一种复合碳纤维组合缸筒的液压缸 |
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| 申请号 | CN201710296861.2 | 申请日 | 2017-04-28 | 公开(公告)号 | CN106891544A | 公开(公告)日 | 2017-06-27 |
| 申请人 | 武汉科技大学; | 发明人 | 傅连东; 刘永秀; 湛从昌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及是一种复合 碳 纤维 组合缸筒的 液压缸 。其技术方案是：前缸盖（1）和后缸盖（7）与外层缸筒（2）的两端的 法兰 对应连接；所述缸体是由外层缸筒（2）和内层缸筒（3）构成双层缸筒结构，外层缸筒（2）和内层缸筒（3）通过 过盈配合 为一整体。所述外层缸筒（2）材质为 合金 钢 ；所述内层缸筒（3）是采用 碳纤维 干法缠绕，利用碳纤维B阶预浸胶纱或碳纤维B阶预浸 胶带 ，在绕臂式缠绕机上经加热 软化 至粘流态并缠绕到芯模上，然后经 固化 、脱模，制成缸筒坯体；再对缸筒坯体的内表面进行粗化处理， 喷涂 金属层（4），最后在金属层（4）表面 镀 硬铬处理， 抛光 至表面粗糙度达到Ra0.2~0.4，制得内层缸筒（3）。本发明具有重量轻和承载能 力 强的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合碳纤维组合缸筒的液压缸，其特征在于缸体内装有活塞（6），活塞杆（5）从前缸盖（1）伸出，前缸盖（1）和后缸盖（7）与外层缸筒（2）的两端的法兰对应连接；所述缸体是由外层缸筒（2）和内层缸筒（3）构成双层缸筒结构，外层缸筒（2）和内层缸筒（3）通过过盈配合为一整体； |
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| 说明书全文 | 一种复合碳纤维组合缸筒的液压缸技术领域[0002] 由于传统工程液压机械设备中，主要是使用高强度合金钢，而且设备体积往往偏大，导致设备重而大，而一些对重量与空间要求较高的场合，就难以满足。目前，研制出的复合碳纤维材料，其比重不到钢材1/4，抗拉强度在3500MPa以上，为一般钢材的7 10倍，抗拉~弹性模量为230 430GPa，同样高于钢材。由于碳纤维材料的优越的力学性能，其应用于工程~ 液压设备中，使得设备轻量化、高强度化成为可能。 [0003] 目前在碳纤维液压缸缸体的设计中，有金属内衬碳纤维缸筒和碳纤维增强层金属缸筒，其中金属内衬碳纤维缸筒与缸盖和缸底连接困难，主要是通过胶结结构进行连接的，但这种胶结结构的可靠性较低；碳纤维增强层金属缸筒，因碳纤维在缸体结构占比很小，而且缸体中起主要承载作用的还是金属，难以实现液压缸的高承载和轻量化的目标。 发明内容[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：缸体内装有活塞，活塞杆从前缸盖伸出，前缸盖和后缸盖与外层缸筒的两端的法兰对应连接；所述缸体是由外层缸筒和内层缸筒构成双层缸筒结构，外层缸筒和内层缸筒通过过盈配合为一整体。 [0006] 所述外层缸筒材质为合金钢；所述内层缸筒是采用碳纤维干法缠绕，利用碳纤维B阶预浸胶纱或碳纤维B阶预浸胶带，在绕臂式缠绕机上经加热软化至粘流态并缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，制成缸筒坯体；再对缸筒坯体的内表面进行粗化处理，喷涂金属层，最后在金属层表面镀硬铬处理，抛光至表面粗糙度达到Ra0.2 0.4，制得内层缸筒。~ [0007] 所述固化的固化温度≥100，固化程度90％以上。 [0008] 由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：（1）本发明采用双层缸筒结构，其中内层缸筒采用碳纤维成型工艺而制成，其比重不到钢材1/4，使得缸体整体重量可减少50%以上，解决了一些工程机械轻量化的问题；其抗拉强度在3500MPa以上，为一般钢材的7 10倍，抗拉弹性模量为230 430GPa，同样高于钢材，能很~ ~ 好地解决缸筒在高压或超高压工作状态时，内层缸筒所受剪切应力过高并超过一般金属材料屈服强度而损坏缸筒的问题；碳纤维材质的良好的耐腐蚀性能，使其适合在恶劣的工作环境中，尤其是适合于液压传动、液压控制设备中。因而内层缸筒在重量、强度、刚度、抗疲劳性等方面均比现有金属缸筒显著提高，在工程设备领域有广泛的应用前景。 [0009] （2）本发明的外层缸筒材质为合金钢，能使前缸盖和后缸盖与外层缸筒两端的法兰实现可靠连接。有效避免了现有的胶结结构所带来的系列问题，所述胶结结构是通过胶粘剂把缸盖和缸底与缸筒胶结在一体的结构，这种胶结结构一方面在高温高压工作状态下，其连接的可靠性较低；另一方面由于是胶结结构使这种液压缸维修维护不便或者是不可维修。即本发明解决了由于碳纤维材料加工性能差而不能通过一般的机械连接方式（法兰连接、螺纹连接）与金属实现可靠连接的问题。 [0011] 图1为本发明的一种结构的示意图。 具体实施方式[0012] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。 [0013] 实施例1一种复合碳纤维组合缸筒的液压缸。如图1所示，所述液压缸的缸体内装有活塞6，活塞杆7从前缸盖1伸出，前缸盖1和后缸盖7与外层缸筒2的两端的法兰对应连接；所述缸体是由外层缸筒2和内层缸筒3构成双层缸筒结构，外层缸筒2和内层缸筒3通过过盈配合为一整体。 [0014] 所述外层缸筒2材质为合金钢；所述内层缸筒3是采用碳纤维干法缠绕，利用碳纤维B阶预浸胶纱或碳纤维B阶预浸胶带，在绕臂式缠绕机上经加热软化至粘流态并缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，制成缸筒坯体；再对缸筒坯体的内表面进行粗化处理，喷涂金属层4，最后在金属层4表面镀硬铬处理，抛光至表面粗糙度达到Ra0.2 0.4，制得内层缸筒3。 ~ [0015] 所述固化的固化温度≥100，固化程度90％以上。 [0016] 本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：1本具体实施方式采用双层缸筒结构，其中内层缸筒3采用碳纤维成型工艺而制成，其比重不到钢材1/4，使得缸体整体重量可减少50%以上，解决了一些工程机械轻量化的问题； 其抗拉强度在3500MPa以上，为一般钢材的7 10倍，抗拉弹性模量为230 430GPa，同样高于~ ~ 钢材，能很好地解决缸筒在高压或超高压工作状态时，内层缸筒3所受剪切应力过高并超过一般金属材料屈服强度而损坏缸筒的问题；碳纤维材质的良好的耐腐蚀性能，使其适合在恶劣的工作环境中，尤其是适合于液压传动、液压控制设备中。因而内层缸筒3在重量、强度、刚度、抗疲劳性等方面均比现有金属缸筒显著提高，在工程设备领域有广泛的应用前景。 [0017] 2本具体实施方式的外层缸筒2材质为合金钢，能使前缸盖1和后缸盖7与外层缸筒2两端的法兰实现可靠连接。有效避免了现有的胶结结构所带来的系列问题，所述胶结结构是通过胶粘剂把缸盖和缸底与缸筒胶结在一体的结构，这种胶结结构一方面在高温高压工作状态下，其连接的可靠性较低；另一方面由于是胶结结构使这种液压缸维修维护不便或者是不可维修。即本具体实施方式解决了由于碳纤维材料加工性能差而不能通过一般的机械连接方式如法兰连接或螺纹连接与金属实现可靠连接的问题。 [0018] 因此，本具体实施方式具有重量轻和承载能力强的特点。 |
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