液压缸和工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种液压缸和工程机械。

背景技术

随着对车辆行驶平顺性和越野性能要求的提高，独立悬架技术在对越野性能要求较高的多轴轮式重载车辆上逐渐被推广应用。与非独立悬架相比，独立悬架系统具有簧下质量小的特点，悬架受到的冲击载荷小，左右车轮没有交互影响，可有效减少车身的倾斜和振动。公路行驶时，匹配独立悬架的车辆表现出优良的K-C悬架动力学特性，轮胎受力好，具有大转向角度特性等等。

独立悬架系统中需要配置具有转向中位锁定功能的油缸，这种油缸的结构一般比较复杂，部件数量多、占用空间大、质量重；相关技术中还有一些油缸，集成了转向、转向中位锁定、悬架升\降三种功能，这种油缸一旦一处出现内泄漏量大、被其他损坏等问题时，就需要更换油缸总成，更换或维修成本太高。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明实施例提供一种液压缸和工程机械，改善液压缸的功能。

根据本发明的第一个方面，提供一种液压缸，包括：

壳体；

活塞杆，可动地设置在壳体内；

第一活塞，设置在壳体内并与活塞杆连接；和

连接件，与第一活塞相互配合，活塞杆带动第一活塞相对于壳体运动以驱动连接件相对于壳体转动。

在一些实施例中，连接件设有沿周向布置的啮合齿，第一活塞设有齿条，啮合齿和齿条相互啮合。

在一些实施例中，连接件可转动地安装在壳体内。

在一些实施例中，壳体包括容纳部，容纳部被配置为形成用于至少部分地容纳连接件的容纳空间，且容纳部的内壁与连接件之间具有间隙。

在一些实施例中，液压缸还包括设置于壳体内的液压腔，容纳部设有油口，容纳空间与液压腔连通。

在一些实施例中，液压缸还包括设置在壳体内的活塞组件和液压腔，活塞组件和液压腔被配置为使第一活塞在第一位置和第二位置之间运动以及使第一活塞保持在第三位置，第三位置位于第一位置和第二位置的中间。

在一些实施例中，液压缸还包括挡块，挡块将壳体分隔为第一空间和第二空间，活塞杆可滑动地穿设在挡块中，第一活塞设置在第一空间内，活塞组件包括：

第二活塞，与活塞杆连接并设置在第二空间内；

第三活塞，可动地设置在第二空间内并位于第一活塞和第二活塞之间；和

第四活塞，可动地设置在第二空间内并位于第二活塞的远离第三活塞的一侧；

其中，第一活塞的远离挡块的一侧形成第一液压腔，第一活塞与挡块之间形成第二液压腔，第三活塞的远离第二活塞的一侧形成第三液压腔，第三活塞和第四活塞之间形成第四液压腔，第四活塞的远离第二活塞的一侧形成第五液压腔。

在一些实施例中，壳体包括第一壳体和第二壳体，挡块设置在第一壳体和第二壳体之间，第一空间位于第一壳体内，第二空间位于第二壳体内；或者，挡块设置在壳体的内部，以将壳体的内部空间分隔为第一空间和第二空间。

在一些实施例中，液压缸还包括检测装置，检测装置用于检测连接件相对于壳体转动的角度。

根据本发明的第二个方面，提供一种工程机械，包括转向节臂和上述的液压缸，连接件与转向节臂连接以驱动转向节臂转动。

基于上述技术方案，本发明液压缸实施例中包括与第一活塞配合的连接件，在第一活塞在活塞杆的带动作用下相对于壳体运动时，第一活塞可以驱动连接件相对于壳体转动，以便于驱动与连接件连接的执行机构发生转动。本发明实施例将用于与执行机构连接的连接件与液压缸集成在一起，提高了部件的集成程度，在与执行机构连接时可以省略活塞与连接件之间的连接步骤，提高装配效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a为本发明液压缸一个实施例中活塞杆处于中位时的结构示意图。

图1b为本发明液压缸一个实施例中活塞杆处于左位时的结构示意图。

图1c为本发明液压缸一个实施例中活塞杆处于右位时的结构示意图。

图2为本发明工程机械转向装置一个实施例的结构示意图。

图3为本发明工程机械转向装置另一个实施例的结构示意图。

图4为本发明工程机械转向装置又一个实施例的结构示意图。

图5为图4实施例中的工程机械转向装置处于左转状态的结构示意图。

图6为图4实施例中的工程机械转向装置处于右转状态的结构示意图。

图7为图4实施例中的工程机械转向装置的主视图。

图中：

101、壳体；101a、第二壳体；101b、第一壳体；102、第四活塞；103、第二活塞；104、第三活塞；105、活塞杆；106、挡块；107、第一活塞；107a、齿条；108、第一液压腔；108a、第一油口；109、连接件；109a、啮合齿；109b、输出端；110、第二液压腔；110a、第二油口；110b、盖帽；111、第三液压腔；111a、第三油口；112、第四液压腔；112a、第四油口；113、第五液压腔；113a、第五油口；114、端盖；115、检测装置；

201、第一转向节臂；202、第一拉杆总成；203、第二转向节臂；204、第一液压缸；205、第三拉杆总成；206、第二液压缸；207、第四转向节臂；208、第二拉杆总成；209、第三转向节臂；210、第二轮边；211、第一轮边；212、第二支架；213、第一支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。

如图1a-1c所示，在本发明提供的液压缸的一些实施例中，液压缸包括壳体101、活塞杆105、第一活塞107和连接件109，活塞杆105可动地设置在壳体101内，第一活塞107设置在壳体101内并与活塞杆105连接，连接件109与第一活塞107相互配合，活塞杆105带动第一活塞107相对于壳体101运动以驱动连接件109相对于壳体101转动。

在上述实施例中，液压缸包括与第一活塞107配合的连接件109，在第一活塞107在活塞杆105的带动作用下相对于壳体101运动时，第一活塞107可以驱动连接件109相对于壳体101转动，以便于驱动与连接件109连接的执行机构发生转动。本发明实施例将用于与执行机构连接的连接件109与液压缸集成在一起，提高了部件的集成程度，在与执行机构连接时可以省略活塞与连接件之间的连接步骤，从而简化安装，提高装配效率。

连接件109与第一活塞107之间的配合形式可以有多种选择。

在一些实施例中，连接件109设有沿周向布置的啮合齿109a，第一活塞107设有齿条107a，啮合齿109a和齿条107a相互啮合。

连接件109与第一活塞107通过啮合齿109a和齿条107a相互配合，通过第一活塞107相对于壳体101的直线运动，可以实现连接件109相对于壳体101的转动。

如图2所示，连接件109包括呈圆柱体形状，连接件109的第一端与第一活塞107相互配合，第一端设有沿旋转方向的周向布置的啮合齿109a，啮合齿109a沿径向向外突出，连接件109的第一端插入壳体101的内部。

在一些实施例中，连接件109可转动地安装在壳体101内。连接件109整体地位于壳体101的内部。

在另一些实施例中，连接件109部分地位于壳体101的内部，连接件109的第二端伸出壳体101并与执行机构连接。

在一些实施例中，壳体101包括容纳部，容纳部被配置为形成用于至少部分地容纳连接件109的容纳空间，且容纳部的内壁与连接件109之间具有间隙。这样可以在连接件109相对于壳体101转动时避免连接件109与壳体101发生碰磨。

在一些实施例中，液压缸还包括设置于壳体101内的液压腔，容纳部设有油口，容纳空间与液压腔连通。通过在容纳部设置油口，可以通过该油口向液压腔中通入液压油，在液压油进入液压腔之前会流经容纳空间，可以利用液压油对连接件109与第一活塞107之间的转动配合进行润滑，提高转动的顺畅性。

在一些实施例中，液压缸还包括设置在壳体101内的活塞组件和液压腔，活塞组件和液压腔被配置为使第一活塞107在第一位置和第二位置之间运动以及使第一活塞107保持在第三位置，第三位置位于第一位置和第二位置的中间。

第一活塞107在位于第三位置两侧的第一位置和第二位置之间运动，以第三位置作为中位参考位置，可以实现连接件109的转动和换向，并实现在中位位置的锁定。

在一些实施例中，液压缸还包括挡块106，挡块106将壳体101分隔为第一空间和第二空间，活塞杆105可滑动地穿设在挡块106中，第一活塞107设置在第一空间内，活塞组件包括第二活塞103、第三活塞104和第四活塞102，第二活塞103与活塞杆105连接并设置在第二空间内，第三活塞104可动地设置在第二空间内并位于第一活塞107和第二活塞103之间，第四活塞102可动地设置在第二空间内并位于第二活塞103的远离第三活塞104的一侧。

其中，第一活塞107的远离挡块106的一侧形成第一液压腔108，第一活塞107与挡块106之间形成第二液压腔110，第三活塞104的远离第二活塞103的一侧形成第三液压腔111，第三活塞104和第四活塞102之间形成第四液压腔112，第四活塞102的远离第二活塞103的一侧形成第五液压腔113。

在一些实施例中，壳体101为分体式结构，壳体101包括第一壳体101a和第二壳体101b，挡块106设置在第一壳体101a和第二壳体101b之间，第一空间位于第一壳体101a内，第二空间位于第二壳体101b内。

在另一些实施例中，壳体101为一个整体式的壳体，挡块106设置在壳体101的内部，以将壳体101的内部空间分隔为第一空间和第二空间。

在一些实施例中，液压缸还包括检测装置，检测装置用于检测连接件109相对于壳体101转动的角度。检测装置可以与控制装置信号连通，检测装置检测到的转动角度可以发送至控制装置，以便控制装置对各个液压腔的油口开度进行控制。检测装置可以采用角度传感器等。

基于上述的液压缸，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括转向节臂和上述的液压缸，转向节臂与连接件109连接，以通过连接件109驱动转向节臂转动。

在一些实施例中，工程机械还包括第一转向组件、第二转向组件、与第一转向组件连接的第一液压缸和与第二转向组件连接的第二液压缸，第一液压缸和第二液压缸中的至少一个包括上述的液压缸，以使第一液压缸和第二液压缸中的至少一个同时具备转向和中位锁定功能。在第一液压缸和第二液压缸中的一个包括上述的液压缸时，第一液压缸和第二液压缸中的另一个可以采用普通的转向油缸。

在一些实施例中，第一转向组件包括第一转向节臂201、第二转向节臂203和连接在第一转向节臂201和第二转向节臂203之间的第一拉杆总成202，第一转向节臂201用于与第一车轮连接，第二转向节臂203与第一液压缸的缸杆连接；第二转向组件包括第三转向节臂209、第四转向节臂207和连接在第三转向节臂209和第四转向节臂207之间的第二拉杆总成208，第三转向节臂209用于与第二车轮连接，第四转向节臂207与第二液压缸的缸杆连接。

在一些实施例中，工程机械还包括连接在第二转向节臂203和第四转向节臂207之间的第三拉杆总成205。

下面结合附图1a～7对本发明液压缸一个实施例的结构和应用该液压缸的转向装置的结构和工作过程进行说明：

如图1a-1c所示，液压缸包括壳体101、第四活塞102、第二活塞103、第三活塞104、活塞杆105、挡块106、第一活塞107、第一液压腔108、连接件109、第二液压腔110、第三液压腔111、第四液压腔112、第五液压腔113和端盖114。

壳体101包括第二壳体101a和第一壳体101b，挡块106设置在第二壳体101a和第一壳体101b之间，第二壳体101a、挡块106和第一壳体101b通过螺栓进行连接和固定。第二壳体101a的远离挡块106的一端通过端盖114进行密封，端盖114、第二壳体101a和挡块106共同围成第二空间。第一壳体101b的远离挡块106的一端是基本封闭的结构，第一壳体101b和挡块106共同围成第一空间。

第二壳体101a整体呈筒状结构，第一壳体101b整体大致呈筒状，第一壳体101b包括容纳部，容纳部的内径大于第一壳体101b的其他部分的内径，容纳部呈半圆形向外凸起，以便能够容纳连接件109，并为连接件109相对于第一壳体101b的转动提供足够的运动空间。

第一壳体101b上设有与第一液压腔108连通的第一油口108a和与第二液压腔110连通的第二油口110a。第二油口110a设置在容纳部上，液体通过第二油口110a进入第二液压腔之前会流经连接件109上啮合齿109a与第一活塞107上的齿条107a之间的转动副，从而为转动副提供润滑作用，减小转动阻力。第二油口110a处还设有盖帽110b，可以用于封闭第二油口110a，防止液体泄漏或者阻止灰尘等杂物进入液压腔内。第二壳体101a上设有与第三液压腔111连通的第三油口111a、与第四液压腔112连通的第四油口112a和与第五液压腔113连通的第五油口113a。

活塞杆105的第一端与第一活塞107相连接紧固，第二端与第二活塞103相连接紧固，活塞杆105可以相对壳体101沿轴向平移，第一活塞107和第二活塞103随活塞杆105同步沿轴向平移。第一活塞107上设有齿条107a，连接件109上设有与齿条107a相啮合的啮合齿109a,活塞杆105相对于壳体101运动时，带动第一活塞107平移，第一活塞107进而带动连接件109相对壳体101绕其旋转轴线旋转。连接件109可转动地安装在壳体101的内部。

挡块106将壳体101分隔为第一空间和第二空间，第一活塞107将第一空间分隔为第一液压腔108和第二液压腔110，挡块106和第三活塞104之间为第三液压腔111，第三活塞104和第四活塞102之间为第四液压腔112，第二活塞103也位于第四液压腔112中，第四活塞102和端盖114之间的空间为第五液压腔113。第一液压腔108和第二液压腔110可以为连接件109提供转向助力；第三液压腔111和第五液压腔113可以为连接件109提供转向中位锁定力。

在该液压缸实施例中，至少有三个运动副：第一活塞107与连接件109之间的一对齿轮齿条啮合运动副、第一活塞107与第一壳体101b之间的一对轴向平移副；第四活塞102、第二活塞103、第三活塞104与第二壳体101a之间的轴向平移副。

该液压缸实施例的工作原理是:

1、如图1b所示，当与第一液压腔108连通的第一油口108a为进油口并接通压力油液，第二液压腔110、第三液压腔111、第四液压腔112和第五液压腔113的油口接回油时，第一活塞107在压力油液的作用下按图示方向向左移动，推动齿条107a带动连接件109按图示方向顺时针旋转摆动，与连接件109的输出端109b连接的执行元件同步旋转摆动。与此同时，第一活塞107带动活塞杆105、第四活塞102和第二活塞103按图示方向向左移动。

2、如图1c所示，当与第二液压腔110连通的第二油口110a为进油口并接通压力油液，第一液压腔108、第三液压腔111、第四液压腔112和第五液压腔113的油口接回油时，第一活塞107在压力油液的作用下按图示方向向右移动，推动齿条107a带动连接件109按图示方向逆时针旋转摆动，实现与连接件109的输出端109b连接的执行元件同步旋转摆动。与此同时，第一活塞107带动活塞杆105、第二活塞103、第三活塞104按图示方向向右移动。

3、如图1a所示，当第三液压腔111和第五液压腔113的油口接通压力油液，第一液压腔108、第二液压腔110和第四液压腔112的油口接回油时，第四活塞102、第二活塞103、第三活塞104在压力油液作用下回到图示位置并保持在该位置，第一活塞107以及与其齿轮齿条啮合的连接件109不再旋转摆动。

如图2所示，连接件109的输出端109b连接第二转向节臂203，第二转向节臂203的另一端连接第一拉杆总成202，第二转向节臂203可以绕连接件109的轴线与连接件109同步同角度旋转摆动。

如图3所示，在图2的基础上，连接件109上安装有检测装置115，检测装置115可以用于检测连接件109的旋转摆动角度以及摆动方向，具体可以选用角度传感器等。

如图4所示，将本发明提供的液压缸实施例应用于工程机械的转向装置中。转向装置包括第一转向节臂201、第一拉杆总成202、第二转向节臂203、第一液压缸204、第三拉杆总成205、第二液压缸206、第四转向节臂207、第二拉杆总成208和第三转向节臂209。第一转向节臂201与第一轮边211紧固连接，第一轮边211与第一转向节臂201绕相同的旋转轴线旋转，同方向同角度转向。第三转向节臂209与第二轮边210紧固连接，第一轮边211与第一转向节臂201绕相同的旋转轴线旋转，同方向同角度转向。第一液压缸204的输出端有一个第二转向节臂203，第二转向节臂203绕转向油缸的输出端轴线旋转。第二液压缸206的输出端有一个第四转向节臂207，第四转向节臂207绕第二液压缸206的输出端轴线旋转。第一转向节臂201与第二转向节臂203、第二转向节臂203与第四转向节臂207、第四转向节臂207与第三转向节臂209之间分别连接一个转向拉杆总成。

在如图4所示的实施例中，第一液压缸204和第二液压缸206中的一个采用本发明实施例提供的液压缸，另一个选用普通的只具备转向助力不具备中位锁定功能的液压缸。或者，第一液压缸204和第二液压缸206均采用本发明实施例提供的液压缸。

如图5所示，当油口A、油口C与高压油源相通、油口B、油口D与回油相通时，第二转向节臂203、第四转向节臂207分别绕第一液压缸204、第二液压缸206的输出端轴线顺时针旋转转向，第一转向节臂201在第一拉杆总成202的运动传递下同第一轮边211绕其旋转轴线逆时针旋转转向，第三转向节臂209在第二拉杆总成208的运动传递下同第二轮边210绕其旋转轴线逆时针旋转转向，从而实现转向轴的转向运动。

如图6所示，当油口B、油口D与高压油源相通、油口A、油口C与回油相通时，第二转向节臂203、第四转向节臂207分别绕第一液压缸204、第二液压缸206的输出端轴线逆时针旋转转向，第一转向节臂201在第一拉杆总成202的运动传递下同第一轮边211绕其旋转轴线顺时针旋转转向，第三转向节臂209在第二拉杆总成208的运动传递下同第二轮边210绕其旋转轴线顺时针旋转转向，从而实现转向轴的转向运动。

如图7所示，第一液压缸204通过第一支架213紧固在车架的下端面上，第二液压缸206通过第二支架212紧固在车架的下端面上，第一液压缸204、第二液压缸206的输出端朝下，第二转向节臂203、第四转向节臂207均安装在第一液压缸204、第二液压缸206的输出端且位于第一液压缸204、第二液压缸206的下方。

本发明提供的液压缸集成了转向液压助力功能和转向中位锁定功能，一方面能够满足转向助力的需求，另一方面能按使用需求可靠地将左轮边、右轮边锁定在直线行驶位置上；相比于设置两个转向油缸和一个中位锁定油缸的方案来说，还可以减少独立悬架用转向机构的零部件数量，简化安装，降低独立悬架用转向机构的复杂程度，实现整机轻量化。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。