伸缩油缸

技术领域

本发明涉及油缸技术领域，具体涉及一种伸缩油缸。

背景技术

油缸即液压缸，是输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比的直线运动式执行元件。油缸能够将液压能转换成机械能。目前，为了推进挖掘机无人驾驶技术需要实时检测油缸的伸缩距离，常常会在油缸上设置位移传感器。挖掘机油缸常用的位移传感器通常为内置式(即传感器位于油缸内部)，由于波导管位于活塞杆内部，活塞杆需要打深孔，加工困难。并且，波导管处于油缸内部时，由于挖掘机油缸震动大，会导致波导管开裂，维修波导管需要拆解油缸，费时费工，不利于后续维修。

对此，改进方案为将位移传感器移动至油缸外部。常用的外置式位移传感器为拉线式，由于挖掘机震动大，工况复杂，拉线很容易发生断裂，从而导致传感器失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有拉线式外置传感器容易失效的技术问题。

为此，本发明提供一种伸缩油缸，通过磁致伸缩感应原理来实现对活塞位移的检测，感应部件与磁铁之间无需连线，减少了传感器失效的风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种伸缩油缸，包括：

缸筒，所述缸筒内设有活塞组件，所述活塞组件上设有磁铁，所述磁铁能够跟随活塞组件沿轴向移动；

感应部件，所述感应部件安装在所述缸筒的外壁上，所述感应部件与所述活塞组件平行设置，所述感应部件与所述磁铁相对设置；

所述感应部件通过感应磁铁的轴向位置实现对活塞组件的位移检测。

进一步的，所述缸筒包括：缸体和导向套，所述导向套与所述缸体的一端连接；所述活塞组件包括：活塞杆和活塞，所述活塞杆的一端贯穿导向套，所述活塞杆的另一端位于所述缸体内，所述活塞与活塞杆螺纹连接。

进一步的，所述活塞杆上设有安装块，所述安装块的外周面上开设有安装槽，所述磁铁嵌设在所述安装槽内。

进一步的，所述安装块远离所述活塞的一端的内壁上开设有第一键槽和第二键槽，所述第一键槽与所述第二键槽相对设置。

进一步的，所述活塞杆的一端设有台阶部，所述台阶部上设有第一平面和第二平面，所述第一平面和第二平面相对设置。

进一步的，所述安装槽的安装面与所述第一平面相互平行，所述第一平面与所述第二平面相互平行。

进一步的，还包括：第一平键和第二平键，所述第一平键插设在所述第一键槽内，所述第二平键插设在所述第二键槽内，所述第一平键与所述第一平面相抵接，所述第二平键与所述第二平面相抵接。

进一步的，所述安装块位于所述台阶部与所述活塞之间。

进一步的，所述安装块上设有缓冲凹槽，所述缓冲凹槽位于所述安装槽远离所述活塞的一侧。

进一步的，所述磁铁外部设有包覆层。

进一步的，所述缸体外壁上设有用于固定所述感应部件的固定组件。

进一步的，所述固定组件包括：定位块、紧固件以及固定板，所述感应部件的端部嵌设在所述定位块内，所述紧固件用于将所述固定板的一侧与所述定位块固定，所述固定板的另一侧设有用于对所述感应部件进行轴向限位的限位边。

进一步的，所述缸体的两端分别设有第一油口和第二油口，所述活塞将所述缸体内腔分为有杆腔和无杆腔，所述第一油口与无杆腔连通，所述第二油口与有杆腔连通。

进一步的，所述导向套内壁与所述活塞杆之间设有第一密封组件。

进一步的，所述活塞的外壁与所述缸体内壁之间设有第二密封组件。

进一步的，所述感应部件上设有屏蔽罩。

本发明的有益效果是，

利用磁致伸缩原理来对油缸进行位移检测，通过内置的磁铁与外置的感应部件之间的相对运动产生的电信号来实现油缸运动过程中任意位置的测量，可以省去连接线缆，避免因线缆拉断而导致位移检测失效，并且，还能够简化油缸的整体结构。当感应部件损坏时，也便于拆卸维修。而且相对于霍尔原理而言，磁致伸缩原理具有连续性好、适应能力强的优点。在实际使用过程中磁致伸缩传感器可以输出出连续变化的电信号，更加利于主机处理器对于信号的捕捉及计算。

通过平键、键槽和平面的相互配合，可以对安装块和磁铁的周向进行定位，防止拧紧活塞时的力矩造成安装块的周向偏转。通过将安装块设于台阶部与活塞之间，可以对安装块的轴向进行定位。

通过固定组件可以对感应部件的轴向和周向进行定位。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的伸缩油缸的剖视图。

图2是本发明的感应部件和磁铁的示意图。

图3是本发明的安装块的结构示意图。

图4是本发明的键槽的结构示意图。

图5是本发明的活塞杆的台阶部的结构示意图。

图6是本发明的图1中D-D处的剖视图。

图7是本发明的安装块和活塞装配后示意图。

图8是本发明的方案一的结构示意图。

图9是本发明的方案二的结构示意图。

图10是本发明的方案三的结构示意图。

图11是本发明的方案四的结构示意图。

图12是本发明的缓冲凹槽的示意图。

图13是本发明的固定组件的结构示意图。

图14是本发明的屏蔽罩的结构示意图。

图中：1、缸体；2、活塞杆；3、导向套；4、活塞；5、安装块；6、磁铁；7、感应部件；8、第一平键；9、第二平键；11、固定组件；12、第一油口；13、第二油口；21、台阶部；51、安装槽；52、第一键槽；53、第二键槽；54、缓冲凹槽；111、定位块；112、紧固件；113、固定板；1131、限位边；211、第一平面；212、第二平面；511、安装面；521、第一槽壁；522、第二槽壁；523、第三槽壁；101、第一密封组件；102、第二密封组件；103、屏蔽罩；200、锁紧螺钉；201、锁紧螺母。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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1至图14所示，本发明的伸缩油缸，包括：缸筒和感应部件7，缸筒内设有活塞组件，活塞组件上设有磁铁6，磁铁6能够跟随活塞组件沿轴向移动；感应部件7安装在缸筒的外壁上，感应部件7与活塞组件平行设置，感应部件7与磁铁6相对设置；感应部件7通过感应磁铁6的轴向位置实现对活塞组件的位移检测。本发明通过磁致伸缩感应原理来实现对活塞组件位移的检测，感应部件7与磁铁6之间无需连线，减少了传感器失效的风险。

例如，缸筒包括：缸体1和导向套3，导向套3与缸体1的一端连接；活塞组件包括：活塞杆2和活塞4，活塞杆2的一端贯穿导向套3，活塞杆2的另一端位于缸体1内，活塞4与活塞杆2螺纹连接。活塞杆2上设有安装块5，磁铁6嵌设在安装块5上。

换言之，活塞4和安装块5可以随着活塞杆2的移动而移动，当安装块5移动时，磁铁6也会跟着移动。感应部件7内部集成有波导丝、信号发射元件和信号接收元件，信号发射元件发出电流脉冲并沿波导丝传播，电流脉冲产生的磁场遇到磁铁6的磁场后会反射一个电脉冲信号并被信号接收元件接收，通过计算这个电脉冲信号被信号接收元件接收到的时间即可确定磁铁6当前所在的位置，从而确定活塞杆2的位移。本发明通过不接触的感应原理实现对活塞杆2位移的检测，减少了在缸体1内部与外部之间的信号线，在使用过程中，不必担心因信号线被拉断而导致位移检测失效。

油缸在运行过程中，磁铁6始终随活塞杆2直线运动并与活塞杆2保持相对静止。而感应部件7固定在缸体1外壁上，始终与缸体1保持相对静止。感应部件7持续释放电流脉冲，任意时刻都有电流脉冲到达磁铁6处被反射回来，即磁铁6在量程内任意位置都可被测量，由于波导丝具有连续性，所以脉冲信号在传输过程中也是连续的。

磁致伸缩感应测量的准确性很大程度上取决于磁铁6的磁场强度，故为了保证感应部件7能够接收到最大程度的磁通量是本方案的重点。也就是说，在使用过程中的难点在于，要保证感应部件7的轴向和周向位置保持不动，磁铁6的周向位置保持稳定。如果，在油缸工作时，磁铁6的周向位置发生偏移，那么，就会导致脉冲信号的反射、接收受到影响，从而影响检测精度。如果感应部件7的周向、轴向位置发生偏移，也会影响检测精度。

由于本发明的磁铁6是设置在安装块5上的，因此，对磁铁6的周向定位就转换为了对安装块5的周向定位。

具体的，安装块5的外周面上开设有安装槽51，磁铁6安装在安装槽51内。例如，在本实施例中，磁铁6为D型结构，D型结构可以使得磁感线的方向更集中，更多的磁感线能够穿过缸体1，可以强化磁场以实现小体积产生大磁场的作用。安装块5远离活塞4的一端的内壁上开设有第一键槽52和第二键槽53，第一键槽52与第二键槽53相对设置。活塞杆2的一端设有台阶部21，台阶部21上设有第一平面211和第二平面212，第一平面211和第二平面212相对设置。安装槽51的安装面511与第一平面211相互平行，第一平面211与第二平面212相互平行。伸缩油缸还包括：第一平键8和第二平键9，第一平键8插设在第一键槽52内，第二平键9插设在第二键槽53内，第一平键8与第一平面211相抵接，第二平键9与第二平面212相抵接。

需要说明的是，安装块5位于台阶部21与活塞4之间。台阶部21和活塞4可以对安装块5的轴向位置进行定位。活塞4与活塞杆2端部之间通过螺纹连接紧固。安装块5的周向定位通过键槽、平面和平键的相互配合来实现。由于磁铁6是嵌设在安装槽51内的，安装面511与磁铁6相贴合，第一平面211和第二平面212用于限制安装块5的周向偏转，将安装面511、第一平面211、第二平面212三者设计成保持平行，在防转的基础上，可以进一步提升磁铁6与感应部件7之间相对位置精度，从而提高位移检测精度。第一键槽52和第二键槽53处于同一直线上。第一键槽52和第二键槽53的结构相同。以第一键槽52为例，第一键槽52包括第一槽壁521、第二槽壁522和第三槽壁523，第一槽壁521和第二槽壁522位于安装块5的轴线两侧，第三槽壁523的一侧与第一槽壁521固定连接，第三槽壁523的另一侧与第二槽壁522固定连接。与第三槽壁523相对的一侧为开口。使用时，第一平键8从开口处插入第一键槽52内。第一平键8的厚度大于第一键槽52的深度，其中，第一键槽52的槽底为平面。当安装块5与活塞杆2装配时，第一平键8的平面与台阶部21上的第一平面211贴合。这样，能够有效对安装块5进行周向定位，防止安装块5转动。一般情况下磁致伸缩传感器的磁敏感方向为轴向方向，D型结构的磁铁6为中间厚两侧薄，故中间区域磁感线更密集，磁场更强。而磁感线穿过缸体1后会大幅度衰减，因此需要保证磁场最强处正对感应部件7。但是考虑到油缸装机后存在误差累积会导致磁场与感应部件7之间的周向偏转角度超过误差可以接受范围，所以在设计结构时，需要保证磁铁6与感应部件7之间无周向偏转。因此，本发明结构改进的主要目的是保证磁铁6与感应部件7之间的周向位置精度，通过键槽、平面和平键的相互配合能够对安装块5进行周向定位，从而防止磁铁6与感应部件7之间的发生周向角度偏转。

需要说明的是，本发明的台阶部21的定位结构(即第一平面211和第二平面212)设计平面结构的理由是：在油缸工作过程时，活塞杆2受到推拉力，定位结构设计成平面在活塞杆2受拉时，定位结构的受理较均匀，减小定位结构对活塞杆2强度的影响。假设将定位结构设计成槽状，那么当安装块5与活塞杆2装配好后，在安装活塞4时(即活塞4上力矩后)，平键与键槽受到剪切力，平键的两侧面受到相反方向的力，非常容易将平键剪断，另外，活塞杆2受推拉力，台阶部21开槽后会有轴向锐边形成，周向存在不圆滑的台阶缺陷，导致应力集中，受拉时易断裂。

例如，第一平面211的宽度大于第一平键8的宽度。第二平面212的宽度大于第二平键9的宽度。第一平面211和第二平面212的宽度相同。一方面，可以有效防止安装块5周向偏转；另一方面，第一平面211和第二平面212的宽度大了以后可以在一定程度上会减小第一平面211与第二平面212之间的厚度H。例如，第一平面211的宽度为台阶部21直径的0.3～0.35，在本实施例中，第一平面211与第二平面212的宽度为30mm，则厚度H为88mm。活塞4施加力矩后可等效为一组力作用在安装块5上，通过受力分析可知，距离轴心越远，受切向力越大，本发明中的平键需抵抗挤压变形从而起到对安装块5的防转作用，因此，通过减小厚度H可以降低平键所受的切向力。

需要说明的是，本发明的键槽、平面、平键的周向定位方式并不是容易想到的。发明人在研发设计的过程中经历了多轮方案的推演才最终得到了本发明的优选方案。

方案一：如图8所示，在本方案中，活塞4位于安装块5和台阶部21之间，即，安装块5位于活塞4的后端。在活塞杆2上打孔，然后通过锁紧螺钉200穿过安装块5以将安装块5与活塞杆2进行固定并防止安装块5偏转。在安装块5的后端通过锁紧螺母201对安装块5进行轴向限位。

对于该方案，在实际装配过程中，安装块5会先进入缸体1内，强大的磁性会让磁铁6会吸住缸体1内壁，想要把活塞杆2继续往里推时，较难推动，并且，推动后也可能会造成缸体1内壁损坏。因此，方案一存在装配难的问题。

方案二：为了改善方案一装配困难的问题，如图9所示，在本方案中，将安装块5的位置和活塞4的位置对调，安装块5前端面与台阶部21抵接，安装块5后端面与活塞4抵接。活塞4通过大力矩固定在活塞杆2上，对安装块5的轴向进行定位。

对于该方案，在装配时，活塞段先进入缸体1内，活塞4上的导向环起到支撑作用，当磁铁段进入缸体1内时，磁铁6的吸附力不足以克服到导向环的支撑力，因此，磁铁6不会吸住缸体1内壁，可改善方案一装配难的问题。但是，在本方案中，安装块5的轴向定位依靠活塞4的大力矩，在活塞4与活塞杆2组装过程中，由于活塞4的端面与安装块5的端面接触，活塞4的旋转会一定程度上带动安装块5旋转，导致磁铁6的周向位置发生偏移。因此，方案二无法解决安装块5周向定位的问题。

方案三：对于方案二存在的问题，首先想到的是通过螺钉对安装块5进行周向定位。如图10所示，在活塞杆2的台阶部21处打孔，通过锁紧螺钉200将安装块5的前端与台阶部21固定。

对该方案，需要在台阶部21打孔，但是挖掘机油缸常规的工况为高压力大载荷，这导致活塞杆2在缩回时，活塞4的前端受到很大的拉应力，活塞杆2上径向打孔会造成孔处应力集中，高频次拉压后会导致孔处疲劳裂开，进而导致活塞杆2损坏。因此，方案三存在拉压时，活塞杆2上孔处应力集中的问题。

方案四：为了改善方案三存在的问题，如图11所示，方案四中，在活塞杆2的台阶部21上铣出一个平面A，在安装块5的前端也铣出一个平面B，当安装块5与活塞杆2装配时，平面A与平面B相贴合，以实现对安装块5的周向定位。

对于该方案，当活塞杆2受拉时，平面A处的受力较均匀，应力会分布到退刀槽处，故对活塞杆2的强度影响较小。但是，在加工安装块5时，会先车出内孔，然后在铣削加工出平面B，为了铣出平面B，需要同时铣出平面B周围的圆环面，这种加工方式存在效率低、耗时长的问题。

为了改善方案四存在的问题，本发明在台阶部21设计第一平面211和第二平面212，在安装块5的前端铣出键槽，再利用平键插入键槽内实现对安装块5的周向定位，这样，可以减小铣销的加工量，提高加工效率。

也就是说，本发明的优选方案是经过多个方案的逐步推演才得到，本发明的优选方案兼顾了易装配和加工效率高两方面，并且实现了对安装块5的周向定位。因此，本发明的技术方案并不是容易想到的，发明人付出了创造性劳动。

考虑到油缸在工作过程中，在活塞杆2完全伸出和完全缩回时，会出现撞击的情况。由于磁铁6较脆，强烈的撞击可能会导致磁铁6碎裂，碎屑如果进入油液中，会导致油缸失效。为了改善这一问题，例如，安装块5上设有缓冲凹槽54，缓冲凹槽54位于安装槽51远离活塞4的一侧。磁铁6外部设有包覆层。本发明将安装块5的前端进行加长，并在加长段车出缓冲凹槽54作为缓冲区域，以减小撞击对磁铁6造成的冲击。并且，在缓冲凹槽54内设置导向环进一步提升了隔污效果，防止油缸小腔内油污颗粒直接与磁铁6接触而吸附在磁铁6上后导致油缸拉缸的情况出现。并且，导向环与缸体1内壁接触，也能够起到一定的支撑作用，当油缸受到侧向载荷时导向环起到支撑作用，防止缸体1直接压在磁铁6上造成磁铁6的压碎或者缸体1的拉伤。同时，在磁铁6外部增加包覆层，这样，即便磁铁6碎裂，也能有效防止碎屑进入油液中。本发明通过设置缓冲区域和包覆层，可以起到双重保护作用。

对于感应部件7的周向和轴向定位，本发明采用的方案是，在缸体1外壁上设置用于固定感应部件7的固定组件11。固定组件11包括：定位块111、紧固件112以及固定板113，感应部件7的端部嵌设在定位块111内，紧固件112用于将固定板113的一侧与定位块111固定，固定板113的另一侧设有用于对感应部件7进行轴向限位的限位边1131。需要说明的是，固定组件11为两组，分别对感应部件7的两端进行固定和限位。定位块111固定在缸体1上，感应部件7的端部嵌设在定位块111内以对感应部件7的周向进行定位，固定板113压在定位块111上并通过紧固件112(例如是螺钉)进行固定。固定板113的侧边设有限位边1131，限位边1131可以对感应部件7的轴向进行定位，两个限位边1131刚好与感应部件7的两端抵接。当因震动较大的工况导致紧固件112松动(但未松脱)时，限位边1131可以防止感应部件7轴向窜出。

此外，由于挖掘机经常在矿山作业，铁矿石本身具有磁性，会对感应部件7产生干扰，影响测量精度。因此，本发明在感应部件7上设有屏蔽罩103。屏蔽罩103罩设在感应部件7上以隔绝外部磁场干扰。屏蔽罩103例如可以采用碳钢材质。

例如，缸体1的两端分别设有第一油口12和第二油口13，活塞4将缸体1内腔分为有杆腔和无杆腔，第一油口12与无杆腔连通，第二油口13与有杆腔连通。当第一油口12进油时，第二油口13出油，活塞杆2伸出。当第二油口13进油时，第一油口12出油，活塞杆2缩回。例如，导向套3内壁与活塞杆2之间设有第一密封组件101。活塞4的外壁与缸体1内壁之间设有第二密封组件102。通过第一密封组件101可以提高油缸内腔整体的密封性，防止漏油。通过第二密封组件102可以防止无杆腔和有杆腔之间漏油。

本发明在装配时，先将平键插入键槽内，然后将安装块5(磁铁6已安装)安装在活塞杆2上，使得平键与平面相贴合。然后再安装活塞4，活塞4根据螺纹旋入活塞杆2直至与安装块5后端紧贴。然后再借助工具，将活塞4拧紧。本发明通过键槽、平键和平面的相互配合，在工具用大力矩拧紧活塞4时，可以防止安装块5周向偏转，从而保证磁铁6的周向定位。

综上所述，本发明的伸缩油缸，至少具有以下优点：

(1)利用磁致伸缩原理来对油缸进行位移检测，通过内置的磁铁6与外置的感应部件7之间的相对运动产生的电信号来实现油缸运动过程中任意位置的测量，可以省去连接线缆，避免因线缆拉断而导致位移检测失效，并且，还能够简化油缸的整体结构。当感应部件7损坏时，也便于拆卸维修。

(2)通过平键、键槽和平面的相互配合，可以对安装块5和磁铁6的周向进行定位，防止因拧紧活塞4时造成安装块5的周向偏转。通过将安装块5设于台阶部21与活塞4之间，可以对安装块5的轴向进行定位。

(3)通过固定组件11可以对感应部件7的轴向和周向进行定位。

(4)通过屏蔽罩103，可以防止外界磁场对感应部件7的干扰。

(5)通过缓冲区域和包覆层，可以防止磁铁6的碎裂以及碎屑进入油液中。通过在缓冲凹槽54内设置导向环，可以提高安装块5的支撑性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。