一种高效三腔液压缸及其作动方法

技术领域

本申请属于液压缸领域，特别涉及一种高效三腔液压缸及其作动方 法。

背景技术

液压缸是常用的液压工作部件，能够把液体压力转化为机械运动。 常见的液压缸结构如图1所示。液压缸由缸体外壁、活塞、活塞杆、液 压腔1、液压腔2以及进回油口A、B组成。当A口进油、B口回油时， 液压腔1与液压腔2之间存在压力差，该压力差推动活塞向右运动。同 理，当B口进油时活塞将向左运动。在强度试验中，广泛使用液压缸对 试验件施加载荷，测试过程中试验件固定，液压缸载荷与试验件弹性变 形成正比，即初始时需要较小的载荷，在最大变形时需要较大的载荷， 设计液压缸时必须按最大载荷进行设计。

现有技术方案的缺点是活塞面积只能按最大载荷设计，在流量一定 情况下，活塞面积越大，运动速度越低，因此现有方案在低载荷下效率 较低。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个 上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种高效三腔液压缸及其作动方法，以解决 现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种高效三腔液压缸，包括：

第一液压缸；

第二液压缸，所述第二液压缸与所述第一液压缸连接，且所述第二 液压缸与所述第一液压缸具有相互连通的液压腔，所述第二液压缸的截 面面积大于所述第一液压缸的截面面积；

活塞，所述活塞包括第一活塞部、第二活塞部以及活塞杆，所述第 一活塞部设置在所述第一液压缸中，所述第二活塞部设置在所述第二活 塞部中，所述第一活塞部以及所述第二活塞部分别将所述第一液压缸以 及所述第二液压缸的液压腔分隔成第一液压腔、第二液压腔、第三液压 腔，所述活塞杆的一端依次连接所述第一活塞部以及所述第二活塞部， 另一端由所述第二液压缸的端部伸出作为加载端；

进回油管路，所述进回油管路包括第一进回油管路A以及第二进回油 管路B，所述第一进回油管路A与所述第一液压腔连接，所述第二进回油 管路B与所述第三液压腔连接；

油控管路，所述油控管路包括第一油控管路、第二油控管路以及第 三油控管路，其中，

所述第一油控管路的一端与所述第一液压腔连接，另一端与所述第 二液压腔连接，所述第一油控管路上设置有第一背压阀S；

所述第二油控管路的一端与所述第一进回油管路A连接，另一端与所 述第二液压腔连接，所述第二油控管路上设置有第二背压阀R；

所述第三油控管路的一端与所述第二液压腔连接，另一端与所述第 三液压腔连接，所述第三油控管路上设置有第三背压阀T。

可选地，所述第一液压缸与所述第二液压缸一体成型。

可选地，所述第一液压缸以及所述第二液压缸均呈圆筒形。

本申请的第二个方面提供了一种高效三腔液压缸的作动方法，基于 如上所述的高效三腔液压缸，包括：

正向加载时，第一进回油管路A进油，第二进回油管路B回油：

在第一阶段，第一背压阀S、第二背压阀R以及第三背压阀T均关闭， 液压油进入第一液压腔，推动活塞正向运动；

在第二阶段，随着活塞正向运动，第二液压腔的体积逐渐增大，压 力减小，当第二液压腔与第三液压腔之间的压差达到第三背压阀T的开启 阈值时，第三背压阀T开启，第三液压腔的液压油进行回流，并向第二液 压腔补油；

在第三阶段，随着第一液压腔进油，第一液压腔的压力逐渐增大， 达到第一背压阀R的开启阈值时，第一背压阀R开启，第一液压腔以及第 二液压腔共同进油；

在第四阶段，随着第二液压腔进油，第二液压腔的压力逐渐增大， 当第二液压腔与第三液压腔之间的压差小于第三背压阀T的开启阈值时， 第三背压阀T关闭；

反向加载时，第一进回油管路A回油，第二进回油管路B进油：

在第一阶段，第一背压阀S、第二背压阀R以及第三背压阀T均关闭， 液压油进入第三液压腔，推动活塞反向运动；

在第二阶段，随着活塞反向运动，第二液压腔的体积逐渐减小，压 力增大，当第一液压腔与第二液压腔之间的压差达到第一背压阀S的开 启阈值时，第一背压阀S开启，第二液压腔的液压油经过第一液压腔进 行回流。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的高效三腔液压缸，在低载荷下，通过小截面腔进油，运行 速度快，在高载荷下，通过小截面腔与中间腔共同进油，能够有效提高 加载效率。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的高效三腔液压缸示意图；

图2是本申请一个实施方式的高效三腔液压缸的原理图。

其中：

1-第一液压腔；2-第二液压腔；3-第三液压腔。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描 述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具 有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而 不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在 用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例 进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种高效三腔液压缸，包括：第一液压 缸、第二液压缸、活塞、进回油管路以及油控管路。

具体的，第二液压缸与第一液压缸连接，第一液压缸以及第二液压 缸均呈圆筒形，优选一体成型结构，且第二液压缸与第一液压缸具有相 互连通的液压腔，第二液压缸的截面面积大于第一液压缸的截面面积。

活塞包括第一活塞部、第二活塞部以及活塞杆，第一活塞部设置在 第一液压缸中，第二活塞部设置在第二活塞部中，第一活塞部以及第二 活塞部分别将第一液压缸以及第二液压缸的液压腔分隔成三腔结构，第 一液压腔1、第二液压腔2、第三液压腔3，三腔结构中两侧分别为小截面 腔体、大截面腔体，中间为阶梯型的变截面腔体。活塞杆的一端依次连 接第一活塞部以及第二活塞部，另一端由第二液压缸的端部伸出作为加 载端，实现载荷的加载。

本申请的高效三腔液压缸还包括进回油管路以及油控管路，进回油 管路包括第一进回油管路A以及第二进回油管路B，第一进回油管路A与 第一液压腔1连接，第二进回油管路B与第三液压腔3连接。油控管路包括 第一油控管路、第二油控管路以及第三油控管路，其中，第一油控管路 的一端与第一液压腔1连接，另一端与第二液压腔2连接，第一油控管路 上设置有第一背压阀S，第二油控管路的一端与第一进回油管路A连接， 另一端与第二液压腔2连接，第二油控管路上设置有第二背压阀R；第三 油控管路的一端与第二液压腔2连接，另一端与第三液压腔3连接，第三 油控管路上设置有第三背压阀T。

本申请的高效三腔液压缸，通过三个背压阀，来控制液压油的流动 方向。当第二液压腔2的压力大于第一液压腔1的压力，且两者的压差大 于第一背压阀S的开启阈值时，第一背压阀S开启，第二液压腔2中的液压 油能够流向第一液压腔1；当第一进回油管路A的压力大于第二液压腔2 的压力，且两者的压差大于第二背压阀R的开启阈值时，第二背压阀R开 启，第一进回油管路A中的液压油能够流向第二液压腔2，实现第一液压 腔1以及第二液压腔2共同进油；当第三液压腔3的压力大于第二液压腔2 的压力，且两者的压差大于第三背压阀T的开启阈值时，第三背压阀T开 启，第三液压腔3中的液压油能够流向第二液压腔2。

基于上述的高效三腔液压缸，本申请还提供了一种高效三腔液压缸 的作动方法，包括：

正向加载时，第一进回油管路A进油，第二进回油管路B回油：

在第一阶段，第一背压阀S、第二背压阀R以及第三背压阀T均关闭， 液压油进入第一液压腔1，推动活塞正向运动；

在第二阶段，随着活塞正向运动，第二液压腔2的体积逐渐增大，压 力减小，当第二液压腔2与第三液压腔3之间的压差达到第三背压阀T的开 启阈值时，第三背压阀T开启，第三液压腔3的液压油进行回流，并向第 二液压腔2补油；

在第三阶段，随着第一液压腔1进油，第一液压腔1的压力逐渐增大， 达到第一背压阀R的开启阈值时，第一背压阀R开启，第一液压腔1以及第 二液压腔2共同进油；

在第四阶段，随着第二液压腔2进油，第二液压腔2的压力逐渐增大， 当第二液压腔2与第三液压腔3之间的压差小于第三背压阀T的开启阈值 时，第三背压阀T关闭；

反向加载时，第一进回油管路A回油，第二进回油管路B进油：

在第一阶段，第一背压阀S、第二背压阀R以及第三背压阀T均关闭， 液压油进入第三液压腔3，推动活塞反向运动；

在第二阶段，随着活塞反向运动，第二液压腔2的体积逐渐减小， 压力增大，当第一液压腔1与第二液压腔2之间的压差达到第一背压阀S 的开启阈值时，第一背压阀S开启，第二液压腔2的液压油经过第一液 压腔1进行回流。

本申请的高效三腔液压缸的作动方法，在正向加载的初始阶段，压 力较小低于背压阀的开启阈值，背压阀均不开启，液压油只进入第一液 压腔1，推动活塞向正向运动。第二液压腔2在活塞运动过程中体积增大， 压力减小，第三背压阀T在第二液压腔2与第三液压腔3的压差下打开， 第三液压腔3的液压油除回流外还向第二液压腔2补油，在第一液压腔1、 第二液压腔2压差下第一背压阀S一直关闭。由于第一液压腔1截面面 积较小，在流量一定情况下，运行速度较快，可对试验件进行快速加载。 随着第一液压腔1进油，达到第一背压阀R开启阈值时，第一背压阀R 开启，第一液压腔1、第二液压腔2腔共同进油，由于进油压力高于回油 压力，第三背压阀T关闭，可施加最大载荷。

本申请的高效三腔液压缸及其作动方法，在低载荷下，通过小截面 腔进油，运行速度快，在高载荷下，通过小截面腔与中间腔共同进油。 能够解决液压缸在低载荷下效率低的问题，提高试验频率，节省试验时 间和费用。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此， 本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。