一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法与流程

本发明属于液压装置，具体涉及一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法。

背景技术：

1、目前液压缸的活塞和活塞杆一起作高速往复运动，同时还要承受较大的侧向力，使得活塞、活塞杆与液压缸缸壁及密封结构的摩擦加剧，液压系统外泄漏量增加，导致活塞和活塞杆产生径向变形，影响液压缸的使用寿命。

2、相关技术中，一般通过加强活塞、导向套密封，增加缸筒壁厚等措施来使普通结构的液压缸具有一定的抗侧向力的能力，但也只能抗较小的侧向力，具有较大局限性。

3、现有的申请号为202111101434.7，专利名称为一种抗侧向力的液压缸，虽然解决了抗侧向力的问题，但是还存在如下问题：1.结构复杂，为多级缸结构，通用性不强；2. 在承受百吨级的大负载侧向力工况下，这种多级缸结构，外套筒、内套筒易因侧向力导致的变形，进而导致卡滞无法正常工作；3.结构复杂，在液压缸本体基础上增加了较多零部件，成本较高，不便于装配、维修更换。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，重点解决了：①、承受百吨级大侧向力工况下，液压缸结构可靠性问题；②、承受百吨级大侧向力工况下，密封系统可靠性问题；③、该类液压缸的密封系统的设计方法问题，该结构合理，功能完善，可制造性好，通用性较强，对于其他类似产品设计具有借鉴意义。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，重型液压缸包括：缸筒、螺母、活塞、活塞密封系统、活塞杆、导向套、导向套密封系统，所述活塞通过活塞密封系统滑动安装在缸筒中，活塞杆通过导向套安装在缸筒中，所述活塞杆的一端部导向套、活塞，并通过螺母固定活塞上，导向套密封系统设置在导向套与活塞杆之间；重型液压缸的设计方法包括：

3、步骤一、缸筒的壁厚s设计：（1）计算油压作用工况下的理论计算壁厚s1；（2）液压缸全伸出工况下，计算出侧向力作用工况下的理论计算壁厚s2 ；

4、步骤二、活塞密封系统对缸筒的挤压力计算；

5、步骤三、活塞密封系统的选择；活塞密封系统由多道孔用支承环、2道无杆腔孔用斯特封、2道格莱圈、1道有杆腔孔用斯特封组成；

6、步骤四、导向套为分体式导向套结构，由前导向套、后导向套组成，前导向套设置在缸筒中，后导向套固定在缸筒端部，并将前导向套顶装在缸筒中；

7、步骤五、导向套密封系统的选择；导向套密封系统由多道轴用支承环、2道轴用斯特封、1道单唇口轴用y圈、1道带正、反向双唇口的防尘圈组成。

8、进一步的，步骤一缸筒的壁厚s设计：

9、液压缸最大工作压力、缸径、材料机械性能及设计安全系数确定出s1；

10、液压缸全伸出工况下，外部负载侧向力f1作用在活塞杆外露端端部，以导向套中的支承环构成的导向套密封系统的轴向尺寸l2中间点为杠杆的支点，撬动活塞杆旋转，活塞杆上安装的活塞对相应缸体承载部位形成挤压，并作用在活塞密封系统的轴向宽度尺寸l1范围内；该挤压力f2’、活塞密封系统的轴向宽度尺寸l1、材料机械性能及设计安全系数确定出s2，s2 为侧向力作用工况下的理论计算壁厚，s1，s2的较大值即可确定为缸筒的最终壁厚s。

11、进一步的，所述步骤二活塞密封系统对缸筒的挤压力f2’按照杠杆原理公式计算：f2×l3=f1×l4，f2=f1×f2/ l3，序1缸筒对活塞密封系统的反作用力f2=活塞密封系统对序1缸筒的挤压力 f2’。

12、进一步的，所述步骤三中采用多道孔用支承环组成活塞密封系统，主要承受因活塞密封系统对缸筒的挤压力f2’导致的缸筒对活塞密封系统的反作用力f2，活塞密封系统的轴向宽度尺寸l1由孔用支承环的总宽度t1决定，t1为每道孔用支承环的宽度t1×孔用支承环的数量，孔用支承环的总宽度t1按照如下公式计算：t1= (f2’×n)/(d×pr)，n:安全系数；d：液压缸缸径；pr:支承环许用应力。

13、进一步的，所述步骤三中采用2道无杆腔孔用斯特封、1道格莱圈对无杆腔起到主要密封和保压作用，每道密封之间间隔1道孔用支承环布置。

14、进一步的，所述步骤五中因缸筒对活塞密封系统的反作用力f2和外部负载侧向力f1共同作用在活塞杆上，活塞杆对导向套产生侧向力f3，作用在导向套密封系统上，导向套密封系统的轴向宽度尺寸l2由轴用支承环的总宽度t2决定，t2为每道轴用支承环的宽度t2×轴用支承环的数量，轴用支承环的总宽度t2按照如下公式计算：t2=(f3×n)/( d×pr)，n:安全系数；d：液压缸杆径；pr:支承环许用应力。

15、进一步的，所述步骤五中2道轴用斯特封、1道单唇口轴用y圈对活塞杆起到主要密封和保压作用，每道密封之间间隔1到2道轴用支承环布置。

16、进一步的，所述步骤四中前导向套和后导向套沿着圆周方向对称对称布置多个通油孔和通油槽。

17、本发明的有益效果是：本方法设计出的液压缸结构简单，便于装配、维修更换，可保证液压缸在承受百吨级的大负载侧向力工况下的液压缸结构、密封系统的可靠性，并提供了该类液压缸的密封系统的设计方法，该结构合理，功能完善，可制造性好，通用性较强，对于其他类似产品设计具有借鉴意义。

技术特征：

1.一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，重型液压缸包括：缸筒、螺母、活塞、活塞密封系统、活塞杆、导向套、导向套密封系统，所述活塞通过活塞密封系统滑动安装在缸筒中，活塞杆通过导向套安装在缸筒中，所述活塞杆的一端部导向套、活塞，并通过螺母固定活塞上，导向套密封系统设置在导向套与活塞杆之间；重型液压缸的设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，步骤一缸筒的壁厚s设计：

3.根据权利要求2所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，所述步骤二活塞密封系统对缸筒的挤压力f2’按照杠杆原理公式计算：f2×l3=f1×l4，f2=f1×f2/ l3，序1缸筒对活塞密封系统的反作用力f2=活塞密封系统对序1缸筒的挤压力f2’。

4.根据权利要求3所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，所述步骤三中采用多道孔用支承环组成活塞密封系统，主要承受因活塞密封系统对缸筒的挤压力f2’导致的缸筒对活塞密封系统的反作用力f2，活塞密封系统的轴向宽度尺寸l1由孔用支承环的总宽度t1决定，t1为每道孔用支承环的宽度t1×孔用支承环的数量，孔用支承环的总宽度t1按照如下公式计算：t1= (f2’×n)/(d×pr)，n:安全系数；d：液压缸缸径；pr:支承环许用应力。

5.根据权利要求3所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，所述步骤三中采用2道无杆腔孔用斯特封、1道格莱圈对无杆腔起到主要密封和保压作用，每道密封之间间隔1道孔用支承环布置。

6.根据权利要求2所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，所述步骤五中因缸筒对活塞密封系统的反作用力f2和外部负载侧向力f1共同作用在活塞杆上，活塞杆对导向套产生侧向力f3，作用在导向套密封系统上，导向套密封系统的轴向宽度尺寸l2由轴用支承环的总宽度t2决定，t2为每道轴用支承环的宽度t2×轴用支承环的数量，轴用支承环的总宽度t2按照如下公式计算：t2=(f3×n)/( d×pr)，n:安全系数；d：液压缸杆径；pr:支承环许用应力。

7.根据权利要求6所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，所述步骤五中2道轴用斯特封、1道单唇口轴用y圈对活塞杆起到主要密封和保压作用，每道密封之间间隔1到2道轴用支承环布置。

8.根据权利要求1所述的一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，其特征在于，所述步骤四中前导向套和后导向套沿着圆周方向对称对称布置多个通油孔和通油槽。

技术总结
本发明公开一种可承受大侧向力的重型液压缸的设计方法，重型液压缸包括：缸筒、螺母、活塞、活塞密封系统、活塞杆、导向套、导向套密封系统，所述活塞通过活塞密封系统滑动安装在缸筒中，活塞杆通过导向套安装在缸筒中，所述活塞杆的一端部导向套、活塞，并通过螺母固定活塞上，导向套密封系统设置在导向套与活塞杆之间；通过该方法设计出的重型液压缸，结构合理，功能完善，可制造性好，通用性较强，对于其他类似产品设计具有借鉴意义。

技术研发人员：张强,文竞雄,郭彦斌,杨旭伟,褚金虎,孙朗朗,马军杰
受保护的技术使用者：徐州徐工液压件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16