专利名称：具有内置自由活塞的液压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压装置的改进，其具有用于分隔液体和气体的内置自由活塞。
背景技术：
蓄能器或单管液压阻尼器例如具有封闭在气缸或壳体内自由滑动以便分隔液体腔和气体腔的自由活塞。
在蓄能器中，在液体系统中的液体体积的温度改变通过气缸中的自由活塞的轴向位移得以补偿，以便增加液体腔的容量同时减小气体腔的容量，或者反之亦然。
在液压阻尼器中，由于活塞杆的拉伸和收缩造成的液体腔的容量改变也通过气缸中的自由活塞的轴向位移得以补偿。
分隔液体腔和气体腔的自由活塞一般在其外周上提供有诸如O形圈之类的密封部件。该密封部件布置成在预定接触压力下与气缸的内周相接触。
当自由活塞在气缸中轴向滑动时，在密封部件和气缸的内周之间产生摩擦，并且自由活塞不开始滑动，直到在液体腔和气体腔之间的差值压力超过在密封部件和气缸的内周之间的摩擦阻力为止。自由活塞的该操作特征会带来具有内置自由活塞的液压装置的响应和可靠性的不好效果。具体地说在液压阻尼器中，自由活塞的该特征会导致不稳定的阻尼特征。
发明内容
为了解决在具有内置自由活塞的液压设备中产生的以上问题，2004年由日本专利局公开的JP2004-011864A提出一种由软外壳覆盖的空心自由活塞。
根据该现有技术，即使在自由活塞和气缸的内周之间的摩擦阻力防止自由活塞滑动，由于该软外壳没有延迟地膨胀或收缩，液体腔的容量改变能够以良好的响应性得以补偿。
具有高弹性的橡胶用于软外壳的材料。已知橡胶渐渐透过气体，并且长时间后气体腔中的气体能够渗入液体腔。
因此本发明的目的在于解决自由活塞中固有的相应问题，同时防止气体从气体腔渗入液体腔。
为了获得以上目的，该发明提供一种液压设备，其包括圆柱壳体和容纳在该壳体中自由轴向滑动的自由活塞。该自由活塞从液体腔分隔出气体腔并且包括金属风箱，该金属风箱根据在气体腔和液体腔之间的压力平衡拉伸和收缩以便改变气体腔的容量和液体腔的容量比率，以及包括防止金属风箱拉伸超出预定长度的止块。
本发明的细节以及其它特征和优点在说明书的剩余部分阐述并且在附图中示出。
图1是根据本发明液压阻尼器的纵向截面图。
图2是根据本发明的自由活塞的纵向截面图。
具体实施例方式
参照附图中的图1，液压阻尼器包括构成壳体的气缸1、容纳在气缸1内的自由活塞2、容纳在气缸1内在自由活塞2以上的活塞10、以及固定到活塞10上并且从气缸1向上伸出的活塞杆11。自由活塞2和活塞10分别被支撑以便在气缸1的内周上自由的轴向滑动。
杆导向器12固定到气缸1的上端。该杆导向器12在轴向上引导活塞杆11，同时闭合气缸1。在杆导向器12中提供用于支撑活塞杆11的轴承13和与活塞杆11相接触的密封部件14。通过杆导向器12和活塞10防止活塞杆11相对于气缸1摆动。
在气缸1内的空间由自由活塞2分隔成下部气体腔G和上部液体腔R。该液体腔R进一步由活塞10分隔成下部第一操作腔R1和上部第二操作腔R2。第一操作腔R1和第二操作腔R2充满工作油。该活塞提供有引起第一和第二操作腔R1、R2彼此相通的孔10A。该孔10A在处于第一和第二操作腔R1、R2之间的油流上施加压力损失。作为提供孔的替代，也能够提供施加类似效果的任何阻尼机构，例如安全阀。
参照图2，自由活塞2包括在气缸1的内周上滑动的空心主体3，装配到主体3的上端以便覆盖主体3的空心部分的金属风箱4，以及限制金属风箱4的拉伸超过预定长度的止块8。
主体3的上端已经减少了直径并且构成阶梯3a。
金属风险4包括拉伸/收缩部分5、固定到拉伸/收缩部分5的顶端的顶部6以及与拉伸/收缩部分5的下端连续形成的底座部分7。底座部分7装配到阶梯3a的外周上。
止块8为覆盖金属风箱4的帽形。止块8的底座装配到金属风箱4的底座部分7的外周上。底座部分7和止块8的底座均通过焊接等固定到阶梯3a上。
为了牢固地将金属风箱4紧固到主体3上，底座部分7优选具有由止块8和阶梯3a夹持的凸缘7a。凸缘7a帮助防止金属风箱4从主体3脱落，但是只要底座部分7能够牢固地紧固在止块8的内周和阶梯3a的内周之间以便不从主体3脱落，则可以省略凸缘7a。也能够通过按压配合而不是焊接将底座部分7和止块8固定到阶梯3a上。然而通过焊接，气体腔G和液体腔R更完全地被分隔，并且能够更可靠地分隔气体和液体。
连通孔8a在止块8的上端表面的中心中形成，藉此止块8的内部空间和外部空间彼此连通。连通孔8a的直径设定得比金属风箱4的直径小，藉此当金属风箱4完全拉伸时通过顶部6闭合连通孔8a。也能够在止块8的上端表面提供多个孔而不是单个连通孔8a。
环形沟槽3b在自由活塞2的主体3的外周上形成。在气缸1的内周上滑动的O形圈9装入环形沟槽3b内。
根据以上构造，第二操作腔R2和气体腔G由金属风箱4进行分隔。由于金属风箱4不允许气体透过，第二操作腔R2和气体腔G长时间彼此完全隔离。也通过焊接固定到主体3上的金属风箱4在宽范围的温度或高压下保持高度的不透气性。因此，液压阻尼器能够设计成产生高的阻尼力。由于自由活塞2除了O形圈9之外的所有部件都由金属制成并且部件到主体3上的装配能够比现有技术更容易地执行，其中软外壳紧固到自由活塞上，自由活塞2易于建造并且其制造成本也低。
金属风箱4在其最大拉伸状态和其最大收缩状态之间的容量差值在自由活塞2的位移之前使用，以便补偿液体腔R的容量改变，其中在上述最大拉伸状态中止块8防止金属风箱4的进一步拉伸。该容量差值预先设定为等于或大于活塞杆11进入气缸1的最大插入体积。
当液压阻尼器拉伸和收缩时，活塞10在气缸1中移动，通过孔10A在第一操作腔R1和第二操作腔R2之间移动的工作油遭受压力损失，并且对应于压力损失的阻尼力在阻尼器中产生。
当液压阻尼器拉伸和收缩时，活塞杆11从气缸1伸出或者插入气缸1内并且引起液体腔R的容量改变。这种容量改变主要通过金属箱4的拉伸/收缩得以补偿。
当自由活塞2在气缸1中移动时，摩擦力在与自由活塞2的位移相反的方向上作用在O形圈9和气缸1的内周之间。因此，只要作用在自由活塞2上的差值压力小于摩擦力，自由活塞2就不移动。
相反，金属风箱4的拉伸/收缩部分5对应于在第二操作腔R2和气体腔G之间的压力平衡中的微小改变而快速变形。该变形导致顶部6的位移，该顶部6是在两个腔R2、G之间的边界。因此，两个腔R2、G的容量平滑无延迟地改变，使得即使由于作用在O形圈9和气缸1的内周之间的摩擦力而防止自由活塞2移动，在这些腔中的压力也会再次平衡。该特征为用于阻尼液压阻尼器的微小振动的阻尼性能带来良好效果。该金属风箱4也根据温度的改变补偿在这些腔中压力的改变。
如此时所述，金属风箱4在其最大拉伸状态和其最大收缩状态之间的容量差值设定得等于或大于活塞杆11进入气缸1的最大插入体积，并因此由于活塞10的位移而产生的液体腔R的容量改变通过金属风箱4的拉伸或收缩而基本上得以补偿。因此，自由活塞的O形圈9不频繁地在气缸的内周上滑动，并因此由于O形圈9的滑动而防止气体和液体的混合。
然而，当液压阻尼器拉伸到最大拉伸位置时，拉伸的金属风箱4可以依赖于温度状况与该止块8进行接触。在该情况中，自由活塞2能够在图中向上移动以平衡在气体腔G和液体腔R之间的压力。当由于金属风箱4的拉伸而使得较大张力施加在金属风箱4的拉伸/收缩部分5上时，会在拉伸/收缩部分5中形成裂纹。在该液压阻尼器中，由于止块8防止金属箱4拉伸超出预定距离，防止了对拉伸/收缩部分5的破坏并且确保了液压阻尼器的耐用性和可靠性。
当金属风箱4与止块8进行接触时，顶部6闭合连通孔8a。马上在金属风箱4与止块8进行接触之前，其横截面流动面积由邻近的顶部6变窄的连通孔8a用作相对于从止块8的内部到外部通过连通孔8a的液体流的孔。
这种现象产生抵靠金属风箱4的拉伸作用的阻尼力。该阻尼力防止在金属风箱4和止块8之间的碰撞，并且增加液压阻尼器的耐用性和可靠性。
当液压阻尼器收缩到收缩极限时，金属风箱4也收缩很大量。在某些情况中，依赖于温度状况，金属风箱4的收缩不会能够维持气体腔G和液体腔R的压力平衡。在这些情况中，自由活塞2能够向下移动，藉此在两个腔G、R中的压力平衡。
通过在主体3以上或者在主体3的液体腔侧上布置金属风箱4，比金属风箱4布置在主体3以下或者在主体3的气体腔侧上的情况能够确保在气体腔G中的更大容量。换句话，对于相同容量的气体腔G来说，在前面的情况中自由活塞2的位移位置低于后面的情况，并因此根据前面的情况，活塞10的有效行程更长并且液压阻尼器的整个长度能够比后面的情况更短。然而应当指出将金属风箱布置在主体3以上不是本发明的不可缺少的特征。即使在布置在主体3以下的情况中，根据本发明液体腔R的容量改变也通过良好的响应性而得以补偿。
在日本于2005年2月16日申请的专利2005-038643的内容在此引入作为参考。
尽管已经参照本发明的某些实施例描述了本发明，但是本发明也不限于上述实施例。在权利要求的范围内，本领域技术人员会进行上述实施例的修改和改变。
例如，在上述实施例中，金属风箱4设计成具有能够补偿对应于活塞杆11进入气缸1内的最大插入体积的液体腔R的容量改变的容量。然而能够设定金属风箱4的容量更小，藉此仅仅由于活塞10的小位移而造成的液体腔R的容量改变通过金属风箱4的拉伸或收缩而得以补偿，并且相对于活塞10的更大位移，液体腔R的容量改变通过自由活塞2的位移而得以补偿。在该情况中，虽然使用小容量的金属风箱也获得吸收微小振动的良好效果。
在以上实施例中，本发明应用到单管液压阻尼器，但是该发明能够应用到提供有用于分隔气体和液体的自由活塞的任何液压设备，例如蓄能器。
其中要求了专有所有权或特权的该发明的实施例限定如下
权利要求
1.一种液压设备，其包括圆柱壳体(1)；以及容纳在该壳体中以便自由轴向滑动的自由活塞(2)，该自由活塞(2)从液体腔(R)分隔出气体腔(G)并且包括金属风箱(4)，该金属风箱(4)根据在气体腔(G)和液体腔(R)之间的压力平衡拉伸和收缩，以便改变气体腔(G)的容量和液体腔(R)的容量比率，以及防止金属风箱(4)拉伸超出预定长度的止块(8)。
2.如权利要求1所述的液压设备，其中自由活塞(2)进一步包括与壳体(1)的内周相接触的空心主体(3)，金属风箱(4)具有紧固到主体(3)端部上的开口端，并且止块(8)包括固定到主体(3)上并且覆盖金属风箱(4)的帽形部件，该帽形部件具有允许在帽形部件的内部和外部之间连通的连通孔(8a)。
3.如权利要求2所述的液压设备，其中主体(3)包括与壳体(1)的内周相接触的O形圈(9)。
4.如权利要求2所述的液压设备，其中帽形部件构造成通过在拉伸中与金属风箱(4)的物理接触而防止金属风箱(4)拉伸超出预定长度。
5.如权利要求4所述的液压设备，其中连通孔(8a)构造成使得当金属风箱(4)靠近帽形部件时连通孔(8a)的横截面面积减小。
6.如权利要求2所述的液压设备，其中金属风箱(4)相对于主体(3)布置在与液体腔(R)相同侧上。
7.如权利要求1到6中任一项所述的液压设备，其中该液压设备包括液压阻尼器，该液压阻尼器包括在壳体(1)中往复运动并且将液体腔(R)分隔成第一操作腔(R1)和第二操作腔(R2)的活塞(10)，以及固定到活塞(10)上并且从壳体(1)向外伸出的活塞杆(11)。
8.如权利要求7所述的液压设备，其中金属风箱(4)构造成具有能够补偿在活塞(10)处于最大拉伸位置的状态中液体腔(R)的容量和在活塞(10)处于最大收缩位置的状态中液体腔(R)的容量之间的差值的容量。
全文摘要
通过在液压阻尼器的气缸(1)中的自由活塞(2)分隔气体腔(G)和液体腔(R)。该自由活塞(2)包括空心主体(3)、根据在气体腔(G)和液体腔(R)之间的压力平衡拉伸和收缩的金属风箱(4)、以及防止金属风箱(4)拉伸超出预定长度的止块(8)。通过金属风箱(4)的拉伸或收缩而补偿由气缸(1)中的活塞(10)的位移引起的液体腔(R)的容量改变，防止该阻尼器的阻尼特征由于作用在自由活塞(2)上的摩擦力而变得不稳定。止块(8)防止过度的应力施加到金属风箱(4)上。
文档编号F16F9/06GK1821585SQ200610009018
公开日2006年8月23日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年2月16日
发明者小岛茂, 马场友彦 申请人:萱场工业株式会社