具备防爆缓冲功能的液压缸

技术领域

本发明涉及液压缸领域，尤其是涉及一种具备防爆缓冲功能的液压缸。

背景技术

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

液压缸通常分为柱塞式和活塞式两种：柱塞式液压缸一般具有一个油口，当柱塞杆伸出时，油口输入液体（通常为液压油），推动柱塞杆前进；当柱塞杆收缩时，油口输出液体，促使柱塞杆后退。活塞式液压缸一般具有两个油口，当活塞杆伸出时，一个第一油口输入液体，一个第二油口输出液体，推动活塞前进；当活塞杆收缩时，第一油口输出液体，第二油口输入液体，促使活塞后退。

然而，对于现有的柱塞式液压缸经常会用于支撑重物，若重物的重量较大，则在活塞杆收缩的过程中（即重物下降的过程中），可能会由于液压过大而导致输送液体的油管出现爆裂、爆破的情况（俗称“油爆”），油爆发生时，液压缸中的液压突降，重物快速下降，从而造成液压缸损坏，甚至是发生安全事故。

目前，有的厂商会在液压缸中设置缓冲机构以防止油爆造成的风险（可参考中国实用新型专利CN212028230U公开的一种带防爆功能的液压缸接头，以及中国实用新型专利CN213064133U公开一种防爆型液压缸）。然而，上升缓冲机构的结构过于复杂，增加了液压缸的制造工艺难度，并且不利降低液压缸的制造成本。此外，上述缓冲机构主要利用弹簧进行缓冲，而弹簧随着使用次数的增加，会出现机械疲劳的问题，逐渐失去弹性恢复能力，进而不能实现缓冲的效果。

此外，现有的柱塞式液压缸通常仅仅利用导套对柱塞杆进行引导，单点的引导方式可能会出现柱塞杆摆动的情况。尽管有的柱塞式液压缸将导套加长，但过长的导套会导致液压缸内部容积减少，对柱塞杆的行程造成限制。

发明内容

本发明技术方案是针对上述情况的，为了解决上述问题而提供一种具备防爆缓冲功能的液压缸，包括：缸体组件和可相对所述缸体组件移动的活动组件，所述缸体组件具有缸腔和第一油口，所述第一油口与缸腔连通，所述活动组件包括：活塞和活塞杆，所述活塞杆与活塞形成固定，所述活塞位于缸腔的内部，并且所述活塞将缸腔分隔成第一腔室和第二腔室，其特征在于：所述活塞具有若干个缓冲通道，所述第一腔室和第二腔室通过缓冲通道连通。

进一步，所述缸腔和缓冲通道的横截面都为圆形，所述缸腔的内径为缓冲通道的内径的20倍以上。上述设置可以有效控制液体的流速，以保证起到理想的缓冲效果。

进一步，所述缓冲通道具有第一端口和第二端口，所述第一端口朝向第一腔室，所述第二端口朝向第二腔室。

进一步，所述活塞还具有第一油路通道，所述第一油路通道与若干个缓冲通道连通，当活塞位于缸腔的最后端时，所述第一油路通道与第一油口连通。设置第一油路通道可以控制第一油口的液体传输流速，从而实现伸出启动时以及收缩到达极限前的缓冲作用。

进一步，所述活动组件还包括：若干个密封件，若干个密封件分别封堵若干个缓冲通道。当活动组件未安装密封件时，第一腔室与第二腔室之间通过缓冲通道连通，当活动组件安装密封件后，缓冲通道被阻断，第一腔室与第二腔室之间不再连通。

进一步，所述密封件为机米螺丝，缓冲通道的两个端口中的一个或者两个设有内螺纹，所述机米螺丝与缓冲通道的端口中的内螺纹啮合。通过啮合的方式形成封堵，不仅可以保证封堵效果，防止液体流通，而且方便拆装，便于操作。

进一步，所述缸体组件还具有第二油口，所述第二油口比第一油口更靠前；所述活塞还具有第二油路通道，所述第二油路通道比第一油路通道更靠前，所述第二油路通道与另外若干个缓冲通道连通，当活塞位于缸腔的最前端时，所述第二油路通道与第二油口连通，与第一油路通道连通的缓冲通道的第二端口被密封件封堵，与第二油路通道连通的缓冲通道的第一端口被密封胶封堵。设置第二油路通道可以控制第二油口的液体传输流速，从而实现收缩启动时以及伸出到达极限前的缓冲作用。

进一步，所述第一油路通道和第二油路通道的横截面都为圆形，所述缸腔的内径为第一油路通道的内径的40倍以上，所述第一油路通道与第二油路通道的内径相等。

进一步，所述活动组件还包括：活塞油封和活塞耐磨带，所述活塞油封和活塞耐磨带都环设于活塞的外侧壁，所述活塞油封与缸腔的内侧壁形成密封，所述活塞耐磨带与缸腔的内侧壁接触。活塞油可以阻隔液体，活塞耐磨带可以降低摩擦力，从而延长使用寿命。

进一步，所述缸体组件还包括：封口件，封口件封堵第二油口。第二油口被封堵后，液压缸用作柱塞式液压缸。

采用上述技术方案后，本发明的效果是：

1、本发明的液压缸可以在柱塞式液压缸和活塞式液压缸自由切换，使用自由度高。

2、本发明的液压缸用作柱塞式液压缸时，具备防爆缓冲功能，即使在承载重物的过程中发生油爆的情况，也能避免重物快速下降，从而保护液压缸，防止发生安全事故。

3、本发明的液压缸用作柱塞式液压缸时，能够精确控制液体的流速，多个柱塞式液压缸的同步性高。

4、本发明的液压缸在伸出启动和收缩启动时能够起到启动缓冲功能，避免启动过快而失控。

附图说明

图1为本发明涉及的液压缸的结构示意图；

图2为本发明涉及的活动组件的局部结构示意图；

图3为本发明涉及的活塞的端面示意图；

图4为本发明涉及的前盖组件的结构示意图；

图5为本发明涉及的导套组件的结构示意图；

图6为本发明涉及的后盖组件的结构示意图；

图7a~图7e为本发明实施例1涉及的柱塞式液压缸的工作状态图；

图8a~图8b为本发明实施例2涉及的两个柱塞式液压缸的同步工作状态图；

图9a~图9h为本发明实施例3涉及的活塞式液压缸的工作状态图。

具体实施方式

特别指出的是，本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定；“若干个”的含义是至少一个。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

下面通过实施例对本发明技术方案作进一步的描述：

如图1所示，为了便于理解，本发明将活动组件2的移动方向定义为伸缩方向D，将靠近伸出方向的一端定义为前端，将靠近收缩方向的一端定义为后端。

本发明提供一种具备防爆缓冲功能的液压缸，包括：缸体组件1和可相对缸体1组件移动的活动组件2，缸体组件1具有缸腔101和第一油口102，第一油口102与缸腔101连通，活动组件2包括：活塞21和活塞杆22，活塞杆22与活塞21形成固定，活塞21位于缸腔101的内部，并且活塞21将缸腔101分隔成第一腔室101a和第二腔室101b。结合图2和图3所示，活塞21具有若干个缓冲通道211，第一腔室101a与第二腔室101b之间通过缓冲通道211连通。

具体地，缓冲通道211具有第一端口和第二端口，缓冲通道211的第一端口朝向第一腔室101a，缓冲通道211的第二端口朝向第二腔室101b。当液压缸用作柱塞式液压缸时，第一腔室101a与第二腔室101b的液体可以通过缓冲通道211进行流通，以起到防爆缓冲效果，后续将对此过程展开描述。特别指出的是，本发明中的“防爆”并非指防止液压缸或者油管爆裂，而是指防止油管爆裂后活动组件2失控而发生瞬间快速移动的情况。

其中，缓冲通道211可以设置在活塞21的中部位置，也可以设置在活塞21的边缘位置。具体而言，当缓冲通道211设置在活塞21的中部位置时，缓冲通道211为通孔，当缓冲通道211设置在活塞21的边缘位置时，缓冲通道211为凹槽（即位于活塞21侧壁上的凹槽）。此外，缓冲通道211可以为直线通道，也可以为曲线通道，只要连通第一腔室101a与第二腔室101b即可。

其中，在下述实施例中，活动组件2为单杆活动组件（即只有一个活塞杆22）；在其他实施方式中，活动组件2也可以为双杆活动组件，两个活塞杆22的朝向相反，并且上述伸出反向和收缩方向是以其中一个活塞杆22作为参考。此外，活塞21和活塞杆22可以为一体成型，也可以为分体成型（即相互可拆卸），并且活塞21和活塞杆22可以通过螺纹啮合的方式形成固定，也可以通过其他方式形成固定。

作为一种优选的方案，请继续参考图1，缸腔101和缓冲通道211都为均匀的中空结构，即各位置的内径相等（或者说内径恒定，下同）。沿一个垂直于伸缩方向D的平面对对缸腔101进行剖面，液体流动方向的平面和缓冲通道211进行剖面，下面统一称为横截面，缸腔101的横截面积为缓冲通道211的横截面积的400倍以上。

更具体地，缸腔101和缓冲通道211的横截面都为圆形，缸腔101的内径为缓冲通道211的内径的20倍以上。更优选地，缸腔101的横截面积为缓冲通道211的横截面积的576倍（即内径比为24：1），上述设置可以有效控制液体的流速，以保证起到理想的缓冲效果。此外，缸腔101的横截面积一般为缓冲通道211的横截面积的900倍以下。

具体地，请继续参考图2，活动组件2还包括：若干个密封件25，若干个密封件25封堵若干个缓冲通道211。当活动组件2未安装密封件25时，第一腔室101a与第二腔室101b之间通过缓冲通道211连通，当活动组件2安装密封件25后，缓冲通道211被阻断，第一腔室101a与第二腔室101b之间不再连通。

作为一种优选的方案，密封件25为机米螺丝，缓冲通道211的两个端口中的一个或者两个设有内螺纹，机米螺丝与缓冲通道211的端口中的内螺纹啮合。通过啮合的方式形成封堵，不仅可以保证封堵效果，防止液体流通，而且方便拆装，便于操作。当然，在其他实施方式中，密封件25也可以采用其他类型的元件，比如：橡胶塞、插销等等。

值得一提的是，本发明的液压缸可以通过安装和拆除密封件25，从而在活塞式液压缸和柱塞式液压缸之间切换。除此以外，本发明中的缓冲通道211和密封件25可以为一个或者多个，而作为优选的方案，缓冲通道211和密封件25都为多个。这样在实际应用中，可以根据液压缸所承受的力以及活动组件2移动的速度来选择封堵不同数量的缓冲通道211，使用的灵活性更强。

具体地，结合图1和图2所示，活塞21还具有第一油路通道212，第一油路通道212与若干个缓冲通道211连通，当活塞21位于缸腔101的最后端时，第一油路通道212与第一油口21连通。设置第一油路通道212可以控制第一油口102的液体传输流速，从而实现伸出启动时以及收缩到达极限前的缓冲作用。

更具体地，第一油路通道212的一个端口朝向至少一个缓冲通道211，第一油路通道212的另一个端口朝向缸腔101的内侧壁。

更具体地，缸体组件1还具有第二油口103，第二油口103比第一油口102更靠前；活塞21还具有第二油路通道213，第二油路通道213比第一油路通道212更靠前，第二油路通道213与另外若干个缓冲通道211连通（即第二油路通道213与另外若干个没有与第一油路通道212连通的缓冲通道211连通），当活塞21位于缸腔101的最前端时，第二油路通道213的另一个端口与第二油口103连通，与第一油路通道212连通的缓冲通道211的第二端口被密封件25封堵，与第二油路通道213连通的缓冲通道211的第一端口被密封胶25封堵。设置第二油路通道213可以控制第二油口103的液体传输流速，从而实现收缩启动时以及伸出到达极限前的缓冲作用。

更具体地，第二油路通道213的一个端口朝向另外至少一个缓冲通道211，第二油路通道213的另一个端口朝向缸腔101的内侧壁。

其中，第一油路通道212和第二油路通道213可以为通孔式通道，即在活塞21的侧面形成通孔，该通孔与缓冲通道211连通；在其他实施方式中，第一油路通道212和第二油路通道213也可以为台阶或者凹槽，只要与缓冲通道211连通，并且在活塞21移动至两个极限位置（即收缩极限和伸出极限）时分别与第一油口102和第二油口103正对即可。

作为一种优选的方案，第一油路通道212和第二油路通道213都为均匀的中空结构，缸腔101的横截面积为第一油路通道212的横截面积的1600倍以上，第一油路通道212与第二油路通道213的横截面积相等。

更具体地，缸腔101、第一油路通道212和第二油路通道21的横截面都为圆形，缸腔101的内径为第一油路通道212的内径的40倍以上，第一油路通道212与第二油路通道213的内径相等。更优选地，缸腔101的横截面积为第一油路通道212的横截面积的2304倍（即内径比为48：1），上述设置同样可以有效控制液体的流速，以保证起到理想的缓冲效果。此外缸腔101的横截面积一般为第一油路通道212的横截面积的3600倍以下。

具体地，请继续参考图2，活动组件2还包括：活塞油封23和活塞耐磨带24，活塞油封23和活塞耐磨带24都环设于活塞21的外侧壁（即以环形的方式设置在侧壁上，下同），活塞油封23与缸腔101的内侧壁形成密封（即液体不能通过，下同），活塞耐磨带24与缸腔101的内侧壁接触。更具体地，活塞油封23为两个，两个活塞油封23沿伸缩方向D相互分离，活塞耐磨带24位于两个活塞油封24之间。

具体地，请继续参考图1，缸体组件1包括：缸筒11、前盖组件12、导套组件13、后盖组件14和法兰15，前盖组件12、导套组件13和后盖组件14都与缸筒11的内侧壁形成密封，导套组件13沿伸缩方向D位于前盖组件12与后盖组件14之间，法兰15固定在缸筒11的外侧壁上，缸腔101、第一油口102和第二油口103都设置缸筒11上，前盖组件12和导套组件13与活塞杆22的侧壁形成密封。通过前盖组件12、导套组件13和后盖组件14与缸筒11内侧壁的密封作用可以避免液体从缸腔101中漏出，同样地，通过导套组件13与活塞杆22的侧壁的密封作用也可以避免液体从缸腔101中漏出。此外，通过前盖组件12与活塞杆22的侧壁的密封作用可以防止尘埃进入缸腔101。法兰15主要用于将液压缸固定。

更具体地，如图7a所示，缸体组件1还包括：封口件16，封口件16封堵第二油口103。封口件16可以采用橡胶塞、堵头、螺栓等具有密封功能的元件。当液压缸用作柱塞式液压缸之前，可以先松开封口件16，然后排出缸腔101内部的空气，并使缸腔101填满液体；当液压缸用作柱塞式液压缸时，采用封口件16封堵第二油口103。

更具体地，如图4所示，前盖组件12包括：前盖121、前盖密封圈122和防尘圈123，前盖121为中空结构，前盖密封圈122环设于前盖121的外侧壁，防尘圈123环设于前盖121的内侧壁，前盖密封圈122与缸筒11的内侧壁形成密封，防尘圈123与活塞杆22的侧壁形成密封。

更具体地，如图5所示，导套组件13包括：导套131、导套外密封圈132、导套油封133、导套耐磨带134和导套内密封圈135，导套131为中空结构，导套外密封圈132环设于导套131的外侧壁，导套油封133、导套耐磨带134和导套内密封圈135都环设于导套131的内侧壁，导套外密封圈132与缸筒11的内侧壁形成密封，导套油封133和导套内密封圈135都与活塞杆22的侧壁形成密封，导套耐磨带134与活塞杆22的侧壁接触。更具体地，导套外密封圈132和导套油封133都为两个，两个导套外密封圈132沿伸缩方向D相互分离，两个导套油封133也沿伸缩方向D相互分离。

由于具有活塞21与缸筒11之间的导向作用，以及导套131与活塞杆22之间的导向作用，因此可以实现两点导向的效果，使得活塞杆22的移动更加平稳，不会发生晃动的问题。

更具体地，如图6所示，后盖组件14包括：后盖141和后盖密封圈142，后盖密封圈142环设于后盖141的外侧壁，后盖密封圈142与缸筒11的内侧壁形成密封。更具体地，后盖密封圈142为两个，两个后盖密封圈142沿伸缩方向D相互分离。

其中，防尘圈123可以防止灰尘的进入。活塞油封23和导套油封133可以阻隔液体。前盖密封圈122、导套外密封圈132、导套内密封圈135和后盖密封圈142可以防止液体的泄漏。活塞耐磨带24和导套耐磨带134可以降低摩擦力，从而延长使用寿命。

【实施例1】

在本实施例中，液压缸用作柱塞式液压缸，所有或者部分缓冲通道211未被机米螺丝25封堵，第二油口103被封口件16封堵。具体而言，活塞21具有四个缓冲通道211，四个缓冲通道211呈矩阵式排列，缸腔101、缓冲通道211和第一油路通道212的截面都为圆形，缸腔101的直径为120mm，缓冲通道211的直径为5mm，第一油路通道212的直径为2.5mm。柱塞式液压缸的工作过程如下：

如图7a所示（图中大箭头指示活塞移动方向，小箭头指示液体流动方向，下同），柱塞式液压缸伸出启动时，第一油口102向第一腔室101a输入液体，此时活塞21位于缸腔101的最后端，第一腔室101a几乎没有液体，第一油路通道212的另一个端口朝向第一油口102，由于第一油口102所输入的液体需要经过第一油路通道212和至少一个缓冲通道211才能到达第一腔室101a，因此其流速较慢，此缓冲作用能够有效避免液压突升而导致液压缸伸出启动过快，此外，第二腔室101b中本来就充满液体，在伸出启动时这些液体会对活塞21起到一定的阻碍作用，同样可以避免液压突升的问题；如图7b所示，柱塞式液压缸伸出过程中，第一油口102输入的液体推动活塞21（当活塞直立时，活动组件2还受到自身重力和浮力的作用，下同），而随着活塞21的移动，第二腔室101b的液体也会经过缓冲通道211转移至第一腔室101a，由于第二腔室101b的液体会继续对活塞21起到一定的阻碍作用，因此可以继续避免液压突升的问题，而值得一提的是，相对整个缸腔101而言，第二腔室101b的液体实际上几乎没有发生移动，只是活塞21的相对移动使得第一腔室101a和第二腔室101b的容积发生改变，使原来位于第二腔室101b的液体转变为第一腔室101a中；如图7c所示，当柱塞式液压缸伸出至极限时，第一油口102停止向第一腔室101a输入液体，此时活塞21位于缸腔101的最前端，第二腔室101b几乎没有液体；如图7d所示，当柱塞式液压缸收缩时，第一油口102从第一腔室101a抽出液体，活塞21反向移动，此时第二腔室101b的内部压强小于第一腔室101a的内部压强（即第二腔室101b呈相对真空负压状态），第一腔室101a的液体被抽出的同时，还要向第二腔室101b进行填充，才能使活塞21往收缩方向移动，对液体的抽出起到阻碍的效果，对活塞21向收缩方向的移动起到缓冲作用，以避免第一腔室101a的液压突降的情况。此外，如图7e所示，当柱塞式液压缸收缩至极限时，第一油路通道212的另一个端口朝向第一油口102，第一腔室101a剩余的液体需要经过缓冲通道211和至少一个第一油路通道212才能从第一油口102抽出，因此其流速较慢，此缓冲作用能够有效避免液压突升而导致液压缸收缩停止过快。

更重要的是，在柱塞式液压缸收缩的过程中，即使由于承重过载而发生油爆的情况，也能通过第二腔室101b的负压作用以防第一腔室101a的液体被瞬间抽出，从而使第一腔室101a的液压不会出现突降的情况，进而避免由此造成液压缸损坏或者是发生安全事故的问题。

【实施例2】

在本实施例中，液压缸也用作柱塞式液压缸，并且与实施例1的柱塞式液压缸结构相同，只是本实施例是采用两个柱塞式液压缸进行同时伸缩。在实际应用过程中，两个柱塞式液压缸输入、输出的液压很难保持完全一致，故经常出现两个柱塞式液压缸伸缩不同步的问题。

如图8a所示，当两个柱塞式液压缸同时伸出时，两个柱塞式液压缸的第一油口102同时输入液体，两个柱塞式液压缸的活塞21同时移动。由于本发明的活塞21设置有缓冲通道211，因此可以通过开启缓冲通道211的数量（即未封堵的数量）控制液体的流速，从而保证两个柱塞式液压缸伸出的同步性；类似地，如图8b所示，当两个柱塞式液压缸同时收缩时，通过上述对开启缓冲通道211的数量设置，从而保证两个柱塞式液压缸收缩的同步性。

值得一提的是，由于相对缸腔101而言，缓冲通道211的截面积非常小，故液体的流速主要取决于开启缓冲通道211的数量，因此在实际应用过程中，若保证两个柱塞式液压缸的缓冲通道211的截面积在公差范围内，那么只要两个柱塞式液压缸开启相同数量的缓冲通道211，二者的伸缩便会实现同步。

此外，由于将活塞耐磨带24都环设于活塞21的外侧壁，并且将导套耐磨带134环设于导套131的内侧壁，而活动组件2移动时，产生摩擦力的位置主要为上述两处，因此在两个液压缸的耐磨带的摩擦系数相同的情况下，二者内部产生的摩擦力也基本相等，进而保持同步性。

【实施例3】

与实施例1不同的是，在本实施例中，液压缸用作活塞式液压缸，所有缓冲通道211被机米螺丝25封堵，第二油口103未被封口件16封堵。第一油路通道212和第二油路通道213的截面都为圆形，第一油路通道212和第二油路通道213的直径都为2.5mm。

结合图9a~图9d所示，活塞式液压缸伸出启动时，第一油口102向第一腔室101a输入液体，第二油口103从第二腔室101b抽出液体，此时活塞21位于缸腔101的最后端，第一腔室101a几乎没有液体，第一油路通道212的另一个端口朝向第一油口102，由于第一油口102所输入的液体需要经过第一油路通道212和至少一个缓冲通道211才能到达第一腔室101a，因此其流速较慢，此缓冲作用能够有效避免液压突升而导致液压缸伸出启动过快；当第一油路通道212的另一个端口离开第一油口102后，第一油口102所输入的液体直接到达第一腔室101a，并继续推动活塞21移动；随着活塞的移动，第二油路通道213逐渐靠近第二油口103；当活塞21到达缸腔101的最前端时，第一油口102停止向第一腔室101a输入液体，第二油口103停止从第二腔室101b抽出液体，此时第二油路通道213的另一个端口朝向第二油口103，第二腔室101b剩余的液体需要经过至少一个缓冲通道211和第二油路通道213才能从第二油口103抽出，因此其流速较慢，此缓冲作用能够有效避免液压突升而导致液压缸伸出停止过快。

结合图9e~图9h所示，活塞式液压缸收缩启动时，第二油口103向第二腔室101b输入液体，第一油口102从第一腔室101a抽出液体，此时活塞21位于缸腔101的最前端，第二腔室101b几乎没有液体，第二油路通道213的另一个端口朝向第二油口103，由于第二油口103所输入的液体需要经过第二油路通道213和至少一个缓冲通道211才能到达第二腔室101b，因此其流速较慢，此缓冲作用能够有效避免液压突升而导致液压缸收缩启动过快；当第二油路通道213的另一个端口离开第二油口103后，第二油口103所输入的液体直接到达第二腔室101b，并继续推动活塞21移动；随着活塞的移动，第一油口102逐渐靠近第一油口102；当活塞21到达缸腔101的最后端时，第二油口103停止向第二腔室101b输入液体，第一油口102停止从第一腔室101a抽出液体，此时第一油路通道212的另一个端口朝向第一油口102，第一腔室101a剩余的液体需要经过至少一个缓冲通道211和第一油路通道212才能从第一油口102抽出，因此其流速较慢，此缓冲作用能够有效避免液压突升而导致液压缸收缩停止过快。

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。