CN101149116A - 内随动液压缸的一种活塞密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有内随动要求的、缸筒的内随动孔段为胀形的运输机械液压举升油缸，所要解决的是确保在运输机械规定寿命期内对于任意剧烈颠簸行驶，活塞杆相对缸筒都能正常随动，更不会发生密封导向带断裂，方案是密封导向带由高强度、高耐磨塑料制成，轴向互相靠在一起的上活塞体和下活塞体之间构成一个装密封导向带外环形密封槽，外环形密封槽的槽底还有一条装O形密封圈小环形密封槽，高强度的密封导向带解决了导致活塞杆相对缸筒不能正常随动，甚至发生密封导向带断裂的现有导向带弹性模量和拉伸强度较低的存在问题，它既起密封作用，又起导向作用，还起支撑作用。

Description

内随动液压缸的一种活塞密封结构

技术领域

本发明涉及有内随动要求的、缸筒的内随动孔段为胀形的运输机械液压举升油缸，尤其涉及有内随动要求的、缸筒的内随动孔段为胀形的汽车驾驶室液压举升油缸(又称汽车驾驶室液压翻转油缸)。

背景技术

运输机械液压举升油缸，包括汽车驾驶室液压举升油缸，为避让在颠簸行驶中与其两端铰连的两部件间的相对运动造成对其的冲击，一般这类液压举升油缸的非举升状态都设置了随动功能。现行的随动设计有二大类。

第一类是活塞杆与缸筒不作相对运动，而液压举升油缸两端的铰支轴通过长腰形铰支轴孔或铰链机构可作相对运动，来避让运输机械在颠簸行驶中与举升油缸两端铰连的两部件间的相对运动造成对该液压举升油缸的冲击，这种通过长腰形铰支轴孔或铰链机构来实现液压举升油缸随动的形式称外随动。外随动液压举升油缸的优点是没有密封件的随动磨损，动密封件寿命长。但长腰形铰支轴孔或铰链机构，当被举升部件翻越重心后会产生间隙冲击。

第二类是当运输机械在颠簸行驶中，与液压举升油缸两端铰连的两部件间出现相对运动时，通过在随动段内使活塞密封失效来达到活塞杆与缸筒可作相对运动，从而避让与液压举升油缸两端铰连的两部件间的相对运动造成对该液压举升油缸的冲击。这种在随动段内使活塞密封失效的设计称内随动。内随动液压举升油缸的优点是当被举升部件翻越重心后没有间隙冲击，且结构简单，缺点是对动密封件要求较高。

就内随动设计，目前也有二种形式。

第一种是在缸筒下底部的随动段两端用随动管道连通起来，使活塞密封失效。这种设计的优点是缸筒制造工艺简单，对活塞密封件没有特别高的要求，缺点是缸筒的随动段上端接通随动管道的小横孔的内孔口去毛刺和倒钝要求较高。

第二种是在缸筒下底部的随动段的内孔壁上轴向刻划若干条泄油沟槽，并且给泄油沟槽的锐利棱边倒圆，通过这若干条泄油沟槽使活塞密封失效，随动段向非随动的过渡为逐渐向正圆孔收敛的圆滑过渡，其中采用较多的是缸筒下底部的随动段的内孔的横截面为正四边形基础上四角大倒圆的规则四边形，所以它有四条泄油沟槽，随动段向非随动的过渡为规则四边形孔逐渐向正圆孔收敛的圆滑过渡，该规则四边形的最近对边距等于或稍大于缸筒的非随动段的活塞在其内滑动的孔径。这种设计的优点是缸筒的随动段和随动向非随动的过渡段都圆滑而无毛刺，结构更简单。

目前与这第二种内随动设计相配的现有活塞密封结构绝大部分是：为实现活塞与缸筒之间的间隙密封，在整体圆柱形铝活塞体外周壁的环形密封槽内从内到外依次装有橡胶O形密封圈、聚四氟乙烯为基体物质的矩形截面密封导向带，对于工作油压较高的液压举升油缸，在矩形截面密封导向带的内侧，O形密封圈的一侧或二侧，还装有塑料挡圈；整体圆柱形活塞体内孔与活塞杆轴头细部相配合，之间也有一个橡胶O形密封圈对整体圆柱形活塞体内孔与活塞杆轴头细部的间隙密封；聚四氟乙烯为基体物质的矩形截面密封导向带通过被加热而柔软后扩张装到环形密封槽内，再模压使其收缩并冷却定形。

所述的这种活塞密封结构，在随动运动中，当活塞下行时，活塞压迫活塞下腔液压油，使活塞下腔的油压升高。由此一方面，导向带下侧的油压高于上侧的油压，导向带外侧与缸筒内壁间的油压从导向带下侧的油压逐渐过渡到上侧的油压；另一方面，在导向带内侧面和导向带内侧的橡胶O形密封圈的下侧面围成的区域内的油压必然等于导向带下侧的油压。所以，在导向带内侧面和导向带内侧的橡胶O形密封圈的下侧面围成的区域内的平均油压高于导向带外侧对应区域内的平均油压，这种平均油压差会使导向带下侧直径扩大，由此而来有四种情况。1、若导向带内、外侧的平均油压差较小或导向带弹性模量和拉伸强度较高，导向带下侧直径扩大变形在它的弹性变形范围内，而且该下侧直径扩大变形后导向带外侧与缸筒内壁间的泄油沟槽仍有较大的流通截面让活塞下腔液压油流到活塞上腔，液压举升油缸进行正常随动，一旦停止随动，导向带下侧直径仍恢复到原来状态；2、若导向带内、外侧的平均油压差较大或导向带弹性模量和拉伸强度较低，导向带下侧直径扩大变形超出了它的弹性变形范围内，但该下侧直径扩大变形后导向带外侧与缸筒内壁间的泄油沟槽仍有较大的流通截面让活塞下腔液压油流到活塞上腔，一旦停止随动，导向带下侧直径不能全部恢复到原来状态，随着工作时间积累越多，导向带下侧直径慢慢地增大；3、若导向带内、外侧的平均油压差较大或导向带弹性模量和拉伸强度较低，导向带下侧直径扩大变形超出了它的弹性变形范围内，该下侧直径扩大变形后导向带外侧与缸筒内壁间的泄油沟槽壁面贴紧，活塞下腔液压油不能流到活塞上腔而被困在活塞下腔，活塞杆也就不能与缸筒作相对运动；4、若导向带内、外侧的平均油压差不大，导向带下侧直径扩大变形在它的弹性变形范围内，但因导向带外侧与缸筒内壁间的泄油沟槽流通截面原来较小，该下侧直径扩大变形后导向带外侧与缸筒内壁间的泄油沟槽壁面贴紧，活塞下腔液压油不能流到活塞上腔而被困在活塞下腔，活塞杆也就不能与缸筒作相对运动。所述的这种活塞密封结构，在随动运动中，当活塞上行时，同理。

显然，所述的第二种情况最终要导致所述的第四种情况的出现，而导向带弹性模量和拉伸强度较低则是所述的第二、三、四种情况的共同主要因素之一。广泛使用发现，与这第二种随动设计相配的所述现有活塞密封结构，在较剧烈颠簸行驶的用户使用一段时间后，往往会发生冲缸现象一即随动障碍，有时候会出现矩形密封导向带断裂，导致液压举升油缸丧失举升功能，个别严重颠簸行驶的用户，刚使用就产生了随动障碍，甚至出现矩形密封导向带断裂，导致液压举升油缸丧失举升功能，这表明用聚四氟乙烯为基体物质作为密封导向带的材料，其弹性模量和拉伸强度稍嫌不够。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是运输机械的规定寿命期内所配的缸筒的内随动孔段为胀形的液压举升油缸，对于任意剧烈颠簸行驶，在非举升状态，活塞杆相对缸筒都能正常随动，更不会发生密封导向带断裂，并且，活塞动密封件不会提前磨损失效。

解决上述技术问题的本发明主要包括有活塞体、一个密封导向带、一个主O形密封圈、一个轴头成粗、细部阶梯轴状的活塞杆，有时还包括有一个副O形密封圈和一个钢丝挡圈，其特点是：

一、所述的一个密封导向带由抗拉强度≥50MPa、抗压强度≥60MPa、弹性模量≥1.1GPa、高耐磨、工作温度范围＜-40℃～＞80℃、耐老化的塑料或增强塑料制成。

二、为便于安装所述的高抗拉强度、高抗压强度的密封导向带，所述的活塞体由一个上活塞体和一个下活塞体组成。所述的一个上活塞体、一个下活塞体以所述的活塞杆轴头细部为中心依次套装在一起，该上活塞体上侧面紧靠该活塞杆轴头粗、细部交界端面上，轴向互相靠在一起的这上活塞体和下活塞体之间构成一个外环形密封槽，外环形密封槽内装所述的密封导向带。使这上活塞体、下活塞体固定在该活塞杆轴头上可以有两种形式：第一种是在活塞杆轴头细部上靠近下活塞体外端割一条环形槽，槽内装有的一个钢丝挡圈把套装在活塞杆轴头细部的上活塞体和下活塞体紧紧地限止在活塞杆轴头粗、细部交界端面与这钢丝挡圈之间；第二种是所述的下活塞体内孔主要由定位孔段和螺纹孔段组成，活塞杆轴头细部主要由定位轴段和螺纹轴段组成，下活塞体与活塞杆轴头细部间的螺纹连接把套装在活塞杆轴头细部的上活塞体和下活塞体紧紧地固定在活塞杆轴头细部。

三、在所述的轴向互相靠在一起的上活塞体和下活塞体之间构成的一个外环形密封槽的槽底还有一条小环形密封槽，小环形密封槽的槽口宽小于外环形密封槽的槽底宽，这一条小环形密封槽可以在构成外环形密封槽的槽底的上(或下)活塞体的细部圆柱上制出，也可以由高抗压强度挡圈围成，在这小环形密封槽内装所述的一个主O形密封圈，在外环形密封槽内装所述的密封导向带，由此构成活塞与缸筒内壁之间的密封，所述的密封导向带的高抗压强度使这密封导向带在缸筒内壁与活塞体外环形密封槽槽底之间还起支撑作用，避免缸筒内壁与活塞体之间发生直接金属摩擦而擦伤缸筒内壁。

本发明的一个较佳方案是：所述的一个密封导向带材质采用聚甲醛或尼龙66，主要是它的抗拉强度≥57MPa、抗压强度≥90MPa、弹性模量≥1.3GPa、高耐磨、工作温度范围为  -40℃～＞100℃、耐老化、价格低；在所述的轴向互相靠在一起的上活塞体和下活塞体之间构成的一个外环形密封槽的槽底的一条装所述的一个主O形密封圈小环形密封槽，它在构成外环形密封槽的槽底的上(或下)活塞体的细部圆柱上制出，这样结构简单；在所述的轴向互相靠在一起的上活塞体和下活塞体之间构成在活塞杆轴头细部上靠近下活塞体外端割一条环形槽，槽内装有的一个钢丝挡圈把套装在活塞杆轴头细部的上活塞体和下活塞体紧紧地限止在活塞杆轴头粗、细部交界端面与这钢丝挡圈之间，这种结构制造工艺性较好；轴向互相靠在一起的这上活塞体和下活塞体之间还构成一个内环形密封槽，内环形密封槽内装有一个副O形密封圈，构成活塞内孔与活塞杆轴头细部之间的密封。

本发明与背景技术相比所具有的有益效果是：(1)因所述的一个密封导向带由抗拉强度≥50MPa、弹性模量≥1.1GPa的塑料或增强塑料制成，而现广泛使用的聚四氟乙烯为基体物质的矩形密封导向带，其抗拉强度14～25MPa、弹性模量0.4GPa，相比之下，弹性模量和拉伸强度增大一倍以上，解决了用聚四氟乙烯为基体物质作为密封导向带的材料，其弹性模量和拉伸强度稍嫌不够的欠缺之处；(2)因所述的一个密封导向带由高耐磨、工作温度范围＜-40℃～＞80℃、耐老化的塑料或增强塑料制成，而运输机械液压举升油缸的最大工作温度范围＜-40℃～＞80℃、运输机械的规定工作寿命期一般要短于耐磨塑料的润滑摩擦磨损寿命，所以所述的塑料或增强塑料完全符合使用要求，且聚甲醛或尼龙66等的价格要比聚四氟乙烯低；(3)所述的一个密封导向带由抗压强度≥60MPa的塑料或增强塑料制成，又所述的轴向互相靠在一起的上活塞体和下活塞体之间构成的一个外环形密封槽的槽底的一条装所述的一个主O形密封圈小环形密封槽的槽口宽小于外环形密封槽的槽底宽，所以所述的密封导向带的高抗压强度使这密封导向带在缸筒内壁与活塞体外环形密封槽的槽底之间还起支撑作用，避免缸筒内壁与活塞体之间发生直接金属摩擦而擦伤缸筒内壁，从而活塞体的材料可以用钢，而不再用铝、铜等较软的金属，降低了材料成本

附图说明

附图为本发明的一个实施例结构图，它省略了对活塞杆除活塞杆轴头以外部分的描述，对活塞结构中除活塞杆轴头以外的零件进行了剖视描述。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步描述。请参阅附图，由图见，本实施例中：

活塞体由一个上活塞体1和一个下活塞体5组成，上活塞体1、下活塞体5依次套装在活塞杆轴头细部9上，上活塞体1的上侧面紧靠活塞杆轴头粗部7、细部9的交界端面8上，在活塞杆轴头细部9上靠近下活塞体5的外端割一条环形槽6，环形槽6内装有的一个钢丝挡圈13把套装在活塞杆轴头细部9的上活塞体1和下活塞体5紧紧地限止在活塞杆轴头粗部7、细部9的交界端面8与这钢丝挡圈13之间，轴向互相靠在一起的上活塞体1和下活塞体5之间构成一个外环形密封槽4，在外环形密封槽4的槽底还有一条小环形密封槽3，小环形密封槽3的槽口宽小于外环形密封槽4的槽底宽，在这小环形密封槽3内装主O形密封圈12，在外环形密封槽4内装密封导向带11，由此构成活塞与缸筒内壁之间的密封，密封导向带11由聚甲醛塑料制成，密封导向带11的高抗压强度在缸筒内壁与活塞体外环形密封槽4的槽底之间还起支撑作用，避免缸筒内壁与活塞体之间发生直接金属摩擦，上活塞体1和下活塞体5之间还构成一个内环形密封槽2，内环形密封槽2内装有一个副O形密封圈10，构成活塞体内孔与活塞杆轴头细部9之间的密封。

Claims (3)

1.内随动液压缸的一种活塞密封结构，主要包括有活塞体、一个密封导向带、一个主O形密封圈、一个轴头成粗、细部阶梯轴状的活塞杆，有时候还有一个钢丝挡圈，其特征是：所述的活塞体由一个上活塞体和一个下活塞体组成，所述的一个上活塞体、一个下活塞体以所述的活塞杆轴头细部为中心依次套装在一起，该上活塞体上侧面紧靠该活塞杆轴头粗、细部交界端面上，轴向互相靠在一起的这上活塞体和下活塞体之间构成一个外环形密封槽，使这上活塞体、下活塞体固定在该活塞杆轴头上可以有两种形式：第一种是在活塞杆轴头细部上靠近下活塞体外端割一条环形槽，槽内装有的一个所述的钢丝挡圈把套装在活塞杆轴头细部的上活塞体和下活塞体紧紧地限止在活塞杆轴头粗、细部交界端面与这钢丝挡圈之间；第二种是所述的下活塞体内孔主要由定位孔段和螺纹孔段组成，活塞杆轴头细部主要由定位轴段和螺纹轴段组成，下活塞体与活塞杆轴头细部间的螺纹连接把套装在活塞杆轴头细部的上活塞体和下活塞体紧紧地固定在活塞杆轴头细部。

2.根据权利要求1所述的内随动液压缸的一种活塞密封结构，其特征是所述的一个密封导向带由抗拉强度≥50MPa、抗压强度≥60MPa、弹性模量≥1.1GPa、高耐磨、工作温度范围＜-40℃～＞80℃、耐老化的塑料或增强塑料制成。

3.根据权利要求1所述的内随动液压缸的一种活塞密封结构，其特征是所述的一个外环形密封槽的槽底还有一条小环形密封槽，小环形密封槽的槽口宽小于外环形密封槽的槽底宽，这一条小环形密封槽可以在构成外环形密封槽的槽底的上(或下)活塞体的细部圆柱上制出，也可以由高抗压强度挡圈围成，在这小环形密封槽内装所述的一个主O形密封圈，在外环形密封槽内装所述的密封导向带。

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