CN206668656U - 一种缩套型碳纤维高压液压缸 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种缩套型碳纤维高压液压缸，包括缸盖、缸体、缸底、活塞杆、活塞，所述缸体包括金属外层缸筒和碳纤维内层缸筒，所述外层缸筒和内层缸筒之间过盈配合，所述内层缸筒的内壁设有防磨层，所述防磨层为金属涂层，所述缸盖和缸底与外层缸筒法兰结构连接，所述活塞杆的顶端设有耳环，活塞杆的末端设有活塞，活塞两侧分别装有一个缓冲套，所述活塞杆最底端以锁紧套固定。本实用新型在重量、强度、刚度、抗疲劳性均比现有金属缸筒优越很多，解决了一些工程机械轻量化的问题，解决了由于碳纤维材料加工性能极差，不能通过一般的机械连接方式与金属实现可靠连接的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种液压缸，特别是一种缩套型碳纤维高压液压缸。
背景技术
由于传统高压工程液压机械设备中，主要是使用高强度合金钢，而且设备体积往往偏大，导致设备重而大，而一些对重量与空间要求较高的场合，就难以满足。目前，研制出的碳纤维复合材料，其比重不到钢材1/4，抗拉强度在 3500MPa以上，为一般钢材的7～10倍，抗拉弹性模量为230～430GPa，同样高于钢材。由于碳纤维材料的优越的力学性能，其应用于工程液压设备中，使得设备轻量化、高强度化成为可能。在重大工程设备中，减重意味着降低能耗，降低制造技术要求和成本，降低劳动成本，提高设备经济性。同时在航空航天，军事等领域，高强度、重量轻的设备组件更是有无可估量的应用前景。
然而，就目前的技术而言，还无法制造出全碳纤维材质的液压缸，尤其是碳纤维与金属的连接问题。如何获得轻量化、高强度化液压设备，从而达到降低能耗、降低劳动成本及制造成本的目的，是有待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：由于传统的高压液压中金属液压缸，往往重量和体积很大，而且其在实际应用中刚度、强度方面不是很理想。引入碳纤维材料，应用其优越的力学性能：比重小、强度超高、刚度好等，可以实现重量轻—承载能力强的要求，以满足高压液压领域的发展要求。同时提出一种缩套型双层缸筒结构，实现使用法兰结构把缸盖和缸底与外层缸筒的连接，解决由于碳纤维材料加工性能差，与金属材质连接困难的问题。
本实用新型采用的技术方案是：一种缩套型碳纤维高压液压缸，包括缸盖、缸体、缸底、活塞杆、活塞，所述缸体包括金属外层缸筒和碳纤维内层缸筒，所述外层缸筒和内层缸筒之间过盈配合，所述内层缸筒的内壁设有防磨层，所述防磨层为金属涂层，所述缸盖和缸底与外层缸筒法兰结构连接，所述活塞杆的顶端设有耳环，活塞杆的末端设有活塞，活塞两侧分别装有一个缓冲套，所述活塞杆最底端设有锁紧套。
进一步的，所述缸盖与活塞杆的接触面上沿轴向设有四道沟槽，沟槽内依次放置防尘圈、第一耐磨环、第一OD组合密封、第二耐磨环，它们分别与活塞杆接触，起密封作用。
进一步的，所述缸盖与内层缸筒的接触面上设有密封槽，所述密封槽内并列装有O型圈和挡圈，它们与内层缸筒内壁的金属涂层接触，起密封作用。
进一步的，所述活塞与内层缸筒的接触面上沿轴向设有三道活塞沟槽，活塞沟槽内依次放置第三耐磨环、第二OD组合密封、第四耐磨环，它们分别与缸筒内壁的金属涂层接触，起密封作用。
进一步的，所述缸盖和缸底与外层缸筒的法兰结构通过内六角紧固螺钉固定连接。
进一步的，所述缸盖与缸底上设置有油口。
进一步的，所述外层缸筒和活塞的材质为45#钢，所述缸盖和缸底的材质为 40Cr。
本实用新型与现有技术相比具有如下的优点：
(1)通过设计成双层缸筒结构，由于内层缸体采用碳纤维材料加工而成，其比重不到钢材1/4，抗拉强度在3500MPa以上，为一般钢材的7～10倍，抗拉弹性模量为230～430GPa。内层缸筒整体重量轻，可减50％以上，解决了一些工程机械轻量化的问题。其超高的抗拉强度一般金属材料的7～10倍，能很好解决缸筒在高压或超高压工作状态时，使内层缸筒所受剪切应力过高而超过一般金属材料屈服强度，从而损坏缸筒的问题。碳纤维材质的良好的耐腐蚀性能，使得其适合在恶劣的工作环境中，尤其是液压传动、液压控制设备中。因而在重量、强度、刚度、抗疲劳性均比现有金属缸筒优越很多，其在高压应用领域的前景好。
(2)通过设计成双层缸筒结构，尤其是外层为金属缸筒，通过法兰使缸盖和缸底与缸体的外层缸筒实现可靠连接。有效避免了，现有通过胶粘剂把缸盖和缸底与缸筒胶结在一体的胶结结构，这种胶结结构，一方面在高温高压工作状态下，其连接的可靠性有待考察；另一方面由于是胶结结构使这种液压缸维修维护不便或者是不可维修。解决了由于碳纤维材料加工性能极差，不能通过一般的机械连接方式(法兰连接、螺纹连接)等与金属实现可靠连接的问题。
附图说明
图1是本实用新型的缩套型碳纤维高压液压缸的结构示意图。
图中：1耳环、2缸盖、3外层缸筒、4内层缸筒、5金属涂层、6缸底、7 活塞杆、8活塞、9缓冲套、10锁紧套、11内六角紧固螺钉、12防尘圈、13第一耐磨环、14第一OD组合密封、15O型圈、16挡圈、17油口、18第二耐磨环、19第三耐磨环、20第二OD组合密封、21第四耐磨环。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1，本实用新型提供的一种缩套型碳纤维高压液压缸，包括缸盖2、缸体、缸底6、活塞杆7、活塞8，其特征在于：所述缸体包括金属外层缸筒3和碳纤维内层缸筒4，所述外层缸筒3和内层缸筒4之间过盈配合，所述内层缸筒 4的内壁设有防磨层，所述防磨层为金属涂层5，所述缸盖2和缸底6与外层缸筒3法兰结构连接，所述活塞杆7的顶端设有耳环1，活塞杆7的末端设有活塞 8，活塞8两侧分别装有一个缓冲套9，所述活塞杆7最底端设有锁紧套10，完成活塞8与活塞杆7的轴向固定。
内层缸筒过和外层缸筒过盈配合结构，是指内层缸筒4为碳纤维材质，外层缸筒3为45#钢，具体是预先设置过盈量，通过对外层缸筒3内壁均匀加热至设定温度，使外层缸筒3内壁膨胀到设定的过盈量，然后内外缸筒4进行热装配。此过盈量取决于具体的工作压力，内外缸筒4壁厚等因素，而加热温度与过盈量、外层缸筒3材质有关。
其中，内层缸筒4为碳纤维材质，外层缸筒3为45#钢；其缸盖2、缸底6 为40Cr；其活塞8为45#钢；其活塞杆7采用45#表面镀硬铬处理。
碳纤维一般采用干法缠绕成型工艺，指预浸胶带，在缠绕机上经加热软化至粘流态并缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，最终获得制品。采用30-45°缠绕法，固化温度≥100°，固化程度90％以上，以保证内层缸筒4的制造质量。
内层缸筒4内壁经表面处理得到金属涂层5，其具体是先对表面层进行粗化处理，其次喷涂金属层，最后在金属层表面进行镀硬铬处理并进行抛光处理。当对表面粗糙度要求很高时，可考虑在金属表面进行陶瓷涂层处理。经表面处理的内层缸筒4的内壁，其表面粗糙度可达到Ra 0.2～0.4，以减小活塞密封件的摩擦、磨损，保证密封性能，提高密封件使用寿命。
所述缸盖2与活塞杆7的接触面上沿轴向设有四道沟槽，沟槽内依次放置防尘圈12、第一耐磨环13、第一OD组合密封14、第二耐磨环18，它们分别与活塞杆7接触，起密封作用。
所述缸盖2与内层缸筒4的接触面上设有密封槽，所述密封槽内并列装有O 型圈15和挡圈16，它们与内层缸筒4内壁的金属涂层5接触，起密封作用。
所述活塞8与内层缸筒4的接触面上沿轴向设有三道活塞沟槽，活塞沟槽内依次放置第三耐磨环19、第二OD组合密封20、第四耐磨环21，它们分别与缸筒内壁4的金属涂层5接触，起密封作用。
所述缸盖2和缸底1与外层缸筒3的法兰结构通过内六角紧固螺钉11固定连接，分别在外层缸筒3上均匀分布10个固定位，以达到可靠连接。
所述缸盖2与缸底6上设置有油口17，以便于液压***连接。
本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (7)
1.一种缩套型碳纤维高压液压缸，包括缸盖(2)、缸体、缸底(6)、活塞杆(7)、活塞(8)，其特征在于：所述缸体包括金属外层缸筒(3)和碳纤维内层缸筒(4)，所述外层缸筒(3)和内层缸筒(4)之间过盈配合，所述内层缸筒(4)的内壁设有防磨层，所述防磨层为金属涂层(5)，所述缸盖(2)和缸底(6)与外层缸筒(3)法兰结构连接，所述活塞杆(7)的顶端设有耳环(1)，活塞杆(7)的末端设有活塞(8)，活塞(8)两侧分别装有一个缓冲套(9)，所述活塞杆(7)最底端设有锁紧套(10)。
2.如权利要求1所述的一种缩套型碳纤维高压液压缸，其特征在于：所述缸盖(2)与活塞杆(7)的接触面上沿轴向设有四道沟槽，沟槽内依次放置防尘圈(12)、第一耐磨环(13)、第一OD组合密封(14)、第二耐磨环(18)。
3.如权利要求1或2所述的一种缩套型碳纤维高压液压缸，其特征在于：所述缸盖(2)与内层缸筒(4)的接触面上设有密封槽，所述密封槽内并列装有O型圈(15)和挡圈(16)。
4.如权利要求3所述的一种缩套型碳纤维高压液压缸，其特征在于：所述活塞(8)与内层缸筒(4)的接触面上沿轴向设有三道活塞沟槽，活塞沟槽内依次放置第三耐磨环(19)、第二OD组合密封(20)、第四耐磨环(21)。
5.如权利要求4所述的一种缩套型碳纤维高压液压缸，其特征在于：所述缸盖(2)和缸底(6)与外层缸筒(3)的法兰结构通过内六角紧固螺钉(11)固定连接。
6.如权利要求5所述的一种缩套型碳纤维高压液压缸，其特征在于：所述缸盖(2)与缸底(6)上设置有油口(17)。
7.如权利要求1所述的一种缩套型碳纤维高压液压缸，其特征在于：所述外层缸筒(3)和活塞(8)的材质为45#钢，所述缸盖(2)和缸底(6)的材质为40Cr。
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|---|---|---|---|---|
| CN106891544A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-06-27 | 武汉科技大学 | 一种复合碳纤维组合缸筒的液压缸 |
| CN108071625A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-05-25 | 马鞍山市荣亿密封材料有限责任公司 | 一种超高压油缸密封结构 |
| CN114008333A (zh) * | 2019-03-09 | 2022-02-01 | 高满锴 | 高压筒 |
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