将活塞连接到缸的活塞杆的设备和方法

将活塞连接到缸的活塞杆的设备和方法
【专利摘要】本发明公开的实施例包括液压缸组件(200；300)和用于液压缸组件内的活塞组件(205)。杆(210；310)连接到活塞(200；300)。杆具有第一部分、其横截面积小于第一部分的横截面积的第二部分、和位于第一部分和第二部分之间的第三部分。第三部分具有在第一部分的横截面积和第二部分的横截面积之间过渡的横截面积。轴环(225；325)的尺寸形成为通过接合杆的第三部分的内特征来装在杆上。紧固件(235；335)保持活塞抵靠轴环，并且在活塞上提供夹紧力。
【专利说明】将活塞连接到缸的活塞杆的设备和方法

【技术领域】
[0001]公开的实施例涉及液压缸，例如使用在动力机器机器上的各类液压缸。

【背景技术】
[0002]诸如滑移装运机、挖掘机、多用途运载车等的动力机器通常地利用液压缸作为致动器用于抬升和降低提升臂。对于这种应用，液压缸经常被称为提升缸。一些动力机器还利用液压缸来相对于动力机器的连接工具的部分倾斜或旋转连接的工具。例如，可以通过连接到工具的液压缸或连接工具的工具支架来控制铲斗工具或平铲工具的取向。对于该应用，液压缸经常被称为摆缸。
[0003]用于动力机器和用于其它用途的类型的液压缸具有成管或桶的形式的缸体，缸体用能够在腔中移动的活塞限定腔，通过腔内的液压流体在活塞的两侧的进入和排出来控制活塞的位置。杆或柄连接到活塞，并且活塞在缸体中的运动促使杆伸到缸体外和缩回缸体内。每个缸体和杆上的连接特征允许液压缸连接到例如机架和提升臂(或提升臂和工具支架)，使得活塞的运动并且通过延伸带来的杆的运动促使一个主体(即提升臂)相对于另一个主体(即机架)运动。
[0004]在现有的设计中，气缸的活塞杆包括延伸通过活塞并且经由紧固件固定到活塞的柄部分。图1图示了现有技术中的液压缸的部分剖视图。杆在柄部分的起始端处具有肩部，肩部吸收通过将紧固件固定到杆施加到活塞的夹紧载荷。
[0005]该装置提供非常小的表面积以吸收夹紧载荷，这限制了可以施加到活塞的夹紧载荷的大小。增加肩部的表面积以允许以柄的宽度为代价获得增加的夹紧载荷，从而使柄容易屈服。
[0006]以上讨论仅提供了大致的【背景技术】信息，并且不旨在用作确定要求保护的主题的范围的辅助手段。


【发明内容】

[0007]公开的实施例包括液压缸和用于液压缸的活塞组件。在一个实施例中，公开了液压缸组件。液压缸组件包括限定腔的缸体和位于腔内并且能够在腔内移动的活塞。组件进一步包括杆，杆具有第一部分、横截面积小于第一部分的横截面积的第二部分和位于第一部分和第二部分之间的第三部分。第三部分具有在第一部分的横截面积和第二部分的横截面积之间过渡的横截面积。轴环的尺寸形成为配合在杆上。轴环具有用于接合杆的第三部分的内特征。紧固件保持活塞紧靠轴环并且在活塞上施加夹紧力。
[0008]在另一实施例中，公开了用于与提供腔的液压缸一起使用的活塞组件。活塞组件包括可以位于液压缸的腔内的活塞和连接到活塞的杆，使得随着活塞在腔内移动时，杆可进入液压缸内并且可从液压缸缩回。杆包括具有第一直径的主部分、具有小于第一直径的第二直径的柄和在主部分和柄之间的锥形部分。轴环的尺寸形成为装配在柄上。轴环具有被构造成用于与杆的锥形部分接合的锥形内表面。紧固件保持活塞紧靠轴环，并且在活塞上施加夹紧力。
[0009]本
【发明内容】
和摘要被提供以简化形式介绍对在下文的【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。该
【发明内容】
不旨在识别要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用作确定要求保护的主题的范围的辅助手段。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是现有技术中用于动力机器的类型的液压缸的部分剖视图。
[0011]图2是可以应用根据图示的实施例的液压缸的代表性动力机器的侧视图。
[0012]图3图示了根据第一说明性实施例的液压缸的剖视图。
[0013]图4是图3示出的液压缸的一部分的放大视图，示出了活塞和与活塞杆接合的相关联的轴环。
[0014]图5图示了液压缸的一部分，示出了活塞和与根据第二说明性实施例的活塞杆接合的轴环。
[0015]图6是图示一种将活塞连接至活塞杆的示例性方法的流程图。

【具体实施方式】
[0016]下文讨论的概念在它们的应用中不被限制到在以下描述中阐述的或在以下附图中图示的构造的细节和构件的布置。而是，通过本文中阐述的、被用于介绍和解释概念的说明性实施例，可以以各种其它的方式实践或执行这些概念。本文中使用的术语用于描述，并且不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包括”或“具有”和其变化的使用意味着包括随后列出的项目和其等同物以及额外的项目。
[0017]图2是可以采用公开的液压缸的多个实施例的典型的动力机器100的侧视图。图2示出的动力机器100是成滑行架装运机(skidloader)形式的作业车辆，但是诸如履带式装运机、包括全导向轮装运机的导向轮装运机、挖掘机和多用途运载车(仅列举了一些示例)的其它类型的作业车辆也可以使用公开的液压缸的实施例。另外，所公开的实施例的液压缸可以被用于动力机器以外的用途。
[0018]动力机器100包括支撑动力源104的支撑机架或主机架102，动力源104在一些实施例中是内燃机。控制系统106可操作地连接到动力源104。作为示例，控制系统106接收操作者的输入和来自动力源104的动力，以将被接收的动力转化成操作动力机器的功能构件的信号。在一些实施例中，诸如图2中的动力机器100，控制系统106包括诸如一个或多个液压泵的液压构件和阀构件，液压构件被构造成用于向各种致动器提供加压液压流体，作为示例，阀构件用于控制液压流体流向用于控制动力机器100的功能构件的一些或全部致动器的流动/流量。其它类型的控制系统也可以想到。例如，控制系统106可以包括用以生成传递给电动致动器的电控制信号的电发生器等。为了简单起见，本文中公开的致动器被称为液压致动器或电动液压致动器，但是在一些实施例中可以使用其它类型的致动器。然而，用于动力机器100的致动器的至少部分是根据下文描述的公开实施例的液压缸致动器。
[0019]牵引元件108可操作地连接到机架，并且可由控制系统106控制以在支撑表面之上选择性地推进动力机器100。图2示出了成轮子形式的一对牵引元件108。动力机器100具有设置在机架102的相对侧的一对类似的轮子。其它的实施例可以具有其它的牵引元件，诸如履带或不同数量的轮子。例如，一些实施例在给定的动力机器的每侧包括三个轮子或更多轮子。
[0020]动力机器100还包括能够相对于机架102被抬升和降低的提升臂组件114。作为示例，提升臂组件114包括在连接点118处可枢转地连接到机架102的提升臂116。在示例性实施例中的致动器120是构造成用于接收来自控制系统106的加压流体的液压缸，致动器120分别在附件点122和124处可枢转地连接到机架102和提升臂116。提升臂116是可以连接到动力机器100的典型的提升臂。应该认识到，图2示出的提升臂组件114包括设置在动力机器100的相对侧的第二提升臂和致动器，但是两者都不在图2中示出。应该进一步认识到，在没有脱离目前的讨论范围的情况下，具有不同的几何形状和结构的其它提升臂组件可以连接到动力机器100并且利用液压缸。
[0021]工具支架130可在连接点132处枢转地连接到提升臂116。诸如图2示出的液压倾斜致动器136的一个或多个致动器可枢转地连接到工具支架130和提升臂组件114，以响应操作者输入，促使工具支架在动力下围绕延伸通过连接点132的轴线旋转。在一些实施例中，可枢转地连接到工具支架和提升臂组件的一个或多个致动器是能够接收来自控制系统106的加压液压流体的液压缸。工具支架130被构造成用于在需要完成具体的工作任务时接收多个不同的工具中的任一个并且将其固定到动力机器。动力机器100响应操作者输入提供可以连接到工具的动力源134和控制信号以控制工具的各种功能。某些动力机器没有工具支架，替代地，将工具直接地连接到提升臂。在该动力机器中，液压倾斜致动器连接到工具或固定到工具或连接到工具的安装结构。
[0022]作为示例，动力机器100还包括由机架102支撑的驾驶室140。驾驶室140至少部分地限定操作者室142。操作者室142通常地包括操作者座位(未示出)和可以从座位的就座位置访问的操作者输入装置(图2未示出)。当操作者正常地坐在操作者室中时，操作者可以操纵操作者输入装置以控制以下功能，如驱动动力机器100、抬升和降低提升臂组件114、围绕提升臂组件114旋转工具支架130，以及在源134处产生可用的动力和控制信号给工具。作为示例，在源134处提供的信号包括电信号和液压信号，所述信号可以被提供给具体工具上的电动装置、电子装置和液压装置。操作者室142还可以包括仪表板、仪表显示器和用于提供信息和接收来自操作者的输入的其它构件。
[0023]如上所述，本发明包括可以用于诸如动力机器的应用中的液压缸设计和构造。液压缸设计在有利地使用称为(以下描述的)液压缓冲缸的诸如液压倾斜致动器136的应用中找到特别的效用，但是根据公开的实施例的液压缓冲缸或其它液压缸可以用于动力机器上、连接到或能够连接到动力机器的工具上的其它的应用、或任何其它的液压缸应用。
[0024]图3图示了根据第一示例性实施例的缸200的横截面。缸200包括缸体220，缸体220通过基盖204结合在一端上和通过头部285结合在另一端部分地限定腔202。活塞205被定位在腔202中，并且能够在基盖204和头部285之间移动。基盖204和头部285可以经由多种不同的连接方法中的任一个或使用多个连接机构中的任一个连接到缸体220。杆210连接到活塞205。杆210延伸通过活塞的头部285，并且能够随着活塞205在腔202内移动而延伸出缸体220和缩回缸体220。下文更详细地描述杆到活塞205的连接。孔口 250和260被定位成允许在活塞205的相对的两侧将液压流体引入腔内和排出腔外，以引起活塞205移动。在动力机器100中，控制系统106响应操作者的输入，选择地向每个孔口 250和260提供液压流体源。
[0025]图4图示了液压缸200的一部分的被放大的横截面以更详细地示出活塞205以及活塞和杆210之间的连接。活塞205分别具有相对的第一主表面和第二主表面207和208，其中圆柱形的壁209在相对的主表面之间。在每个图3和图4中，活塞205都被示出在完全缩回位置。即，活塞205被定位成尽可能靠近基盖204。密封件280被安装到形成在活塞的壁209内的沟槽282中。密封件280基本上防止腔202中的加压液压流体从活塞205的一侧移动到另一侧。环槽脊(land) 245形成在壁209中，其中沟槽247形成在每个环槽脊245之间。最接近密封件280的环槽脊245的直径最大，更靠近相对的主表面207和209中的一个的环槽脊的直径减小。
[0026]孔口 250和260被定位成使得，当活塞205位置尽可能接近基部端时，活塞205覆盖孔口 250，并且当活塞205位置成尽可能接近头部时，活塞205覆盖孔口 260。如上所述，环槽脊245的直径在两个方向离开密封件280处就减小。因而，当活塞205从腔202的中心位置朝腔的一个端部，基部端或头端，移动时，随着活塞接近一个端部，活塞205开始移动成对准孔口 250和260中的一个，并且从对准孔口上的活塞的孔口排出的流体引起通向孔口的路径被限制，从而使流体从腔202的排出放慢和活塞朝规定的端部的运动变慢。随着活塞205移动得更靠近端部，由于更大直径的环槽脊被定位成对准孔口，因而活塞和缸体之间的间隙被减少。
[0027]活塞205被携带在杆210的直径减小的部分上，该部分称为柄215。杆210的大部分具有一致的直径Dl，这对于允许杆延伸到缸体220外并且缩回缸体220内并且保持密封而言是必要的。如图3和4所示，杆210具有锥形部分230，锥形部分230从杆的直径Dl过渡到柄215，柄215具有小于Dl的直径D2。尺寸形成为与杆上的锥形部分230接合的锥形轴环225安装在杆上。活塞205通过在活塞上提供夹紧力的紧固件235被保持紧靠轴环225。如图3和4所示，凹部227形成在活塞205的主表面207内以接收锥形轴环225。有利地，提供凹部227以允许轴环225配合在活塞205内，并且最小化缸200的总长度。定位活塞的锥形轴环225具有比杆的直径Dl大的直径D3，因此提供比诸如图1示出的常规在柄上的肩部大的表面积，从而允许在活塞205上施加增大的夹紧负荷。螺纹240形成在杆的柄215并且紧固件235接合螺纹以拉紧柄。螺纹240的尺寸形成为能够处理施加到活塞的增大的夹紧负荷。因为设置轴环225以接合活塞205，柄215的尺寸不必减小太多，因为与杆成角度的肩部增加了支撑面积并且提供了表面分配夹紧负荷。因而，柄215与常规的设计相比其直径稍大，从而允许其强度较大，更不容易屈服。当锥形轴环225定位于柄215上并且紧固件235拉紧柄以保持活塞205紧靠锥形轴环时，在轴环和杆之间以及在活塞和轴环之间提供金属与金属的密封布置。
[0028]图3还示出了可以被包括在多种实施例中和用于各种用途的缸构件。孔眼的形式的连接特征270和275在杆端265 (即杆延伸穿过的液压缸200的端部)处连接到杆210并且在基部端255处连接到缸体220，以将缸200连接到两个构件，例如不同的臂部分、机架和提升臂、或提升臂和工具支架，以便随着缸200被控制成在它的延伸位置和缩回位置处相对于彼此移动构件。连接特征270和275可以在连接液压缸200的两个构件之间形成枢转连接，但是在其它的实施例中，可以提供连接特征以在液压缸和一个构件或两个构件之间能够刚性连接。如在头部285和杆210之间一样在头部285和缸体之间提供密封件。在该示例性实施例中，密封件包括压力密封件290和密封件295和297。
[0029]许多液压缓冲缸具有非常接近缸体的内径的活塞直径，尤其是最大的环槽脊。因而，重要的是活塞205由可兼容的材料制成，以防止在活塞205接触缸壁的情况下划伤缸体，例如如果施加侧向载荷到杆210上则可能发生。如上所述，有利的是设置适当材料的单独的轴环225以吸收夹紧负荷。有利的是，杆210的接合轴环的部分是锥形的，以确保轴环与夹紧负荷相互作用。因为轴环225是锥形的，然而，由于夹紧载荷作用在轴环上力导致环向应力，这将使轴环轻微变形并且导致轴环膨胀。活塞内的凹部的形状被形成为容纳这种膨胀。因而，在液压缓冲缸中，可以在不必应对调节环向应力的作用的情况下，将增大的夹紧载荷施加在活塞的整个直径上。
[0030]尽管通过缓冲缸示出和描述了上述实施例，但是可以将轴环装置应用到任何缸而不仅是缓冲缸。在非缓冲缸的情形中，常见的情况是活塞的直径不必非常接近缸体的内壁。在该应用中，活塞可以由允许锥形轴环与活塞形成一体的材料制成。在这些应用中需要考虑圆周应力，但是活塞直径不必被严格控制，因为活塞不是用作缓冲功能。
[0031]现在参照图5，示出了根据本发明的液压缸的第二实施例的一部分。液压缸300类似于上述液压缸200，因此图5中用于表示类似于图3和4中的那些特征的附图标记是相同的(例如，液压缸300具有杆310，正如液压缸200具有杆210)。
[0032]液压缸300具有活塞305，活塞305在缸体320中连接到杆310，使得活塞被紧靠轴环325承载在杆的柄315上。活塞305通过施加夹紧力到活塞上的紧固件335被保持成紧靠轴环325。再次，在本实施例中，轴环325提供了比现有技术的液压缸的肩部大的表面积，从而允许施加更大的夹紧力在活塞305上。柄上的螺纹340连接到轴环325并且吸收之前传递到肩部的夹紧载荷。再次，螺纹340足够抵抗增大的夹紧载荷的剪切应力。相对于液压缸200的设计，在图5示出的液压缸300中，轴环325被拧到柄315的螺纹340上，而不是仅使用柄和轴环上的锥形部分定位在柄上。在一些实施例中，轴环325包括在轴环的一部分上的间隙或平面327。平面327可以被设置在轴环上，用于允许使用扳钳(wrench)定位轴环。平面327可以位于轴环的任何部分上，不必如图5所示那样定位。
[0033]类似于图3和4示出的液压缸200，液压缸300是液压缓冲缸，其中在活塞305上具有一系列环槽脊345和环槽脊之间的一个或多个沟槽。然而，液压缸300中示出的特征同样也可以被应用到非液压缓冲缸的液压缸。孔口 350被定位成使得，当活塞305完全地缩回到基部端时，活塞305覆盖孔口 350。环槽脊345的直径可以在自活塞的密封的任一向外方向上减小。因而，当活塞305 (随着活塞缩回)移动到孔口之上时，油被限制，由于油必须在环槽脊345和缸体320的内表面之间移动，因此该部分作用为孔口。类似地，当活塞305 (随着活塞朝头部伸出)移动到孔口 360之上时，油必须在环槽脊345和缸体320的内表面之间移动，此时该路径作用为孔口。在各种实施例中，活塞的(从密封件380的)一侧、两侧可以具有或两侧都不具有提供(或不提供)液压缓冲的环槽脊345。在不提供液压缓冲的示例中，孔口被定位成使得当活塞完全地缩回(或伸出)时，孔口不完全地被活塞覆盖，因此在活塞的壁和缸体的内径之间不提供限制。
[0034]现在参照图6，示出了图示将活塞连接到活塞杆的一示例性方法600的流程图600。在框605,获得活塞、轴环和一端具有柄的活塞杆。取决于使用的各种实施例,在框605获得的构件类似于在一个或多个上述实施例中描述的和在图2-5中图示的那些构件。具体地，轴环可以或不可以形成为活塞的组成部分。
[0035]在框610，轴环被放置在杆上，使得轴环接合杆。在一些实施例中，可以使用杆的锥形部分230和形成在轴环中的互补的锥形特征来实现轴环与杆的接合。在其它的实施例中，可以通过杆和轴环之间的螺纹连接来实现杆与轴环的接合。
[0036]最后，在步骤615处，使用连接到柄施加夹紧力至活塞上将活塞保持紧靠轴环。在示例性实施例中，在柄的螺纹和紧固件的螺纹之间使用螺纹连接将紧固件连接到柄。然而，也预期将紧固件连接到柄的其它方法。
[0037]虽然已经以针对结构特征和/或方法作用的特定语言描述了本主题，但是应该理解在随附的权利要求中限定的主题没有必要受限于上述特定的特征或作用。而是，上述特定的特征和作用被公开为执行权利要求的示例性形式。公开的概念的修改例的其它示例在没有脱离公开的概念的范围的情况下也是可能的。
【权利要求】
1.一种液压缸组件,其包括: 缸体，所述缸体限定腔； 活塞，所述活塞被定位在腔中并且能够在腔中移动； 杆，所述杆具有第一部分、横截面积小于所述第一部分的横截面积的第二部分和位于所述第一部分和第二部分之间的第三部分，所述第三部分的横截面积在所述第一部分的横截面积和第二部分的横截面积之间过渡； 轴环，所述轴环的尺寸形成为配合在杆上，所述轴环具有用于接合所述杆的第三部分的内特征；和 紧固件，所述紧固件保持活塞紧靠轴环，并且施加夹紧力至活塞。
2.根据权利要求1所述的液压缸组件，其中所述活塞的表面具有凹部，并且其中所述轴环的尺寸形成为至少部分地配合在活塞的凹部内。
3.根据权利要求1所述的液压缸组件，其中所述轴环的内特征被构造成吸收至少部分夹紧力。
4.根据权利要求1所述的液压缸组件，其中所述轴环的内特征包括与杆的第三部分接合的锥形表面。
5.根据权利要求1所述的液压缸组件，其中所述杆包括螺纹，并且其中所述轴环的内特征包括与所述杆的螺纹接合的螺纹。
6.根据权利要求1所述的液压缸组件，其中所述杆的第二部分包括与紧固件接合以施加夹紧力至活塞上的螺纹。
7.根据权利要求1所述的液压缸组件，其中所述杆包括与轴环和紧固件中每一者上对应的螺纹接合的螺纹。
8.一种活塞组件，其用于与提供腔的液压缸一起使用，所述活塞组件包括: 活塞，所述活塞可定位在液压缸的腔内； 杆，所述杆连接到活塞，使得随着活塞在腔内移动，杆能够延伸进入液压缸内并且可从液压缸缩回，所述杆包括具有第一直径的主部分和具有小于所述第一直径的第二直径的柄，所述杆在所述主部分和柄之间具有锥形部分； 轴环，所述轴环的尺寸形成为配合在柄上并且具有被构造成与杆的锥形部分接合的锥形内表面；和 紧固件，所述紧固件保持活塞紧靠轴环，并且施加夹紧力至活塞。
9.根据权利要求8所述的活塞组件，其中所述轴环的锥形内表面被设置和布置成用于吸收至少部分夹紧力。
10.根据权利要求9所述的活塞组件，其中所述杆包括与轴环的对应的螺纹接合的螺纹。
11.根据权利要求10所述的活塞组件，其中与所述轴环的对应的螺纹接合的所述杆的螺纹在所述杆的柄上。
12.根据权利要求11所述的活塞组件，其中所述杆的螺纹还与紧固件上的螺纹接合。
13.根据权利要求8所述的活塞组件，其中所述杆的柄包括与紧固件接合以在活塞上施加夹紧力的螺纹。
14.根据权利要求8所述的活塞组件，其中所述活塞的表面具有凹部，并且其中所述轴环的尺寸形成为至少部分地配合在活塞的凹部内。
15.根据权利要求14所述的活塞组件，其中所述轴环的尺寸形成为完全地配合在活塞的凹部内。
【文档编号】F16J1/12GK104411984SQ201380035087
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】詹森·R·库姆斯, 斯科特·N·舒, 托马斯·J·托卡 申请人:克拉克设备公司