阻尼式油缸和工程机械的制作方法

1.本实用新型涉及一种液压执行元件，具体地，涉及一种阻尼式油缸。此外，本实用新型还涉及一种工程机械。


背景技术：

2.油缸作为一种伸缩驱动式液压执行元件，其主要通过直线伸缩运动，驱动工作机构直线移动。油缸应用广泛，在各类工程机械，例如塔机、汽车起重机、混凝土泵车、高空作业机械等均有应用。
3.现有技术的油缸如图1所示，无杆腔油口a向无杆腔1a进油时，有杆腔3a回油，活塞杆2a向左伸出驱动外部负载，此时活塞杆2a受压，油缸中液压承压面积大；当有杆腔油口b向有杆腔3a进油时，无杆腔1a回油，活塞杆1a向右收回拉动外部负载，此时活塞杆1a受拉，油缸中液压承压面积小。
4.对于长行程(一般指油缸安装距离大于活塞杆2a杆径的10-15倍)油缸的活塞杆受压时，需要验算压杆稳定性。根据上述图1所示的现有技术的油缸的结构可知：
5.第一，行程加长时，由于活塞杆2a的稳定性要求，需要相应加大活塞杆2a的直径；如果油缸直径较大时；相应的活塞杆2a直径会较大，导致有杆腔3a的有效承压面积减小，油缸重量增大，加工难度增加。
6.第二，这种大直径活塞杆2a一般需要采用大直径的钢材作为加工原料，其强度特性指标不均匀。通常直径越大，不均匀性越突出。为了保证大型油缸的性能，通常需要采用高标号的钢材，材料成本较高。
7.第三，尤其是，在一些特殊工况下，当要求小腔(有杆腔3a)能承受较大的拉伸载荷，而大腔(无杆腔1a)相对不需承受大载荷时，此时一般需要尽量提高有杆腔1a的承压面积，通过大尺寸油缸设计来提高承受拉伸载荷的能力，以避免需要过度提高液压系统的油压。也就是说，在这种特殊工况下，现有技术的油缸一般采用加大缸体截面积，从而增大活塞杆2a上的活塞受压面积来满足要求。这会导致油缸外形尺寸过大，加工难度大，安装工艺性差。
8.此外，现有技术中也存在一些异形油缸，但并没有能够有效增加承受拉伸载荷能力的油缸。
9.有鉴于此，需要设计一种新型的能够承受较大受拉载荷的油缸。


技术实现要素：

10.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种阻尼式油缸，其能够在相对不增大油缸外形尺寸的基础上，有效地增强油缸的受拉载荷承受能力。
11.本实用新型进一步所要解决的技术问题是提供一种工程机械，其油缸驱动机构能够在不显著增加油缸外形尺寸和液压系统油压的基础上，具有较强的油缸受拉载荷承受能力。
12.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种阻尼式油缸，包括缸体，其中，所述缸体内设有外活塞杆，该外活塞杆上固定有或一体形成有与所述缸体内周面密封性接触且能够相对滑动的外活塞，从而将所述缸体的内腔分隔为外缸无杆腔和外缸有杆腔；以及所述外活塞杆形成为空心活塞杆，该空心活塞杆的中心空腔内设有内活塞杆，该内活塞杆的第一端密封性且能够相对滑动地穿过所述外活塞杆的内端端面，且固定到所述缸体的缸底上，且所述内活塞杆上固定有或一体形成有与所述中心空腔的内周面密封性接触且能够相对滑动的内活塞，该内活塞将所述中心空腔分隔为内缸有杆腔和内缸无杆腔，其中所述外活塞杆的侧壁上形成有连通所述内缸有杆腔和外缸有杆腔的内缸有杆腔油孔，且该外活塞杆的伸出端端部形成有用于连通大气或油箱的内缸无杆腔油孔。
13.可选择地，所述外活塞通过外活塞锁紧螺母固定于所述外活塞杆的内端端部的外周面上；和/或，所述内活塞通过内活塞锁紧螺母固定于所述内活塞杆的第二端端部的外周面上。
14.可选择地，所述缸底形成为一体式活塞形缸底，或者该缸底为固定于所述缸体底部的活塞形缸底部。
15.具体地，所述缸体侧壁上形成有与所述外缸无杆腔连通的外缸无杆腔油口和与所述外缸有杆腔连通的外缸有杆腔油口。
16.具体地，所述外活塞杆的伸出端和所述缸体的外端面分别设有铰接座。
17.可选择地，所述内缸无杆腔油孔形成在所述外活塞杆的伸出端端面上。
18.典型地，所述缸体的缸盖部包括导向套，该导向套封闭所述缸体并具有供所述外活塞杆密封性且能够相对滑动地伸出的导向孔。
19.优选地，所述外活塞杆与所述内活塞杆各自的壁厚形成为承压稳定壁厚结构。
20.在上述阻尼式油缸的技术方案基础上，本实用新型还提供一种工程机械，其中，该工程机械设有上述任一技术方案所述的阻尼式油缸。
21.具体选择地，所述工程机械为移动式塔机，该移动式塔机的起重臂与塔身之间铰接有所述阻尼式油缸，其中所述缸底与所述外活塞杆的伸出端中的一者铰接于所述起重臂，另一者铰接于所述塔身。
22.通过上述技术方案，本实用新型的阻尼式油缸，具有如下优点：
23.第一，本实用新型由于将外活塞杆成型为空心活塞杆，在油缸内部通过该空心活塞杆形成了一个内油缸，并使得外缸有杆腔与内缸有杆腔之间相互连通，这增大了油缸有杆腔承压面积，在不明显增大油缸尺寸的情形下，有效提高了油缸承受拉伸载荷的能力。
24.第二，本实用新型内活塞杆的第一端与缸底刚性固定，而内缸无杆腔油孔则用于连通油箱或接大气(即油压为0)，因此工作时无需考虑内活塞杆受压应力失稳等问题，这样可以将内活塞杆尺寸设计为较小值，只需满足拉应力的要求即可，这更加有效地节省了材料，精简了油缸内部构件的尺寸。具体地，本实用新型在外活塞杆内腔直径d1不变的情况下，如上所述，可以将内活塞杆直径d1较小，这加大了内缸有杆腔油压作用面积，能够充分利用内活塞杆提高受拉承载能力。也就是说，内活塞杆采用小直径，外活塞杆直径大，既保证了油缸承压能力，材料利用率又比较高。
25.第三，本实用新型的外缸无杆腔油口和外缸有杆腔油口可以在缸体表面直接加工，同样地，内缸有杆腔油孔和内缸无杆腔油孔也可以在内活塞杆进出油口也可以在外活
塞杆的外表面直接加工，不需加工长孔等复杂孔，并且可以采用分体加工的活塞安装结构，加工工艺性好，且装配工艺性良好。
26.本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
27.下列附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但本实用新型的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：
28.图1是现有技术油缸的局部剖视结构示意图；以及
29.图2是本实用新型具体实施方式的剖视机构示意图。
30.本实用新型附图标记说明：
31.1缸底；2缸体；
32.3外活塞锁定螺母；4外活塞；
33.5内活塞杆；6外活塞杆；
34.7导向套；8内活塞锁定螺母；
35.9外活塞杆连接头；10内活塞；
36.h1外缸无杆腔油口；h2内缸有杆腔油孔；
37.h3外缸有杆腔油口；h4内缸无杆腔油孔；
38.a外缸无杆腔；b外缸有杆腔；
39.c内缸有杆腔；d内缸无杆腔；
40.sa外缸无杆腔油压作用面积；sb外缸有杆腔油压作用面积；
41.sc内缸有杆腔油压作用面积。
具体实施方式
42.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，本实用新型的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。
43.预先需要说明的是，在本实用新型以下具体实施方式的描述中，有关“内”和“外”的区分，例如，就外活塞杆和内活塞杆而言，主要是沿本实用新型的阻尼式油缸的径向上进行的区分。此外，就外活塞杆的内端和伸出端的区分，主要是按照是否处于缸体内部进行的区分。
44.参见图2所述，本实用新型基本实施方式的阻尼式油缸主要包括缸体2，该缸体2内设有外活塞杆6，该外活塞杆6上固定有或一体形成有与缸体2内周面密封性接触且能够相对滑动的外活塞4，从而将缸体2的内腔分隔为外缸无杆腔a和外缸有杆腔b；以及外活塞杆6形成为空心活塞杆，该空心活塞杆的中心空腔内设有内活塞杆5，该内活塞杆5的第一端密封性且能够相对滑动地穿过外活塞杆6的内端端面，并固定到缸体2的缸底上，内活塞杆5上固定有或一体形成有与中心空腔的内周面密封性接触且能够相对滑动的内活塞10，该内活塞10将中心空腔分隔为内缸有杆腔c和内缸无杆腔d，其中外活塞杆6的侧壁上形成有连通内缸有杆腔c和外缸有杆腔b的内缸有杆腔油孔h2，且该外活塞杆6的伸出端端部形成有用
于连通大气或油箱的内缸无杆腔油孔h4。
45.在本实用新型的上述基本实施方式中，本实用新型由于将外活塞杆6成型为空心活塞杆，在油缸内部通过该空心活塞杆实际形成了一个内油缸，并使得外缸有杆腔b与内缸有杆腔c之间相互连通，这实质增大了油缸有杆腔承压面积，在不明显增大油缸尺寸的情形下，有效提高了油缸承受拉伸载荷的能力。并且，内活塞杆5的第一端与缸底1刚性固定，而内缸无杆腔油孔h4则用于连通油箱或接大气(即油压为0)，因此工作时无需考虑内活塞杆5受压应力失稳等问题，这样可以将内活塞杆5尺寸设计为较小值，只需满足拉应力的要求即可，这更加有效地节省了材料，精简了油缸内部构件的尺寸。这使得本实用新型的阻尼式油缸可以有效适用于工程机械中油缸的有杆腔需要承受加较大载荷，活塞杆拉伸载荷较大的工况。
46.在本实用新型的上述基本实施方式的基础上，可以想到的是，外活塞4与外活塞杆6可以形成为一体，内活塞10与内活塞杆5也可以形成为一体，这对于活塞杆的加工技术是可以容易实现的。为了安装和加工便利，优选地，外活塞4与外活塞杆6、内活塞10与内活塞杆5可以形成为分体结构，即形成为两个独立构件，这样，外活塞4通过外活塞锁紧螺母3固定于外活塞杆6的内端端部的外周面上。外，内活塞10通过内活塞锁紧螺母8固定于内活塞杆5的第二端端部的外周面上。此外，在设置活塞的时候，一般需要采用油缸领域常用的密封技术，在外活塞4和内活塞10在外周面上设置一道或多道密封圈，以形成上述的密封性接触且能够相对滑动。
47.通过上述实施方式可以看出，由于本实用新型需要提高受拉载荷，在承受较大拉伸载荷的工况下，缸底1受外部负载和内部液压作用力较大，为了满足需求，缸底1要求的强度较高，且为了保证受力均匀，优选地，缸底1可以形成为一体式活塞形缸底，或者该缸底为固定于所述缸体2底部的活塞形缸底部。此处活塞形底部，即类似或参照活塞形状、具有平整受力作用面和厚度的缸底。
48.另外，尽管在上述基本实施方式中没有说明，但对于油缸是常见的，缸体2的侧壁上一般形成有与外缸无杆腔a连通的外缸无杆腔油口h1以及与外缸有杆腔b连通的外缸有杆腔油口h3。这主要是连接油缸伸缩控制油路的油口，一般伸出工况下，外缸无杆腔油口h1进油，外缸有杆腔油口h3回油；在缩回工况下，外缸无杆腔油口h1回油，外缸有杆腔油口h3进油。
49.参见图2，为了便于工程机械进行实际应用，本实用新型的阻尼式油缸需要连接到工程机械的相关工作机构上，为此，典型地，外活塞杆6的伸出端和缸体2的外端面可以分别设有铰接座。这种铰接座一般用于与工程机械的支撑结构和工作机构分别进行铰接。
50.具体选择地，上述内缸无杆腔油孔h4可以形成在外活塞杆6的伸出端端面上，这种优选形成位置可以确保内缸无杆腔油孔h4始终与大气连通，并且加工便利。
51.此外，典型地，缸体2的缸盖部一般包括导向套7，导向套7一般封闭缸体2与缸底1相对的一端，并具有供外活塞杆6密封性且能够相对滑动地伸出的导向孔。
52.通过活塞杆的压杆试验和稳定性、拉伸载荷设计计算，作为一种尤其优选技术方案，本实用新型的外活塞杆6与内活塞杆10的壁厚一般要经过受压稳定校核设计，具有工程上的承压稳定性要求，具体地，所述外活塞杆6与所述内活塞杆各自的壁厚形成为承压稳定壁厚结构。
53.在满足上述稳定性的情况下，外活塞杆6的外径d1、外活塞杆的内径dc、内活塞杆5的直径d1缸体2的外径d、活塞形缸底的外径da、缸体2的内径db根据使用场合要求进行选择和匹配即可。
54.在本实用新型上述阻尼式油缸的技术方案基础上，本实用新型还提供一种工程机械，该工程机械设有上述任一实施方式的阻尼式油缸。
55.具体选择地，上述工程机械可以为移动式塔机，该移动式塔机的起重臂与塔身之间铰接有所述阻尼式油缸，其中缸底1与外活塞杆6的伸出端中的一者铰接于起重臂，另一者铰接于所述塔身。在这种移动式塔机中，由于塔身与起重臂之间铰接有本实用新型的阻尼式油缸，其不仅能够承受压力载荷，而且能够承受拉力载荷，这样当塔机发生断绳等极端工况、起重臂瞬间上扬时，由于本实用新型的阻尼式油缸能够承受较大的拉伸载荷，其通过自身有杆腔(含外缸有杆腔b和内缸有杆腔c)的综合液压作用面积，能够有效地提供阻尼式的液压作用力，从而衰减起重臂上扬的动能，相对有效地保证极端工况下塔机的安全性。
56.以上按照层次递进的方式描述了本实用新型阻尼式油缸的各个实施方式，以下参照图2描述本实用新型相对全面的最优实施方式的阻尼式油缸的工作过程。
57.外缸无杆腔油口h1和外缸有杆腔油口h3液路连接于油缸伸缩控制油路，从而能够根据需要接通压力油或油箱，内缸无杆腔油孔h4则常态时地接通大气或油箱。
58.当外缸无杆腔油口h1进油时，外缸无杆腔a进油，压力油作用在外缸无杆腔油压作用面积sa上，推动外活塞杆6向右伸出；外缸有杆腔b通过外缸有杆腔油口h3回油，并且内缸有杆腔c经由内缸有杆腔油孔向外缸有杆腔b排油，进而同样通过外缸有杆腔油口h3排出液压油，进入油箱。
59.当外缸有杆腔油口h3进油时，液压油进入外缸有杆腔b，压力油作用在外缸有杆腔油压作用面积sb上，推动外活塞4带动外活塞杆6缩回；与此同时，压力油通过内缸有杆腔油孔h2进入内缸有杆腔c，压力油作用在内缸有杆腔油压作用面积sc上，由于内活塞杆8机械刚性连接到缸底1上，不会发生运动，因此只能够推动外活塞杆6缩回。
60.由此工作过程可知，本实用新型采用空心活塞杆结构，在油缸活塞杆缩回时，压力油分别作用在外缸有杆腔油压作用面积sb和内缸有杆腔油压作用面积sc上，这实质增大了活塞杆承受拉伸载荷的面积，降低了拉应力，能够有效地承受更大的拉载荷。
61.从上述相对全面的最优实施方式可以看出，本实用新型的关键技术构思主要在于：第一，本实用新型独创性采用空心活塞杆结构，有效增大了活塞杆的有效承载面积和活塞杆截面惯性矩；第二，由于材料抗拉能力远强于失稳稳定性能力，根据设计规范抗拉安全系数一般为1.8，而活塞杆弯曲稳定性的安全系数为3.5～6，因此本实用新型可以设计较小的外活塞杆的直径d1和内活塞杆直径d1，这可以有效降低油缸的外径。第三，本实用新型的技术方案中，外缸无杆腔油口h1和外缸有杆腔油口h3为工作油口，内缸无杆腔油孔h2为辅助油口通大气或接油箱，保持油压为0。当外缸无杆腔油口h1通压力油时，由于内活塞杆5直径d1较小，其仅需满足拉伸强度要求，因此油缸推力影响小，同时内活塞杆5的壁厚可以增大，以提高油缸抗压失稳的能力。当外缸有杆腔油口h3通压力油时，内、外活塞杆仅承受拉伸载荷。由于内缸无杆腔油孔h2为辅助油口，其直接连通大气或接油箱，这保证内活塞杆工作时主要承受拉伸载荷。
62.综上可以看出，本实用新型优点在于：
63.通过上述技术方案，本实用新型的阻尼式油缸，具有如下优点：
64.第一，本实用新型由于将外活塞杆6成型为空心活塞杆，在油缸内部通过该空心活塞杆形成了一个内油缸，并使得外缸有杆腔b与内缸有杆腔c之间相互连通，这增大了油缸有杆腔承压面积，在不明显增大油缸尺寸的情形下，有效提高了油缸承受拉伸载荷的能力。
65.第二，本实用新型内活塞杆5的第一端与缸底刚性固定，而内缸无杆腔油孔h4则用于连通油箱或接大气(即油压为0)，因此工作时无需考虑内活塞杆受压应力失稳等问题，这样可以将内活塞杆5尺寸设计为较小值，只需满足拉应力的要求即可，这更加有效地节省了材料，精简了油缸内部构件的尺寸。具体地，本实用新型在外活塞杆内腔直径d1不变的情况下，如上所述，可以将内活塞杆直径d1较小，这加大了内缸有杆腔油压作用面积，能够充分利用内活塞杆提高受拉承载能力。也就是说，内活塞杆5采用小直径，外活塞杆直径大，既保证了油缸承压能力，材料利用率又比较高。
66.第三，本实用新型的外缸无杆腔油口h1和外缸有杆腔油口h3可以在缸体表面直接加工，同样地，内缸有杆腔油孔h2和内缸无杆腔油孔h4也可以在内活塞杆进出油口也可以在外活塞杆的外表面直接加工，不需加工长孔等复杂孔，并且可以采用分体加工的活塞安装结构，加工工艺性好，且装配工艺性良好。
67.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。例如，缸底1可与缸体2焊接一体；再如，可在缸底采用锁紧螺母将内活塞杆5固定于缸底；又如，活塞可以与活塞杆制作成一体；取消锁紧螺母8等。
68.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
69.此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。