| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411818983.X | 申请日 | 2024-12-11 |
| 公开(公告)号 | CN119755166A | 公开(公告)日 | 2025-04-04 |
| 申请人 | 江苏恒立液压股份有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 叶菁; 王磊; 王伟堂; 崔树旗; 胡国享; 尤庆成; | 第一发明人 | 叶菁 |
| 权利人 | 江苏恒立液压股份有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 江苏恒立液压股份有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省常州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省常州市武进高新技术产业开发区龙潜路99号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：213100 |
| 主IPC国际分类 | F15B15/14 | 所有IPC国际分类 | F15B15/14 ; F16J15/46 ; F16J10/04 ; F16C29/02 ; F16C32/06 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 常州至善至诚专利代理事务所 | 专利代理人 | 朱丽莎; |
| 摘要 | 本 申请 涉及 液压缸 技术领域，尤其涉及一种零 摩擦 力 的液压缸，包括，缸筒、缸底、插设在缸筒内并与缸筒内 侧壁 之间形成环形缝隙的 柱塞 ；嵌设在缸筒内侧壁上的密封环，密封环与柱塞之间能够相对浮动；缸筒内设置有至少两组 静压 轴承 ；缸底上设置有用于向缸底与柱塞之间注油的进油口A，缸筒的侧壁上设置有油孔B，油孔B处的油压PB作用于密封环以对抗环形缝隙内油压，缸筒的侧壁上设置有注油孔C，注油孔C位于油孔B远离进油口A的一侧，注油孔C的油压PC小于进油口A作用于柱塞的油压PA。本申请通过 静压轴承 对柱塞起 支撑 作用，通过压力油PC和PB协同控制住环形缝隙的压降、间隙和偏心率，代替传统的 密封圈 ，实现柱塞的零摩擦。 | ||
| 权利要求 | 1.一种零摩擦力的液压缸，其特征在于，包括， |
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| 说明书全文 | 零摩擦力的液压缸技术领域背景技术[0002] 现有的液压技术中的液压缸，其缸体内壁和活塞外圆柱面之间一般采用密封圈密封，在缸盖孔壁和活塞杆外表面之间采用密封圈密封，这种液压缸主要是依赖于材料的弹 性，采用预留材料量的方法实行的非压力密封，其密封程度受到以下各种情况的影响，其一 是材料预留量的大小，其二是材料的弹性受流动介质的侵蚀和随时间的老化，其三是缸体 内壁的公差和形位公差变形等等，还有就是流动介质的泄露问题没有很好的解决。 [0004] 本发明旨在解决背景技术中存在的问题之一。 [0005] 为此，本发明提供一种零摩擦力的液压缸。 [0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： [0007] 一种零摩擦力的液压缸，包括， [0008] 缸筒，所述缸筒的底部连接有缸底； [0010] 密封环，所述密封环嵌设在缸筒内侧壁上，所述密封环与柱塞之间能够相对浮动； [0011] 所述缸筒的侧壁上设置有进油孔和泄油孔，所述缸筒内设置有油垫，所述进油孔、泄油孔和油垫形成至少两组静压轴承用于支撑柱塞浮动在缸筒内；所述缸底上设置有用于 向缸底与柱塞之间注油的进油口A，所述缸筒的侧壁上设置有作用于密封环以对抗环形缝 隙内油压的油孔B，所述缸筒的侧壁上设置有注油孔C，所述注油孔C位于油孔B远离进油口A 的一侧，所述注油孔C的油压PC小于进油口A作用于柱塞的油压PA。 [0012] 进一步地，所述注油孔C靠近密封环设置。 [0013] 进一步地，所述进油孔沿缸筒周向设置有多个。 [0014] 进一步地，所述缸筒底部靠近缸底的一端的内侧壁上设置有密封槽，所述密封槽环形设置，所述密封环浮动设置在密封槽内，且密封环靠近缸筒轴线一侧设置，所述密封环 与密封槽槽底、缸底之间形成与油孔B连通的调节油腔。 [0015] 进一步地，所述缸底与柱塞之间形成工作油腔，所述缸底上设置有油道，所述油道连通工作油腔与进油口A。 [0016] 进一步地，所述油道与工作油腔连通的一端与缸筒的轴心相对。 [0017] 进一步地，所述注油孔C与柱塞底面之间的距离为l，所述柱塞和密封环之间形成环形缝隙的单边间隙为h， h0为液压缸内没有任何压力的情况下，即液压缸还 没工作时，是尺寸加工和装备完的初始间隙，δ为密封环(4)的膨胀量，l、h与该液压缸的泄 漏量q之间满足关系 其中，d为密封环的内径，Δp＝pA‑pC，μ为缸筒 内液压油的液体动力粘度，ε为柱塞的偏心率。 [0019] 进一 步地 ，所述 密封 环的最 小膨胀 量 δ mi n与P B、PC之 间满 足其中，D为密封环的外径，ν为柱 塞的泊松比，E为柱塞的弹性模量。 [0020] 本发明的有益效果是，本申请通过多组静压轴承对柱塞起支撑作用，代替传统的支撑环，保证柱塞浮动，控制工作腔体的泄漏量，维持压力PA，使液压缸能稳定的输出力。并 通过压力油PC和PB协同控制住环形缝隙的压降、间隙和偏心率，代替传统的密封圈，液压缸 的柱塞和缸筒等其他零件都没有接触，从而实现柱塞的零摩擦，提高液压缸的使用寿命，降 低液压缸液压油泄漏风险。 附图说明 [0021] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0022] 图1是本发明中零摩擦力的液压缸的结构示意图。 [0023] 图2是本发明中柱塞轴向的压力分布示意图。 [0024] 图3是用于体现图2中柱塞无偏心状态下进油孔E处静压轴承位置柱塞周向压力分布的M‑M向剖面图。 [0025] 图4是用于体现图2中柱塞无偏心状态下进油孔D处静压轴承位置柱塞周向压力分布的N‑N向剖面图。 [0026] 图5是本发明中当柱塞受到外界侧载或者弯矩作用发生偏转时液压缸的示意图。 [0027] 图6是用于体现图4中当柱塞受到外界侧载或者弯矩作用发生偏转时进油孔E处静压轴承位置柱塞周向压力分布的J‑J向剖面图。 [0028] 图7是用于体现图4中当柱塞受到外界侧载或者弯矩作用发生偏转时进油孔D处静压轴承位置柱塞周向压力分布的K‑K向剖面图。 [0029] 图8是本发明中密封环的受力示意图。 [0030] 图9是本发明中当柱塞偏心时密封环的受力示意图。 [0031] 图中：1、缸筒；2、缸底；3、柱塞；4、密封环；5、工作油腔；6、调节油腔；7、油道；8、油垫。 具体实施方式[0032] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。 [0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。此外，限 定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的 描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 [0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。 [0035] 参照图1‑9，一种零摩擦力的液压缸，包括缸筒1、缸底2、柱塞3以及密封环4，缸筒1与缸底2通过紧固件固定连接在一起，柱塞3从缸筒1远离缸底2的一端插设在缸筒1内并能 够悬浮在缸筒1中，柱塞3和密封环4之间形成环形缝隙，柱塞3与缸底2之间形成工作油腔5。 [0036] 缸筒1底部靠近缸底2的一端的内侧壁上设置有密封槽，密封槽环形设置，密封环4浮动设置在密封槽内，且密封环4靠近缸筒1轴线一侧设置，密封环4与密封槽内侧壁以及缸 底2之间密封设置，密封环4与密封槽槽底、缸底2之间形成调节油腔6。 [0037] 缸筒1的内侧壁上沿缸筒1的轴向设置有多个油孔，具体的，多个油孔沿缸底2至缸筒1开口端的方向分别为：油孔B、油孔C、油孔L1、油孔D、油孔L2、油孔E、油孔L3，其中，油孔E 和油孔D均沿缸筒1的周向设置有多个，本实施例中，油孔E和油孔D均沿缸筒1轴向设置有四 个，分别为油孔E1、油孔E2、油孔E3、油孔E4、油孔D1、油孔D2、油孔D3、油孔D4。其中，缸筒1的 内侧壁上分别设置有与油孔C、油孔L1、油孔D、油孔L2、油孔E、油孔L3相对的多个环形凹槽。 [0038] 其中，油孔L1、L2、L3均为泄油孔，油孔D、E为进油孔，缸筒1内设置有油垫8，进油孔、泄油孔和油垫8共同形成静压轴承，本实施例中，油垫8与进油孔、泄油孔相对设置，通过 油孔D进入缸筒1的油经由油垫8从油孔L1和L2泄出，通过油孔E进入缸筒1的油经由油垫8从 油孔L2和L3泄出，从而形成两组静压轴承，在自然状态下，柱塞3与缸筒1的间隙处处相等， 静压腔内压力平衡，使柱塞3浮动在缸筒1内，当柱塞3受外界侧向载荷或弯矩时，柱塞3与缸 筒1的间隙各处不等，间隙不等使静压腔内压力改变，产生抵抗外界侧载和弯矩的液压力， 仍使柱塞3浮动在缸筒1中间。 [0039] 油孔C为注油孔，向油孔C加注油压PC，油孔C压力油最终流到油孔L1泄出，油孔C位置密封环4远离缸底2的一侧。缸底2的侧壁上设置有进油口A，缸底2内设置有油道7，油道7 连通进油口A与工作油腔5，油道7与工作油腔5连通的一端与缸筒1的轴心相对，液压油从进 油口A进入工作油腔5，作用于柱塞3端部，从而使得柱塞3输出推力，其作用于柱塞3端部的 油压为PA。PC略低于PA，在密封环4内部自下而上形成梯度压力由PA逐步降低至PC，但压降很 低，压差Δp＝pA‑pC，使工作腔体的泄漏量也很低。 [0040] 需要说明的是，环形缝隙的泄漏量与压降、油液粘度、孔径、间隙、孔长、偏心率等有关，泄漏量计算式 其中，d为密封环4的内径，D为密封环4的外 径，h为柱塞3和密封环4之间形成环形缝隙的单边间隙，间隙计算按式 h0为缸 筒1内没有任何压力的情况下，即液压缸还没工作时，是尺寸加工和装备完的初始间隙，l间 隙长度，即为柱塞3靠近工作油腔5的端部与油孔C之间沿缸筒1轴向上的长度，μ为缸筒1内 液压油的液体动力粘度，ε为柱塞3的偏心率， e为偏心距。 [0041] 油孔B与调节油腔6连通，通过油孔B向调节油腔6内加注油压PB，PB对密封环4施加均匀外压，限制密封环4因内压膨胀，控制柱塞3和密封环4的微小间隙，控制工作腔体的泄 漏，其中，密封环4的最大膨胀量为， 最小膨胀量为 ν为密封环4的泊松比，E为密封环 4的弹性模量。 [0042] 实施例1 [0043] 现有一液压缸，其缸筒1内径d为400mm，外径D为500mm，柱塞3与缸筒1内壁之间环形缝隙的初始间隙h0为0.05mm，用于制作密封环4材料的钢的弹性模量为E＝206GPa，泊松 比为ν＝0.3，液压缸采用46#矿物油，其在50℃时的动力粘度μ＝0.04Pa.s，油孔C与柱塞3底 部的距离l＝300mm。设置进油压力PA＝30MPa，出油压力Pc＝29MPa。 [0044] 若取外压PB＝26.22MPa，则最大膨胀量最小膨胀量 单边间隙 压差Δp＝pA‑pC＝1MPa。 [0045] 假设柱塞3处于无偏心的状态，偏心率ε＝0，则泄漏量 [0046] [0047] 对比例1 [0048] 假设柱塞3完全偏心，设偏心率ε＝1，则泄漏量 [0049] [0050] 柱塞3偏心状态下的泄漏量仅为无偏心状态下泄漏量的2.5倍，所以设计浮动的密封环4来降低偏心率，可以减少一定程度的泄漏，也能避免密封环4和柱塞3的接触，产生摩 擦力。 [0051] 对比例2 [0052] 假设出油压力Pc＝0，其他参数与实施例1相同，则最小膨胀量 [0053] [0054] 单边间隙 即密封环4过度收缩，将柱塞3抱死，柱塞3将失去上下滑动功能，所以出油压力和进油压力不能差异太大，需要保证密封环4和柱塞3保 有一定间隙。 [0055] 并且即使假设间隙能够保持不变，出油压力为Pc＝0，即Δp＝pA‑pC＝30MPa时，因为泄漏量和压差成正比关系，泄漏量也会是实施例1的30倍。 [0056] 对比例3 [0057] 假设外压PB＝0，即密封环4膨胀不受控制，其他参数同实施例1，则最大膨胀量最小膨胀量 单边间隙 泄漏量 [0058] [0059] 结果是实施例1中泄漏量的52～75倍，这是因为在不控制的情况下，膨胀量δ达到初始单边间隙h0的数倍，这导致最终单边间隙h也成倍增长，而泄漏量q与h成指数关系，使 得泄漏量不受控制，因此，控制膨胀量δ是最关键的，而增加外压是一种非常有效的控制外 胀的方法。 [0060] 综上所述，本申请通过两组静压轴承对柱塞3起支撑作用，代替传统的支撑环，抵抗外界侧向力或者弯矩，保证柱塞3浮动，维持压力PA，使液压缸能稳定的输出力。 [0061] 并通过压力油PC和PB协同控制住环形缝隙的压降、间隙和偏心率，代替传统的密封圈，液压缸的柱塞3和缸筒1等其他零件都没有接触，也就实现了零摩擦。 [0062] 密封环4发生形变时，此时压力油PC和PB相互配合，由于PA与PC之间的压力梯度，密封环4受压变形形成顺锥，液压油对密封环4产生轴向和径向两个方向的分力，参照图7可以 控制密封环4随柱塞3浮动，而不产生偏心，控制工作腔体的泄漏。 |
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