一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸

技术领域

本发明属于液压缸技术领域，具体涉及一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸。

背景技术

安全是铁路永恒的主题，针对铁路机车车辆脱轨救援顶复法，所谓顶复法是指用特制液压千斤顶和辅助机具从脱轨机车车辆下部顶起机车，将其移至正确的位置。由于高速动车车组重量可达70吨，并且车组下部空间狭窄、顶复作业需要行程大，以及救援装备满足体积小、重量轻等要求。

现有泵站油压70MPa，要求液压缸的顶升力70t，在满足上述工作条件下必须使用超高压液压油缸，目前超高压液压缸采用单一材料制造，油缸尺寸过大，油缸重量过大，难以满足在狭小的空间作业，不满足铁路救援装备的便携性，因此研发一种轻量化超高压钛/铝复合用双作用多级液压缸对提高铁路救援效率很有必要。

发明内容

针对现有超高压油缸因尺寸大、重量大、救援效率低等问题，本发明提供了一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸，所述油缸的结构包括活柱、一级缸、二级缸、三级缸和缸盖，所述活柱由TC4钛合金活柱外套筒内套7075铝合金活柱内套筒组成；所述一级缸由TC4钛合金一级缸外套筒内套7075铝合金一级缸内套筒组成；所述二级缸为7075铝合金二级缸；所述三级缸为7075铝合金三级缸；

在所述缸盖的上方设有活柱，所述TC4钛合金活柱外套筒外套7075铝合金三级缸，所述7075铝合金三级缸外套7075铝合金二级缸，所述7075铝合金二级缸外套7075铝合金一级缸内套筒，所述7075铝合金一级缸内套筒外套TC4钛合金一级缸外套筒；

在一级缸缸筒的外壁上设置有下螺纹油孔、上螺纹油孔，连接液控单向阀，用于避免复合界面渗油。

进一步，所述TC4钛合金一级缸外套筒与7075铝合金一级缸内套筒过盈联接。

进一步，所述TC4钛合金活柱外套筒与7075铝合金活柱内套筒过盈联接。

进一步，所述缸盖与所述一级缸的底部通过螺纹连接。

进一步，所述一级缸和所述缸盖接触的圆柱面上设置有竖向的O形圈和挡圈，用于一级缸和缸盖之间的密封。

进一步，所述活柱、7075铝合金三级缸和7075铝合金二级缸的活塞杆密封形式是两个导向套和一个斯特封的组合式活塞杆密封；所述组合式活塞杆密封分别设置在一级缸、二级缸和三级缸的内缸壁底部，从上到下依次是导向套、斯特封和导向套。

进一步，所述一级缸、7075铝合金二级缸和7075铝合金三级缸的缸筒密封形式是一个防尘圈、一个格莱圈和一个导向套的组合式缸筒密封；所述组合式缸筒密封分别设置在活柱、三级缸和二级缸的外缸壁顶部，且从上到下依次为防尘圈、格莱圈、导向套。

进一步，在7075铝合金三级缸和7075铝合金二级缸的内壁上分别安装有孔用挡圈。

进一步，在所述一级缸内设有独立的油道Ⅰ，在所述二级缸内设有独立的油道Ⅱ，在所述三级缸内设有独立的油道Ⅲ；油道Ⅰ、油道Ⅱ和油道Ⅲ顺序连通，在油道Ⅱ和油道Ⅲ的顶部设有油堵。

一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸的使用方法，作业时，当油缸需要伸出时，高压液压油通过液控单向阀一级缸下螺纹进油口进入到一级缸、二级缸、三级缸和活柱底部，在液压油的作用下，各缸伸出实现顶举；当高压液压油通过一级缸的上螺纹油孔，经过油道Ⅰ、油道Ⅱ、油道Ⅲ进入各活塞杆腔，此时活塞杆收缩，油缸完成一个工作循环。解决了铁路救援油缸尺寸大、重量大，救援效率低的问题。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

油缸导向和筒体一体化设计，采用组合密封和导向元件，保证了密封性和运动的稳定性，各筒体采用内沟通油道，从根本上减小油缸高度；

一级缸和活柱材质设计选用了钛合金TC4外套筒与铝合金7075内套筒过盈联接复合而成，重量从38.4kg减轻了10.1kg，减重26.3％，并保证了油缸的强度；

在一级缸筒上采用通孔螺纹与液控单向阀连接，避免了液压油经过钛/铝复合界面，解决了复合界面渗油的问题。

改善了液压油在壁厚方向产生的径向力沿壁厚方向分布不均匀的情况，充分利用材料，发挥材料的最大性能。

钛合金包裹，发挥了钛合金耐磨、耐腐蚀性能，并提高了油缸刚度；铝合金填充提高整体强度，并保证活塞运动的稳定性，避免偏载产生失效。

附图说明

图1为本发明的液压油缸的结构示意图；

图2为本发明的液压油缸俯视图；

图3为本发明组合式缸筒密封的局部结构示意图；

图4为本发明组合式活塞杆密封的局部结构示意图；

图5单层筒体和双层筒体应力分布对比示意图。

附图标记：1、一级缸外套筒；2、一级缸内套筒；3、二级缸；4、三级缸；5、活柱外套筒；6、活柱内套筒；7、缸盖；8、防尘圈，9、格莱圈，10、导向套，11、斯特封，12、O型圈；13、挡圈；14、孔用挡圈；15、油堵；16、下螺纹油孔；17、液控单向阀；18、上螺纹油孔；19、油道Ⅰ；20、油道Ⅱ；21、油道Ⅲ。

具体实施方式

实施例1

一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸，如图1本发明的结构示意图所示，所述油缸的结构包括活柱、一级缸、二级缸、三级缸和缸盖7，所述活柱由TC4钛合金活柱外套筒5内套7075铝合金活柱内套筒6组成；所述一级缸由TC4钛合金一级缸外套筒1内套7075铝合金一级缸内套筒2组成；所述二级缸为7075铝合金二级缸3；所述三级缸为7075铝合金三级缸4；

在所述缸盖7的上方设有活柱，所述TC4钛合金活柱外套筒5外套7075铝合金三级缸4，所述7075铝合金三级缸4外套7075铝合金二级缸3，所述7075铝合金二级缸3外套7075铝合金一级缸内套筒2，所述7075铝合金一级缸内套筒2外套TC4钛合金一级缸外套筒1；

在一级缸缸筒的外壁上设置有下螺纹油孔16、上螺纹油孔18，连接液控单向阀17，用于避免复合界面渗油。

进一步，所述TC4钛合金一级缸外套筒1与7075铝合金一级缸内套筒2过盈联接。

进一步，所述TC4钛合金活柱外套筒5与7075铝合金活柱内套筒6过盈联接。

进一步，所述缸盖7与所述一级缸的底部通过螺纹连接。

进一步，所述一级缸和所述缸盖7接触的圆柱面上设置有竖向的O形圈12和挡圈13，用于一级缸和缸盖7之间的密封。

进一步，所述活柱、7075铝合金三级缸4和7075铝合金二级缸3的活塞杆密封形式是两个导向套10和一个斯特封11的组合式活塞杆密封；所述组合式活塞杆密封分别设置在一级缸、二级缸和三级缸的内缸壁底部，从上到下依次是导向套10、斯特封11和导向套10。如图4为本发明组合式活塞杆密封的局部结构示意图所示；

进一步，所述一级缸、7075铝合金二级缸3和7075铝合金三级缸4的缸筒密封形式是一个防尘圈8、一个格莱圈9和一个导向套10的组合式缸筒密封；所述组合式缸筒密封分别设置在活柱、三级缸和二级缸的外缸壁顶部，且从上到下依次为防尘圈8、格莱圈9、导向套10。如图3为本发明组合式缸筒密封的局部结构示意图所示；

进一步，在7075铝合金三级缸4和7075铝合金二级缸3的内壁上分别安装有孔用挡圈16。

进一步，在所述一级缸内设有独立的油道Ⅰ19，在所述二级缸内设有独立的油道Ⅱ20，在所述三级缸内设有独立的油道Ⅲ21；油道Ⅰ19、油道Ⅱ20和油道Ⅲ21顺序连通。在油道Ⅱ20和油道Ⅲ21的顶部设有油堵15，如图2本发明的液压油缸俯视图所示。

实施例2

一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸的使用方法，作业时，当油缸需要伸出时，高压液压油通过液控单向阀17一级缸下螺纹进油口进入到一级缸、二级缸、三级缸和活柱底部，在液压油的作用下，各缸伸出实现顶举；当高压液压油通过一级缸的上螺纹油孔18，经过油道Ⅰ19、油道Ⅱ20、油道Ⅲ21进入各活塞杆腔，此时活塞杆收缩，油缸完成一个工作循环。解决了铁路救援油缸尺寸大、重量大，救援效率低的问题。

实施例3

在动车组脱轨转向架下架设横移梁、横移小车、主顶升油缸、横移油缸等，采用主顶升油缸同时顶起转向架侧架底面，将脱轨事故车辆抬高至轮缘高于轨面，然后进行横移。使事故车辆轮对位于轨道上方并与轨道对正，落下主顶升油缸，将事故车辆复轨。

实施例4

一种轻量化超高压钛/铝复合双作用多级液压油缸，一级缸和活柱材质设计选用了钛合金TC4外套筒与铝合金7075内套筒过盈联接复合而成，重量从38.4kg减轻了10.1kg，减重26.3％；具体数据见表1。

表1

实施例5

计算得出内筒内壁屈服应力：(σ

表2一级缸轻量化设计前后的对比分析

改善了液压油在壁厚方向产生的径向力沿壁厚方向分布不均匀的情况，充分利用材料，发挥材料的最大性能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。