液压缓冲油缸
技术领域
本发明涉及液压油缸领域，具体而言，涉及一种液压缓冲油缸。
背景技术
液压油缸是工程机械液压系统的关键执行部件，为工程机械的工作机构提供动力，完成各种作业循环，如装载机的铲装作业、挖掘机的挖掘作业等。本发明是在CN201610419750.1发明专利基础上的进一步优化，主要优化了液压缓冲油缸中缓冲装置的阀芯和阀孔的结构设置，提高了缓冲装置的调节性能和稳态特性，并简化了结构，提高了加工工艺性能，有利于产品的批量化生产。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种液压缓冲油缸，以解决现有技术中液压油缸缓冲阀的调节性能和稳态特性较低，结构复杂，加工困难且成本较高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种液压缓冲油缸，包括导向套、缸头法兰、缸筒、活塞、活塞杆、缸底，缸头法兰和缸底分别固定在缸筒的两端形成缸体，导向套通过导向孔滑动配合在活塞杆上，活塞固定连接在活塞杆的一端形成活塞杆组件并滑动配合在缸筒内，导向套与缸头法兰固定连接，缸筒被夹持在导向套与缸底之间，活塞将缸体内腔分隔为腔Ⅰ和腔Ⅱ两个油缸腔室，腔Ⅰ和腔Ⅱ可依次分别作为油缸的进油腔和回油腔，当其中的一个作为油缸的进油腔通入高压压力油时，则另一个将作为油缸的回油腔低压回油，油缸通过高压进油腔和低压回油腔的配合驱动活塞移动来实现活塞杆的伸缩，其至少在缸体的一端设置有缓冲装置，缓冲装置包括信号塞、信号腔、阀芯、阀孔和回位弹簧，阀孔和信号腔设置在缸体端部，信号塞则对应设置在活塞杆组件上，阀孔沿轴向依次并列间隔一定距离设置有自阀孔表面径向向外拓展出的三个环形油槽：阀孔油槽Ⅰ、阀孔油槽Ⅱ和阀孔油槽Ⅲ，阀孔油槽Ⅲ与缓冲装置对应端的油缸腔室连通，阀孔油槽Ⅰ则与缸体另一端的油缸腔室连通，油缸腔室的进出油口则设置在对应的阀孔油槽Ⅱ上；阀芯中部位置设置有阀芯环槽，阀芯环槽的两侧还分别设置有卸荷槽和节流槽，卸荷槽和节流槽与阀芯环槽连通；阀芯中心位置设置有阻尼孔和弹簧腔，阻尼孔位于阀芯上设置有节流槽的一端，弹簧腔则设置在阀芯的另一端，阀芯环槽通过贯通油道与阀芯弹簧腔端贯通，同时又通过阻尼孔与阀芯另一端的阀芯驱动腔贯通；阀芯配合装配在阀孔内，阀芯驱动腔和阀芯弹簧腔分别位于阀芯的两端，阀芯带阻尼孔的一端朝向阀芯驱动腔，回位弹簧一端安装在阀芯的弹簧腔内，另一端抵压在阀孔底部的零件上，阀芯和回位弹簧被约束在阀孔内，在正常状态下，阀芯在回位弹簧的推力作用下，阀芯设置有阻尼孔的一端抵压在阀芯驱动腔的底部零件上，此时，阀芯节流槽与阀孔油槽Ⅲ的位置对应，阀孔油槽Ⅱ和阀孔油槽Ⅲ通过阀芯环槽正常连通，主阀口处于阀口开度较大的正常打开状态，对应的油缸腔室可通过阀孔油槽Ⅲ、主阀口、阀孔油槽Ⅱ与本油缸腔室的进出油口连通；于此同时，阀孔油槽Ⅰ则处于被阀芯外圆面完全封闭的状态，阀孔油槽Ⅰ与阀孔油槽Ⅱ之间的连通油路被完全切断，阀芯卸荷槽与阀孔油槽Ⅰ处于不连通的状态；信号腔对应设置在缸体端部的零部件上，并通过信号油道与阀孔的阀芯驱动腔连通；信号塞则对应设置在活塞杆组件上，并可随活塞的移动进入或移出对应的信号腔，从而可与对应的信号腔保持滑动配合或分离的状态。
进一步的，缓冲装置设置在腔Ⅰ端，阀孔和信号腔设置在导向套上，实现油缸在腔Ⅰ端的缓冲。
进一步的，缓冲装置设置在腔Ⅱ端，阀孔和信号腔设置在缸底上，实现油缸在腔Ⅱ端的缓冲。
进一步的，在油缸的两端均设置有缓冲装置，腔Ⅰ端缓冲装置的阀孔和信号腔设置在导向套上，腔Ⅱ端缓冲装置的阀孔和信号腔设置在缸底上，可分别实现油缸在腔Ⅰ端和腔Ⅱ端的缓冲。
进一步的，卸荷槽和/或节流槽为浅而窄的狭长形结构。
进一步的，卸荷槽和/或节流槽为一沿阀芯表面倾斜一定角度的斜面，该斜面由外向阀芯环槽的方向倾斜。
进一步的，卸荷槽和/或节流槽为一与贯通油道连通的径向孔。
进一步的，卸荷槽和/或节流槽为浅而窄的狭长形结构，横截面为变截面，其截面面积自阀芯环槽开始向外由大逐渐变小。
进一步的，卸荷槽和/或节流槽的槽宽范围为1-12mm，槽深的范围为0.1-4mm。
进一步的，阀芯驱动比的取值范围为0.5-1.5，阻尼孔的直径范围为0.8-3mm；回位弹簧的刚度范围为2-10N/mm。
本发明具有以下有益效果：
(1)该液压缓冲油缸与传统的液压油缸相比，其缓冲结构更加简化，工艺性好，降低了制造难度和制造成本，质量容易保证，便于批量化生产；
(2)优化了阀芯、阀孔的结构设置，提高了缓冲装置的调节性能，缓冲平稳性高且缓冲效果好。
附图说明
图1是本发明液压缓冲油缸的结构原理示意图，油缸腔Ⅰ端设置有缓冲装置，油缸处于非缓冲工作状态；
图2是图1液压缓冲油缸处于缓冲状态的结构原理示意图，图中用箭头表示出了此状态下的液流方向和流动路线；
图3是图1阀芯的三维结构示意图；
图4是图2的E处局部放大图；
图5是图4的变形，阀芯的卸荷槽和节流槽设置为一小圆孔；
图6是本发明油缸腔Ⅱ端设置有缓冲装置的结构原理示意图；
图7是本发明液压缓冲油缸的双向缓冲结构原理示意图，油缸大腔Ⅰ均设置有缓冲装置。
图8是图3阀芯的变形，阀芯的卸荷槽和节流槽为一沿阀芯表面倾斜一定角度切出的斜面。
其中，上述附图包括以下附图标记：1、导向套；1-1、阀孔油槽Ⅰ；1-2、阀孔油槽Ⅱ；1-3、阀孔；1-4、阀孔油槽Ⅲ；1-5、信号油道；1-6、导向孔；1-7、腔Ⅰ油道；1-8、缸筒定位孔；2、缸头法兰；3、缸筒；4、信号塞；5、活塞；6、活塞杆；7、缸底；8、阀芯；8-1、弹簧腔；8-2、卸荷槽；8-3、阀芯环槽；8-4、节流槽；8-5、贯通油道；8-6、阻尼孔；9、回位弹簧；10、阀盖；11、油箱；X、信号腔；J、泄压阀口；K、主阀口；A1、腔Ⅱ油口；A2、腔Ⅱ泄荷口；B1、腔Ⅰ油口；B2、腔Ⅰ卸荷口；C、腔Ⅰ；D、腔Ⅱ；Q、阀芯驱动腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1、图2所示，一种液压缓冲油缸，仅在腔Ⅰ一端设置缓冲装置，缓冲阀集成在导向套内，可实现油缸在腔Ⅰ一端活塞接近油缸行程终了时的缓冲。液压缓冲油缸主体部件包括导向套、缸头法兰、缸筒、活塞、活塞杆、缸底，缸头法兰和缸底分别固定连接在缸筒的两端形成一体；还包括信号塞4，信号塞与活塞依次套装在活塞杆上形成活塞杆总成，活塞与活塞杆固定连接，信号塞被限制在活塞与活塞杆的台阶面之间，活塞滑动配合在缸筒内，同时，活塞杆滑动配合在导向套的导向孔内，进一步，导向套再通过缸筒定位孔1-8套装在缸筒上，并通过缸头法兰与缸筒固定连接在一起。活塞将缸筒腔室分隔为腔ⅡD和腔ⅠC，腔ⅡD通过腔Ⅱ油口A1进油或排油，腔ⅠC通过腔Ⅰ油口B1进油或排油，腔Ⅰ从腔Ⅰ卸荷口B2排油或者进油。导向套上还设置有信号腔X，信号腔可与对应设置在腔ⅠC内的信号塞配对形成滑动配合。导向套上还设置有阀孔1-3，阀孔上沿阀孔轴向并列间隔设置有沿阀孔径向向外拓展形成的环形阀孔油槽Ⅰ、阀孔油槽Ⅱ和阀孔油槽Ⅲ，阀孔油槽Ⅰ与腔Ⅱ泄荷口A2及腔Ⅱ油口A1连通，阀孔油槽Ⅱ与腔Ⅰ油口B1连通，阀孔油槽Ⅲ通过腔Ⅰ油道1-7与腔ⅠC连通；还包括阀芯8及回位弹簧9，如图3所示，阀芯上设置有阀芯环槽8-3，阀芯环槽为沿阀芯表面向内拓展形成的一定宽度和深度的环状油槽，阀芯环槽的两端还分别设置有卸荷槽8-2和节流槽8-4，卸荷槽和节流槽为在阀芯表面从阀芯环槽的边缘开始沿轴线方向切除材料形成的狭长油槽；阀芯上还设置有阻尼孔8-6和弹簧腔8-1，阻尼孔位于阀芯上设置有节流槽的一端，弹簧腔则设置在阀芯的另一端，阀芯环槽通过贯通油道8-5与阀芯带弹簧腔的一端贯通，同时又通过阻尼孔与阀芯的另一端贯通；阀孔的一端固定有阀盖10，另一端与缸头法兰连接，阀芯配合装配在阀孔内，回位弹簧9的一端安装在阀芯的弹簧腔内，另一端低压在缸头法兰上，阀芯和回位弹簧被约束在阀盖和缸头法兰之间，正常工作状态下，阀芯在回位弹簧的推力作用下，阀芯设置有阻尼孔的一端低压在阀盖上，此时，阀孔油槽Ⅱ和阀孔油槽Ⅲ通过阀芯环槽正常连通，主阀口K处于正常的阀口开度状态，腔ⅠC可通过腔Ⅰ油道、阀孔油槽Ⅲ、主阀口K、阀孔油槽Ⅱ及腔Ⅰ油口B1正常进油或排油，于此同时，阀孔油槽Ⅰ则处于被阀芯外圆面完全封闭的状态，阀孔油槽Ⅰ与阀孔油槽Ⅱ之间的连通油路被完全切断；导向套上还设置有信号油道1-5，信号腔通过信号油道与阀芯驱动腔Q连通。
液压缓冲油缸的作用原理为：如图1所示，当高压油通过腔Ⅱ油口A1进入腔ⅡD时，活塞在腔Ⅱ高压油的推动下，带动活塞杆总成在缸筒内孔及导向套导向孔的联合导向下，按照图1箭头所示的方向沿缸筒轴线方向向外伸出，与此同时，腔ⅠC内的液压油则在活塞的推压下通过腔Ⅰ油道、阀孔油槽Ⅲ、主阀口K、阀孔油槽Ⅱ及腔Ⅰ油口B1流回油箱11；在活塞杆向外伸出的过程中，信号塞随活塞一起同步移动并逐渐向信号腔靠近，当信号塞进入信号腔形成滑动配合后，如图2、图4所示，信号腔内的油液即与腔ⅠC内的油液隔离开来并随着活塞的移动受到信号塞的推压，形成控制信号压力油，进而通过信号油道1-5进入阀芯驱动腔Q，该部分控制信号压力油一部分会通过阀芯上的阻尼孔8-6、贯通油道8-5、阀孔油槽Ⅱ及腔Ⅰ油口B1回油，其余部分则推动阀芯克服回位弹簧的阻力移动，从而调节主阀口K的开度大小进而使腔ⅠC产生回油节流背压，通过腔Ⅰ回油节流背压的方式控制活塞的移动速度，实现油缸的缓冲功能；与此同时，阀芯的移动还会打开泄压阀口J，从而使卸荷槽8-2与阀孔油槽Ⅰ1-1连通，进而可使腔ⅡD的压力油通过腔Ⅱ油口A1、腔Ⅱ泄荷口A2、阀孔油槽Ⅰ、泄压阀口J、卸荷槽8-2、阀孔油槽Ⅱ及腔Ⅰ油口B1与回油油箱连通，此时腔ⅡD处于卸荷状态，腔ⅡD通过对高压油的卸荷作用实现了对活塞运动速度的控制，达到了本发明通过回油腔节流背压和高压腔泄压卸荷的双重作用来实现油缸缓冲的目的，节能高效。阀芯的运动状态受活塞运动速度的动态控制，从而动态调节主阀口K和泄压阀口J的开度大小，进而动态调节控制油缸腔ⅠC和腔ⅡD的压力，通过压力的动态控制实现油缸的高质量缓冲。当活塞到达油缸行程终点停止运动后，缓冲结束，阀芯在回位弹簧作用下回位。当活塞需要反向返回时，则通过操纵液压系统主阀(图中未示出)使腔ⅠC与高压油接通，腔ⅡD与回油油箱接通，从而实现油缸的反向运动，活塞杆缩回缸筒内。
实施例2：
如图6所示，一种液压缓冲油缸，仅在腔Ⅱ一端设置缓冲装置，缓冲阀集成在缸底上，可实现油缸在腔Ⅱ一端活塞接近油缸行程终了时的缓冲。与实施例1相比，主要的区别在于：阀孔和信号腔均设置在缸底上，信号塞为圆柱形结构设置在活塞杆底部的中心位置，其作用原理与实施例1类似，在此不再重复。
实施例3：
如图7所示，一种液压缓冲油缸，在油缸的两端都设置了缓冲装置，可实现油缸在任意一端活塞接近油缸行程终了时的缓冲。本实施例是实施例1和实施例2的复合结构，可实现油缸的双向缓冲功能。油缸工作过程中，当活塞接近油缸某一端的行程终点时，仅设置在该端的缓冲装置被激活发挥缓冲功能，其作用原理与前述类似，在此不再重复。
实施例4：
阀芯的卸荷槽和节流槽的设置形式还可做出多种变化，根据需要，可以通过改变槽的深度、宽度、形态、位置、截面形状等方式改变槽口的调节性能，已得到更加优异的调速特性，提高油缸的缓冲性能。
图3、图4展示的卸荷槽和节流槽为浅而窄的狭长形结构，其中节流槽的截面为变截面，其槽宽自阀芯环槽8-3开始向外由宽逐渐变窄直至弧线封头，卸荷槽的底面为不同深度的台阶面，弧线封头端的槽深较浅，从而提高了卸荷的平稳性，以上卸荷槽的设置从宽度和深度两个方面实现了节流槽的变截面，改善了油缸的缓冲性能；节流槽基本为等宽等深的结构，以求加工简单；
图5展示的卸荷槽和节流槽为一与贯通油道8-5连通的径向小圆孔，结构简化。
图8展示的卸荷槽和节流槽为一沿阀芯表面倾斜一定角度切出的斜面，加工简单。
以上为实施例1-4的结构介绍，显而易见，参照原理图1-8的指导及上述实施例1-4的介绍，还可以变化出更多的实施例，在此不再详述。
需要指出的是，以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显而易见，根据实际需要，还可以做出种种变化，例如：阀芯、阀孔结构上的变化、信号腔及信号塞设置方式的变化、油口及油道的变化(位置、方向、形状、形式等)、油槽或油腔形状及位置、数量的变化、油缸的结构变化等；缓冲弹件的设置形式也有多种变化，例如可以压缩的形式装配在弹性腔内，但亦可以以拉伸的形式设置在滑阀另一端，具有同等的效果。任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的原理图、实施方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
