油液阻尼控制液压作动筒运动速度的末端缓冲装置

技术领域

本发明涉及一种新型液压作动的末端缓冲装置，用于在液压作动筒末端提供缓冲，属于液压技术领域。

背景技术

作动筒又称为液压缸，是液压传动系统中常见的一类执行元件，是用来实现工作机构直线往复运动的能量转换装置。作动筒作为一种直线往复运动执行元件，广泛应用于各行各业中。作动筒的基本组成大体由筒体、活塞、活塞杆、端盖、密封、进出管道等部件组成。作动筒的工作原理是当简体固定时，若筒左腔输人工作液体，液体压力升高到足以克服外界负载时，活塞就开始向右运动。若连续不断地供给油液，则活塞以一定的速度连续运动。作动筒工作的物理本质在于：利用液体压力来克服负载(包括摩擦力)，利用液体流量维持运动速度。飞机的液压作动筒(液压缸)由于作动筒具有结构简单、工作可靠的特点，因而在飞机液压系统中被广泛应用于舵面的操纵，起落架、襟翼和减速板的收放、发动机反推等场合。飞机上的液压作动筒主要有单作用式和双作用式两种基本形式。单作用式作动筒的活塞在液压作用下只能向一个方向运动，然后由弹簧作用返回。压力油从左边通油口进入，油压作用在活塞的端面上，迫使活塞向右运动；当活塞移动时，右边弹簧腔室的空气通过通气小孔排出，弹簧受压；当作用在活塞上的油液压力释压并小于压缩弹簧的张力时，弹簧伸张并推动活塞向左移动；因为活塞的左移，左边腔室油液被挤出通油口，同时空气通过通气孔进入弹簧腔室。当刹车时，液压油迫使活塞伸出将刹车盘紧压在一起实施刹车。脚踏板松开时，弹簧将活塞返回解除刹车。单杆式作动筒常用于在两个方向上需要不同传动力的地方。如在起落架收放系统，常采用此种形式的作动筒。起落架在收上过程中，由于重力和空气动力的作用，使收上时需要较大的传动力。当液压油缸质量较大或负载较大，运动速度较高(>12m/s)时，由于惯性力较大，具有很大的动量。在这种情况下，活塞运动到缸筒的终端时，会与端盖发生机械碰撞，产生很大的冲击和噪声，产重影响加工精度，甚至引起破坏性事故。因此在大型、高速或高精度的液压设备中，常常设有缓冲装置，其目的是使活塞在接近终端时，增大回油阻力，从而减缓运动件的运动速度，避免撞击液压油缸端盖。常用的作动筒有液压作动筒和气压作动筒。一般的液压作动筒可不考虑缓冲装置,但当活塞运动速度很高和运动部件质量很大时,一般在作动筒行程末端采用缓冲装置产生较大的阻力，使工作部件平稳制动，并避免活塞与缸体/缸盖的相互碰撞。作动筒常用来使很大质量的重物作高速的往复运动，因此重物的惯性力很大，当活塞运动速度很高和运动部件质量很大时，为防止活塞在行程终点发生机械撞击,引起噪声、振动和损害设备,则必须设置缓冲装置。液压作动筒行程末端的缓冲机构可使带动负载的活塞部件在到达行程末端时减速，当负载移动的极限位置可以借助作动筒的行程进行限制，减小活塞部件惯性力和液压力造成的活塞与端盖之间的机械撞击；因气缸、油缸所需压力较大，在行程的末端，无可避免地会产生非常大的抗力及反弹力。会在缓冲行程的开始时产生很大的冲击力。所有的油压缓冲器当受到撞击时，活塞杆往内移，迫使液压油通过油孔流入蓄压器内，因而产生抵制力。复归弹簧将活塞杆推回起始位置。液压作动筒的末端缓冲调节困难。

理想的缓冲装置应在作动筒的整个工作过程中保持缓冲压力恒定不变，然而在现有的气动作动筒中，常采用缓冲节流阀、缓冲塞柱等方式进行气动作动筒末端缓冲，无法实现在整个工作过程中都能起到缓冲作用。工作时，高压气体从气源入口进入，推动活塞杆向外推出，在作动筒行程末端，设置有5mm厚的缓冲垫，用于末端缓冲。作动筒有杆腔与外部大气通过透气孔联通，从而降低有杆腔气体压缩影响。实际使用中，上述方案的缓冲效果并不理想。在多次试验后，出现了末端缓冲垫损坏的情况，同时在行程末端，产生的冲击对周边设备带来了较大的影响。目前作动筒末端的缓冲装置常采用外置缓冲节流阀、内置环缝隙节流等方式进行液压作动筒末端缓冲。节流孔下面的容积减小油液必须通过节流孔向上流动。当减震支柱伸长时，气体膨胀，节流孔向上流动。当减震支柱伸长时，气体膨胀，节流孔上面的油液又要通过节流孔向下流动。当减震支柱压缩时，油针向上运动，使得节流孔面积逐渐减小，油液高速流过节流孔时，以一定速度移动的活塞接近行程末端时，活塞的柱塞头部分就进入端盖的缓冲腔；缓冲腔内的油液受到柱塞头的挤压排出到回油腔。由于柱塞头和缓冲腔内孔之间存在着设置的流油间隙，因此油液排出的流量受到限制。间隙会限制缓冲腔油液的排出速度。目前的末端缓冲结构的缺点是使作动筒末端缓冲结构复杂且调节参数繁琐等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种结构简单，工作可靠，能够更好控制节流参数的油液阻尼控制液压作动筒运动速度的末端缓冲装置，该装置实现了液压作动筒末端缓冲效果，解决了液压作动筒的末端缓冲调节困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种油液阻尼控制液压作动筒运动速度的末端缓冲装置，包括：在液压缸体中沿外筒10的内孔作往复直线运动的活塞杆11，其特征在于：活塞杆11杆端相连的中空活塞轴向装配有套装了复位弹簧6的浮动套筒8和套杯7，复位弹簧6右端固定在浮动套筒8的台阶座上，左端通过左端盖1固定，套杯7螺接于左端盖1，装配在相对于套杯7作往复移动的浮动套筒8中，带有T形头的芯杆3通过预压弹簧5和浮动套筒8底端上开有通油槽的弹簧座杯，由螺母9背紧于浮动套筒8右端面，螺母9同时对浮动套筒8右端面起到限位作用，左端盖1与活塞杆11形成缓冲腔油液，将通过通油槽流进浮动套筒8和套杯7之间的弹簧腔室内；带有圆锥倒角的缓冲活塞4将芯杆3上的T形头固联为一体，并且缓冲活塞4的端面至少两个贯穿缓冲活塞4底部的阻尼孔，缓冲活塞4在芯杆3套装的预压弹簧5作用下，缓冲活塞4的锥面与左端盖1的内孔直角边贴合，此时缓冲腔内油液只能通过个阻尼孔流到左端盖1上连接管嘴A2的回油腔，实现液压作动筒末端缓冲。

技术方案结构简单，工作可靠。本发明采用的中空活塞轴向装配有套装了复位弹簧6的浮动套筒8和套杯7，复位弹簧6右端固定在浮动套筒8的台阶座上，左端通过左端盖1固定，套杯7螺接于左端盖1，装配在浮动套筒8中，浮动套筒8相对于套杯7作往复移动，带有T形头的芯杆3通过预压弹簧5和浮动套筒8底端上开有通油槽的弹簧座杯，由螺母9背紧于浮动套筒8右端面，螺母9同时对浮动套筒8右端面起到限位作用，结构简单可靠。

本发明可以更好控制节流参数。本发明在活塞杆11未达到左端使预压弹簧5、复位弹簧6缩短的位置前，左端盖1与活塞杆11间的油直接通过斜孔流入左端盖1油腔内，并流向管嘴A2，这一段运动过程没有缓冲作用，类似于其他作动系统的原理。随着预压弹簧5预压增大可向左移动，当预压弹簧5的预压力足够大时，缓冲活塞4的锥面与左端盖1内孔直角边(阀座)接触，可形成密封锥面，使此处起到和单向阀相同的作用，油液将无法从左端盖1和缓冲活塞4之间的斜孔流向管嘴A2。浮动套筒8最右端开有通油槽，此时位于活塞杆11和左端盖1内腔的油液将通过通油槽流进浮动套筒8和套杯7之间的油腔内。缓冲活塞4的左端面开有2个阻尼孔，油液可通过阻尼孔流出到左端盖1腔内。从而达到作动筒末端缓冲及速度控制的功能。由于增加了位于缓冲活塞4上阻尼孔，且可以通过改变阻尼孔的直径大小、深度、形状等，液压作动筒可以有效的改变末端缓冲的效果，有效地控制作动速度，达到适合的末端缓冲效果。末端缓冲位置则可以通过改变预压弹簧5、复位弹簧6的结构以及劲度系数来改变，达到理想的缓冲效果。而密封锥面形成的单向锥阀，可以在当缓冲活塞4和左端盖1接触时起到和单向阀相同的作用，从而在末端缓冲的过程中迫使液体无法从密封面通过，而从通油槽通过阻尼孔流出装置，当活塞杆11未到位时，缓冲活塞4和左端盖1不接触，单向锥阀不起作用。

本发明适用于液体作动的末端缓冲装置。

附图说明

图1是本发明的一种油液阻尼控制液压作动筒运动速度的末端缓冲装置剖视图；

图2是图1左端盖的构造示意图；

图3是图1缓冲活塞的剖视图；

图中：1左端盖、2管嘴，3芯杆、4缓冲活塞、5预压弹簧、6复位弹簧、7套杯、8浮动套筒、9螺母、10外筒、11活塞杆。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。

具体实施方式

参阅图1-图3。在以下描述的优选实施例中，一种油液阻尼控制液压作动筒运动速度的末端缓冲装置，包括：在液压缸体中活塞杆11沿外筒10的内孔作往复直线运动，其特征在于：活塞杆11杆端相连的中空活塞，中空活塞轴向装配有套装了复位弹簧6的浮动套筒8和套杯7，复位弹簧6右端固定在浮动套筒8的台阶座上，左端通过左端盖1固定，套杯7螺接于左端盖1，装配在浮动套筒8中，浮动套筒8相对于套杯7作往复移动，带有T形头的芯杆3通过预压弹簧5和浮动套筒8底端上开有通油槽的弹簧座杯，由螺母9背紧于浮动套筒8右端面，螺母9同时对浮动套筒8右端面起到限位作用，左端盖1与活塞杆11形成缓冲腔油液将通过通油槽流进浮动套筒8和套杯7之间的弹簧腔室内；带有圆锥倒角的缓冲活塞4将芯杆3上的T形头固联为一体，并且缓冲活塞4端面至少两个贯穿缓冲活塞4底部的阻尼孔，缓冲活塞4在芯杆3套装的预压弹簧5作用下，缓冲活塞4的锥面与左端盖1的内孔直角边贴合，此时缓冲腔内油液只能通过个阻尼孔流到左端盖1上连接管嘴2的回油腔，实现液压作动筒末端缓冲。

外筒10为具有中空腔的圆柱体，其两端均为开口端，一端与左端盖1上管嘴2的中空腔连通为液压出液口，另一端与右端盖的中空腔连通为液压进液口；活塞杆11置于外筒10内保证活塞杆11能够在进液口进入的液体的作用下沿着外筒10中空腔的腔壁朝向外筒10的一端滑动，此时活塞杆11缩回。

活塞杆11未达到左端使预压弹簧5、复位弹簧6缩短的位置前，左端盖1与活塞杆11间的液压油直接通过左端盖1斜孔流入左端盖1内腔，并流向管嘴2，这一段运动过程没有缓冲作用，类似于其他作动系统的原理。当活塞杆运动到行程末端，活塞杆11压缩复位弹簧6，使浮动套筒8相对于套杯7向左运动，此时预压弹簧5也受力压缩，使缓冲活塞4在预压弹簧5弹簧力作用下向左端盖1移动，此时缓冲活塞4的锥面与左端盖1内孔直角边(阀座)接触，可形成密封锥面，此时缓冲左端盖1与活塞杆11之间形成缓冲器油液只能通过浮动套筒8上通油槽流进浮动套筒8和套杯7之间的油腔内，缓冲活塞4的左端面开有2个阻尼孔，油液只能通过阻尼孔流出到左端盖1腔内，通过改变阻尼孔的直径大小、孔的形状以及深度，可调整缓冲效果，控制节流参数，从而达到作动筒末端缓冲及速度控制的功能。

缓冲活塞4伸出时，液压油液从管嘴2经左端盖1内时，驱动缓冲活塞4压缩预压弹簧5，使缓冲塞杆4和芯杆3向左运动，此时缓冲活塞4的密封锥面已经不再与左端盖1内孔的直角边(阀座)，油液从左端盖1斜孔直接流进活塞杆11与左端盖1的缓冲腔内，活塞杆11右腔内的油液会随着活塞杆11右移，最终通过外筒10后端管嘴，流出到外部液压系统中，作动筒实现活塞杆11伸出，类似于缩回前段的反过程。

左端盖1为左端封闭，右端开口，具有上下两个中空腔的旋转体，中部腔的外端通过螺纹和套杯7固定在一起，形成预压弹簧5的中空弹簧腔室，当浮动套筒8离开缓冲活塞4时，只有一个中空腔。左端盖1的径向方向设有与管嘴2连通的缩回出油口，右侧端盖设有与右侧管嘴联通的伸出进油口。

芯杆3通过螺母9压紧，可以随着预压弹簧5、复位弹簧6，一起左右运动，起到对其他部位的限位以及固定作用。

缓冲活塞4旋转体密封锥面可以制有两个贯穿缓冲活塞4的底部的轴向阻尼孔，芯杆3穿过缓冲活塞4装配孔，随着缓冲活塞4一起运动，左端的密封锥面在缓冲活塞4和左端盖1接触时，可以起到单向阀的作用，使油液无法从右端空弹簧腔室的间隙流出。在密封锥面起作用在左端盖1上时，迫使液压油液只能通过这两个阻尼孔从右端高压腔内流到左端盖1与管嘴2相通的油腔内，此时起到末端缓冲的作用。阻尼孔的目的在于提供阻尼，并不限制其大小，在不破坏其功能的前提下，可以通过需求改变阻尼孔的大小、长度以及形状等，本结构的阻尼孔优点在于便于加工。

套杯7是一个具有中空腔的旋转体，其左端通过螺纹连接和左端盖1固定，右侧的外端可以和浮动套筒8内端形成配合，套杯7中部有限制缓冲活塞4向右运动的内凹弹簧座杯。

浮动套筒8是一个固定复位弹簧6的中空腔旋转体，预压弹簧5通过底端弹簧座杯固定，通过两个弹簧力的限制，使浮动套筒8只能在一定范围内运动。

活塞杆11是一个具有左、右两个中空腔的圆柱体，当活塞杆11运动到与浮动套筒8的右侧接触时，复位弹簧6与预压弹簧5弹簧力开始作用，活塞杆11带动左端一系列组件一起向左继续运动，液压油液首先通过左端盖1的斜孔流出，直到缓冲活塞4密封锥面起作用时，液压油液从阻尼孔流出，起到末端缓冲作用。

在活塞杆11进行缩回过程中，活塞杆11受液压力作用向左运动，此时的左无杆腔液压油直接从左端盖1的斜孔流到左端盖1的缓冲腔，并流向管嘴2，最终从液压作动系统流出到外部液压系统。当活塞杆11运动到接触浮动套筒8端面时，浮动套筒8受到复位弹簧6、预压弹簧5的弹簧力作用小于液压力，浮动套筒8和缓冲活塞4由于被弹簧固定，会一起继续向左运动，直到缓冲活塞4的锥面与左端盖1内孔直角边(阀座)接触，活塞杆11左端面与左端盖1的间距大约为20mm(针对本实例，可根据需求自行控制)，缓冲腔内的液压油由于左端盖1的斜孔被封闭，只能通过浮动套筒8右侧所开的通油槽进入到缓冲活塞4和套杯7形成的内腔中，并通过缓冲活塞4左端的两个阻尼孔流出到左端盖1左侧缓冲腔体内，并流向管嘴2，最终从液压作动系统流出到外部液压系统，在缓冲活塞4单向锥阀起作用的这一段过程称为末端缓冲过程。

在活塞杆11伸出过程时，由于液压油压力反向，同时复位弹簧6需要回复到原长，缓冲活塞4和芯杆3会一起向右运动，此时缓冲活塞4的锥面与左端盖1内孔直角边(阀座)脱开，液压油液从管嘴2流入，缓冲活塞4受液压力向左运动，液压油通过左端盖1的斜孔进入到活塞杆11左端腔内，推动活塞杆11向右运动，但由于螺母9的锁紧作用，芯杆3、浮动套筒8无法继续向右运动，活塞杆11实现伸出。

本领域技术人员能够理解的是，仅当锥面密封起作用时，才起末端缓冲作用，其他运动过程是和一般的液压作动系统类似的，而阻尼孔的大小、长度和形状的改变可以很大程度改变末端缓冲的效果，在能够起到缓冲的情况下，小孔直径越小末端缓冲越强，当小孔大于一定程度时，将不再起到末端缓冲作用，但是依然可以使作动系统正常工作。油压力和预压弹簧5、复位弹簧6的弹簧力关系可以改变的是进行末端缓冲的时机，当油压力大于两个弹簧所提供的弹簧力时，左端组件才一起向左运动，从而使缓冲活塞4的锥面与左端盖1接触。

本发明的工作原理，在满足使用需求的情况下，可应用于气压作动筒中。

以上所述内容仅为本发明的优选案例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干修改以及替换，所有这些修改以及替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。需要说明的是，本说明内没有详尽阐述的内容，是本领域技术人员在通过本说明的描述以及现有液压技术完全能够实现的，因此只是简略介绍，不做赘述。