖4的内面形成注有缓冲液6的缓冲腔，连接管5连通第一接口1b1和第二接口1c5。
44.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何在环境水压的状态下对油缸进行自锁。为此，本技术通过将塞柱2和塞环3滑动设置在后端盖1c中，当注油压力大于弹性盖4的形变压力和环境水压时，塞柱2或塞环3才能够在后端盖1c中滑动以对第一油腔1a1或第二油腔1a2进行注油，第一油腔1a1和第二油腔1a2中的油压大于环境压力能够避免海水泄漏到第一油腔1a1或第二油腔1a2中，工作可靠，自锁效果更佳；
45.具体地，自锁型油缸在处于深海环境但未工作时，假设环境水压为p1，弹性盖4处于环境水压下，弹性盖4与海水的接触面积为s1；第二油口1c7与压力油连通，假设第二油口1c7的初始压力为p2，第一阶梯槽2a与压力油的接触面积为s2；假设第一阶梯槽2a处的压力为p3，第一阶梯槽2a与第二油腔1a2的接触面积为s3，塞柱2平衡状态下，f+p1*s1》p2*s2+p3*s3，其中，f为弹性盖4向塞柱2外端面的弹性压力；
46.自锁型油缸在深海中工作时，压力油升压，使得p2远大于弹性盖4的弹性压力加环境水压，高压油通过推动第一阶梯槽2a使塞柱2在第三通道1c3中滑动，在此过程中，塞柱2需克服弹性盖4的弹性压力和环境水压，塞柱2在第三通道1c3中滑动以连通第三通道1c3和第四通道1c4，使得第二油腔1a2与第二油口1c7连通，高压油推动后端盖1c在缸筒1a中朝向前端盖1b方向滑动，从而能够带动活塞杆1e向外伸出；
47.且自锁型油缸在处于深海环境但未工作时，假设环境水压为p1，弹性盖4处于环境水压下，弹性盖4与海水的接触面积为s1；第二接口1c5通过拉杆1f与第一接口1b1连通，假设第二接口1c5处油压为p4，塞环3的内端面与第二通道1c2的接触面积为s4；第一油口1c6与油箱连通，假设第二阶梯槽3a处油压为p5，第二阶梯槽3a与第一通道1c1的接触面积为s5，塞环3平衡状态下，f+p1*s1》p4*s4+p5*s5，其中，f为弹性盖4向塞柱2外端面的弹性压力；
48.其中，因活塞1d在缸筒1a中滑动，第一油腔1a1处压力增大，第一油腔1a1中油液依次通过第一接口1b1、连接管5和第一油口1c6，并注入到第一通道1c1处，第一油口1c6处压力增大，直到p4远大于弹性盖4的弹性压力和环境水压时，高压油通过推动第二阶梯槽3a使塞环3在第三通道1c3中滑动，在此过程中，塞柱2需克服弹性盖4的弹性压力，以及环境水压，塞环3在第一通道1c1中滑动以连通第一通道1c1和第二通道1c2，使得第一接口1b1和第一油口1c6连通，从而使得第一油腔1a1中的压力有回流至油箱中；
49.当切断第二油口1c7的高压油源时，p2减小的同时，p4减小，塞柱2和塞环3在环境水压和弹性盖4的弹性压力作用下复位，塞柱2封堵第四通道1c4和第三通道1c3，塞环3封堵第一通道1c1和第二通道1c2，避免活塞杆1e因惯性而导致油缸的一侧压力低于环境水压，此时油缸第一接口1b1和第四通道1c4处的压力定然大于环境水压，以此避免外界海水进入到油缸内，以此实现油缸的自锁功能；
50.当选择第一油口1c6与压力油连通，而第二油口1c7与油箱连通时，高压油以上述相反的路径流动，依次完成活塞杆1e的复位工作；
51.通过在缓冲腔中注入缓冲液6，使得水压能够通过缓冲液6稳定传导给塞柱2和塞环3的外端面，以此稳定自锁。
52.作为本技术的一些可选实施例，油缸还包括用以连接前端盖1b和后端盖1c的拉杆1f，通过拉杆1f能够稳固连接前端盖1b和后端盖1c，防止其从缸筒1a的两端脱离。
53.如图9所示，进一步的：
54.后端盖1c的外端设有第一环槽1c8，第一环槽1c8的外周面具有与其同轴的螺纹，弹性盖4的一端边沿沿其轴向延伸有套设在第一环槽1c8内周面的筒部4a，筒部4a的边沿向外延伸有环沿4b，油缸还包括外螺纹圈7，外螺纹圈7同轴拧接在第一环槽1c8中，外螺纹圈7抵接在环沿4b的外端。
55.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何将弹性盖4安装在后端盖1c的外端。为此，本技术通过在后端盖1c的外端面设置第一环槽1c8，并将形成筒部4a的弹性盖4套设在第一环槽1c8上，将外螺纹圈7同轴拧接在第一环槽1c8中，使其端面抵接在环沿4b的外端，在能够拆卸安装后端盖1c和弹性盖4的同时，能够保证缓冲腔中缓冲液6的密封性。
56.如图7所示，进一步的：
57.塞柱2朝向第四通道1c4的一端的边沿具有第一锥面2b，第一锥面2b同轴抵接在第四通道1c4的外端口。
58.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是塞柱2如何稳定同轴封堵第四通道1c4的外端口。为此，本技术通过使得塞柱2朝向第四通道1c4的一端的边沿形成第一锥面2b，使得第一锥面2b能够同轴插接在第四通道1c4的外端口中，从而稳定封堵第四通道1c4。
59.如图8所示，进一步的：
60.塞环3朝向第二通道1c2的一端的边沿具有第二锥面3b，第二锥面3b同轴抵接在第二通道1c2的外端口。
61.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是塞环3如何稳定同轴封堵第二通道1c2的外端口。为此，本技术通过使得塞环3朝向第二通道1c2的一端的边沿形成第二锥面3b，使得第二锥面3b能够同轴插接在第二通道1c2的外端口中，从而稳定封堵第二通道1c2。
62.如图6和图9所示，进一步的：
63.后端盖1c上还设置有用以连通外界和缓冲腔的注液孔1c9，油缸还包括塞件8，塞件8同轴设置在注液孔1c9中。
64.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何向缓冲腔注入缓冲液6。为此，本技术通过在后端盖1c上开设用以连通外界和缓冲腔的注液孔1c9，通过注液孔1c9能够向缓冲腔中注入缓冲液6，在注油结束后，通过塞件8能够封堵注液孔1c9，以防止缓冲液6向外溢出，通过调调节缓冲腔中的压力，能够调节塞柱2和塞环3的封堵压力。
65.如图6和图9所示，进一步的：
66.油缸还包括外螺纹限位圈9，外螺纹限位圈9同轴拧接在第一通道1c1的外端口处，外螺纹限位圈9的内径小于塞环3的外端直径。
67.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何避免塞柱2和塞环3滑动而脱离后端盖1c。为此，本技术通过在第一通道1c1的外端口处同轴拧接一个外螺纹限位圈9，并使得外螺纹限位圈9的内径小于塞环3的外端直径，使得外螺纹限位圈9能够对塞柱2和塞环3进行限位，以防止因高压油而导致塞柱2和塞环3直接脱离后端盖1c。
68.如图6所示，进一步的：
69.塞柱2上套设有与第三通道1c3过盈配合的第一密封圈2c。
70.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何避免第三通道1c3中的高压油溢入到第二通道1c2中。为此，本技术通过在塞柱2上套设与第三通道1c3过盈配合的第一密封圈2c，能够有效避免第三通道1c3中的高压油通过壁隙溢入到第二通道1c2中。
71.如图6所示，进一步的：
72.塞环3的外圆周面上套设有与第一通道1c1过盈配合的第二密封圈3c。
73.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何避免第一通道1c1中的高压油通过第一通道1c1的内壁溢入到缓冲腔中。为此，本技术通过在塞环3的外圆周面上套设与第一通道1c1过盈配合的第二密封圈3c，能够有效避免第一通道1c1中的高压油通过壁隙溢入到缓冲腔中。
74.如图6所示，进一步的：
75.塞柱2圆周面的外侧设有与其同轴的凸台2d，塞环3内周面的外侧设有与其同轴的第三阶梯槽3d，凸台2d与第三阶梯槽3d同轴滑动配合，凸台2d的圆周面上套设有与第三阶梯槽3d过盈配合的第三密封圈2e，塞环3的内周还设有与塞柱2的圆周面过盈配合的第四密封圈3e。
76.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何避免第一通道1c1中的高压油通过塞环3的内壁溢入到缓冲腔中。为此，本技术通过凸台2d在第三阶梯槽3d中滑动配合，并使得凸台2d和第三阶梯槽3d上分别设置第三密封圈2e和第四密封圈3e，使得塞柱2和塞环3在相对滑动时，第一通道1c1中的高压油无法通过塞环3的内壁溢入到缓冲腔中。
77.如图6所示，进一步的：
78.第一阶梯槽2a与第三通道1c3的接触面积等于第二阶梯槽3a与第一通道1c1的接触面积，塞柱2与第二油腔1a2的接触面积等于塞环3与第二通道1c2的接触面积。
79.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何使得塞柱2和塞环3在后端盖1c中滑动所需的力相同。为此，本技术通过使得2a3与第三通道1c3的接触面积等于第二阶
梯槽3a与第一通道1c1的接触面积，而使塞柱2与第二油腔1a2的接触面积等于塞环3与第二通道1c2的接触面积，进而以相同的油压即能够推动塞柱2或塞环3在后端盖1c中滑动。
80.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。