【CN109681491A】增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的充压结构及判别方法【专利】

来源：华体会登入页面    发布时间：2024-12-27 01:14:55

  (71)申请人 徐州顺隆液压科技有限公司 地址 221000 江苏省徐州市铜山区经济开 发区高营南路南、北纵一路东 申请人 徐州铭硕机械科技有限公司

  背景技术 [0002] 液压油缸是工程液压机械中的执行元件，大长油缸的应用愈来愈广泛，油缸行程 5—12米，全伸出总长度10—24米已很常见。大长油缸在满足使用伸缩行程、推力或拉力及 连接铰点、结构、尺寸、性能等条件时 ，一定要保证组成 油缸的各零部件有足够的承载能 力。由 于该类油缸的细长结构，根据活塞杆的受力状态，校核其受压抗弯曲稳定性即成为关键。目 前油缸的设计手册规范对活塞杆的强度计算中，通常以液压缸的活塞杆端部和缸筒后盖均 为耳环铰接式安装方法作为基本情况来考虑 ；并令活塞杆全部伸出时 ，活塞杆端部与负载 连接点与液压缸支撑点间距离为安装距LB；活塞杆直径为d外，当LB≤10d外，液压缸为短行程， 主要需验算活塞杆压缩或拉伸强度 ，当LB≥ (10—15)d外时 ，则需考虑活塞杆的弯曲稳定性。 活塞杆体通常是细长杆体 ，并分 别有实心杆体 和空心杆体二 种结构 ，其弯曲 稳定性手册提 供一般按“欧拉公式”进行计算活塞杆弯曲失稳临界负荷FK，并取适当的安全系数ηK，校核确 定油缸的允许的最大推力负荷Pmax。现代油缸由于许多使用场合油缸活塞杆的实际长度与 直径之比 甚至可达几十倍上百倍 ，按欧拉公式计算往往不能 满足弯曲 稳定性的 要求。一般 采取的解决方案：1)此类活塞杆大多采用空心钢管，增大活塞杆直径，并选取适当壁厚增加 活塞杆的横截面积即惯性矩J；2)设计更好的安装及导向结构提高导向的精度，降低安装及 导向 系数K值 ，是提高弯曲稳定性的有效手段 ，但在某些结构中是很难实现的 ；3) 用直径更 大包括油缸筒活塞杆的设计来满足弯曲稳定性的要求；4)降低使用上的要求限定系统最高使用 压力，以降低活塞杆的工作负荷，如液压起重机伸缩油缸不允许带载伸缩等。 [0003] 由于在截面面积相等的情况下，空心活塞杆的抗弯强度及稳定性皆高于实心活塞 杆，然而对两根内外径相同的空心杆来说，其杆腔充压与否在承载能力上有何差别，本发明 给出了充压好否的条件定量的判别方法及增加液压缸稳定性充压活塞杆的结构设计。

  5 .根据权利要求1所述的一种增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的充压结构，其特征 在于，所述空心活塞杆的活塞杆头中心轴向开设油道，所述油道与空心活塞杆的腔体连接； 所述空心活塞杆外焊接杆头上开设有进油口 和回 油口 ，进油口连通空心活塞杆的容腔以 及 油缸筒的无杆腔，形成压力油通道，使空心活塞杆成为充压活塞杆；所述活塞杆腔体内轴向 设有空心通液管 ，空心通液管接近活塞的 一端通过弯头与空心活塞杆上开设的 孔焊接 ，并 由 该孔 伸出 ，连通 油缸筒有杆腔 ，另一端与回 油口 连接 ，形成回 油通路 ；所述通液管的 外部 沿其轴向设有若干支承环 ，支承环上留有过油通孔 ；通液管的弯头处形成半圆形弯曲 ，具有 弹性减震功能，保证焊缝受力安全。

  提高承载能力的条件及增加对百分比 ，若增加比 例不大 ，充压后好处不则不必充压。

  技术领域 [0001] 本发明涉及典型的使用了空心活塞杆的液压油缸，具体公开了一种增加液压缸空 心活塞杆弯曲稳定性的充压结构及判别方法，对于细长油缸充压可以较大幅度提高其轴向 承载抗弯曲稳定性的能力。

  1 .一种增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的充压结构，包括油缸筒、空心活塞杆、活 塞、导向套、活塞用密封及导向组件、活塞杆用密封及导向组件；所述空心活塞杆的活塞杆 头固连运动活塞 ，活塞将油缸筒分隔成有杆腔和无杆腔 ；所述油缸筒设有进油口 和回 油口 ， 压力油pA和油缸筒无杆腔接通，回油pB和有杆腔接通，其特征是，将常规的两端焊接式杆 头封闭的空心活塞杆容腔通过活塞安装端的活塞杆头上的通孔结构与油缸筒的无杆腔连 通，形成充压活塞杆，增加液压缸空心活塞杆的受压抗弯曲稳定性。

  一种增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的 充压结构及判别方法 ，主要包括 油缸筒 、空心活 塞杆 、活塞 和导向 套 ；将常规的 两端焊接式杆头 封闭的空心活塞杆容腔通过活塞安装端的活塞 杆头上的通孔结构与油缸筒的无杆腔连通，形成 充压活塞杆，增加液压缸空心活塞杆的受压抗弯 曲稳定性。当空心活塞杆空腔为油路时 ，通过焊 接活塞杆头通孔结构与油缸工作无杆腔连通实 现与油缸工作最大工作压力同步充压，给出了为 了提高抗弯曲稳定性空心活塞杆的充压结构型 式 ，并给出了当内外径相同的空心杆充压与否的 判别方法条件。当空 心杆充压 后 ，其材料的 强 度 仍有一定富余条件下，充压将能有效提高细长活 塞杆的抗弯曲稳定性。

  按活塞杆的柔度系数，长度与外径之比λ进行判别，实际计算柔度为λ，λ1、λ2为充压安全 条件，结论是，1)短粗空心活塞杆λ≤λ2不存在稳定性问题，充压后其承载能力将降低，不应 充压 ；2) 细长空 心活 塞杆λ≥λ1稳定性问 题已 上升为主要矛盾 ，则充压 后可提高 其承载能 力，且承载能力有较大提高，充压性好；3)对中长空心活塞杆λ2≤λ≤λ1则需分析计算充压后

  3 .根据权利要求2所述的一种增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的充压结构，其特征 在于，所述单向阀包括阀体和锥阀芯，锥阀芯导向圆柱部分周向均布轴向油道，锥阀芯通过 弹簧复位 ，并 在杆腔压力油的 作 用下锥阀 芯 与阀 座阀口 形成密封 ，记忆单向阀 部件与活塞 杆头连接。

  4 .根据权利要求2所述的一种增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的充压结构，其特征 在于，所述空心活塞杆的外连接杆头处设置排气塞，用于充油开始阶段的排气，保证空心活 塞杆充满油液。

  2 .根据权利要求1所述的一种增加液压缸空心活塞杆弯曲稳定性的充压结构，其特征 在于 ，所述活塞杆头的通孔设置单向阀 ，该单向阀 在压力油pu的 作用下打开 ，保持油缸无杆 腔和空心活塞杆的容腔接通，由于压力油pu随工作负载变化，当工作负载是变量，且负载随 油缸行程变化 ，空 心活 塞杆空 腔内 压 力 油pu为一段时间内 油缸工 作行程最大时的 压 力值 puamix，当系统工作压力小于工作压力最大值puamix时，单向阀在已充空心活塞杆腔最大油 压puamix作用下关闭阀口 ，直到更大的工作压力推开单向阀 ，连通空心活塞杆的容腔 ，单向 阀 记忆工作的最大压力puamix值 ，当 伸缩行程最大或负载有震动载荷变化时 ，能 够保证空 心活塞杆获得最大的稳定性安全系数；该单向阀闭锁压力的时间仅存在于工作作业过程的 有限时间内，装置不工作则阀的微小渗漏将导致压力归零，保证装置的安全性。

  6 .判断权利要求1-5任意一项权利要求所述的充压结构是否需要充压的判别方法，其 特征是，在结构已经确定的条件下，内外径相同的空心活塞杆，其充压与否在承载能力上 有何差别 ，运 用塑性力学的 屈服条件及材料 力学弹性理论分析 ，推导给出定性的 判别方法 和定量的 计算公式 ，并得出充压好否的条件 ，判别要不要充压及在不同 长度的 情况下充 压所获得的稳定性承载能力增加值，即：