一种增强型液压缸

技术领域

本发明属于液压支撑技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种增强型液压缸。

背景技术

液压缸是工程上常用的主要支撑部件，由缸体、活塞及活塞杆组成，高压工作液体作用在活塞上形成对活塞杆的作用力，从而实现液压缸的支撑能力。通常，液压缸的缸体是等壁厚的，由金属圆管加工而成，金属圆管的机械强度决定了液压缸的承载能力。如图1、图2和图3所示，通过对液压缸的缸体在高压工作液体作用下的受力情况进行分析，发现缸体的两端约各100mm处应力值最大，达到239MPa，其它部分应力值为220MPa，缸体其它部分的应力值明显小于两端A、B两点处的应力值，最大应力发生在接近液压缸顶部及底部位置处，表明该位置最容易发生破坏，是液压缸工作过程中薄弱环节，也是液压缸最大工作强度的控制部位。当液压缸超过承载极限时会在A、B两点先损坏，而缸体的其它部分并没有达到强度极限，因此并没有充分发挥材料的全部性能。

发明内容

为此，本发明为了降低液压缸两端位置所产生的最大应力，提高液压缸的承载能力，提供了一种增强型液压缸。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增强型液压缸，包括缸体，在靠近缸体两端的外侧圆柱面处分别设有环形应力抑制结构，所述环形应力抑制结构处的缸体壁厚大于所述缸体其余部位的壁厚，且所述环形应力抑制结构设置于所述缸体液体作用段两端所产生的应力突变区域。

优选地，所述环形应力抑制结构为一环形封闭的加强环，所述加强环固定设置于所述缸体的外侧圆柱面。

靠近所述缸体两端位置设置的两所述加强环的中性面位于所述缸体液体作用段以内。

所述加强环的断面为梯形断面，所述梯形断面中的较宽一底面与所述缸体外侧圆柱面相贴合。

或优选地，所述加强环的断面为方形断面或半圆形断面，所述加强环的内侧面与所述缸体外侧圆柱面完全贴合。

所述加强环和所述缸体为一体成型结构，或所述加强环与所述缸体的外侧圆柱面之间通过焊接形成一体结构。

所述环形应力抑制结构位于距离所述缸体液体作用段两端部轴向距离50mm～150mm的位置，所述环形应力抑制结构的宽度为30mm～100mm，且其径向厚度≥6mm。

本发明技术方案，具有如下有益效果：

本发明通过在液压缸体液体作用段两端所产生的应力突变区域设置环形应力抑制结构，大大改善承压后缸体内部的应力分布，使缸体两端部位置的应力值不大于缸体其它部分的应力值，保障缸体在其它部分结构不变的情况下可以承受更高的液体压力，实现增加液压缸体支撑力的功能，缸体的承载能力得以提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有液压缸体结构图示；

图2为对现有液压缸体结构进行模型计算的结果图示；

图3为现有液压缸壁纵向应力分布图示；

图4为本发明所提供的增强型液压缸体结构图示；

图5为本发明所提供结构的模型计算结果图示。

附图标记说明：

1-缸体；2-环形应力抑制结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图4所示，本发明提供了一种增强型液压缸，包括缸体1，在靠近缸体1两端的外侧圆柱面处分别设有环形应力抑制结构2，环形应力抑制结构2处的缸体壁厚大于缸体其余部位的壁厚，且环形应力抑制结构2设置于缸体液体作用段两端所产生的应力突变区域，环形应力抑制结构的设置可以改善两端应力突变区域产生高于缸体其余部分的应力，改善整个缸体应力分布，提高缸体承压性能。

本发明中的缸体液体作用段是指液压缸支撑时充满高压液体的工作段。

针对液压缸破坏并非整体强度破坏，而是由于受力不均产生局部破坏。如图2和图3，结合液压缸工程实际的破坏特点以及数值模拟结果分析可知，最大应力值以及破坏位置为液压缸体临近上、下端，因此采取局部加强的方式来对上下易发生破坏位置处进行加强，提高现有液压缸工作过程中薄弱环节，从而达到提高液压缸整体强度的功能。

根据计算结果分析，本发明将环形应力抑制结构2设置于位于距离液体作用段两端部轴向距离50mm～150mm的位置，环形应力抑制结构2的宽度为30mm～100mm，且其径向厚度≥6mm。本发明中的环形应力抑制结构的宽度优选大于等于液体作用段两端所产生的应力突变区域宽度，用于完全抑制住此处的应力值，防止突然升高，产生应力集中。通过对缸体局部位置进行合理强化，增强形式为增厚两端应力较高位置处的结构厚度，降低其作用应力，防止产生应力集中而使局部应力高于缸体其余部位的应力值。

如图4所示，本发明中的环形应力抑制结构2为一加强环，加强环固定设置于缸体1的外侧圆柱面处，包括但不限于加箍、焊接增厚等形式。加强环的断面优选为梯形断面，梯形断面中的较宽一底面与缸体1外侧圆柱面相贴合。当然，加强环的断面还可以采用方形断面或半圆形断面，加强环的内侧面与缸体1外侧圆柱面完全贴合。这里的加强环和缸体可以为一体成型结构，还可以采用将加强环焊接在缸体的外侧圆柱面上。

对于加强环的断面结构形式不局限于上述几种，还可以采用其它形状的断面结构，这里不再一一赘述。

优选地，靠近缸体1两端位置设置的两加强环的中性面位于缸体1上高压工作液体的作用段以内。

本发明对图4结构的缸体结构进行计算分析(液压缸材料、荷载以及约束条件均与增强前一致)，计算模型尺寸如下：

缸体外径299mm，壁厚24.5mm，缸体长度为1330mm，缸体底部厚度75mm。加强环梯形断面尺寸：上底面16mm，下底面30mm，高6mm。

对上述缸体模型按液压缸内部工作压力40MPa进行受力分析，提取液压缸体内部纵向的应力分布如图5所示。计算结果显示，增强后液压缸壁内部压强分布更为均匀，应力集中现象明显改善，最大应力值为245.7MPa，相较于增强前有所减小。

图1所示常规液压缸内部压强为40MPa时，液压缸内部纵向应力最大值为254.6MPa。如图4增强后，当内部压强为44MPa时，液压缸内部纵向应力最大值为255MPa。承载能力提高约10％，增强效果明显，显著提高了液压缸的使用寿命，使用范围更广。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。