一种变形活塞间隙密封式液压缸 【技术领域】
本发明属于液压缸技术领域。尤其涉及一种变形活塞间隙密封式液压缸。
背景技术
液压缸尤其是伺服液压缸要求摩擦力低、无爬行、频率响应高、寿命长、可靠性高，以满足液压伺服系统的静、动态性能要求。所以，活塞与缸体之间的密封形式和材料选用，以及导向套设计与密封材料的选用都十分重要。
目前应用较为成功的是采用方形或矩形截面的非金属材料环与O形橡胶圈组成一体的橡塑复合密封圈，它具有良好的耐磨性、耐油性和耐热性，且摩擦系数小。但其装配工艺复杂、密封圈两侧各装有一个支承环，增加了摩擦力，影响液压缸动态特性。
目前，在一些液压伺服系统中，要求低摩擦力、快速响应的液压缸及液压元件均希望取消密封圈而采用间隙密封形式。间隙密封在间隙中有一层薄的油膜，对运动副起到润滑作用，有利于降低摩擦力，提高动态性能。而控制其密封间隙量非常重要，若间隙过大，泄漏增大；间隙过小，容易磨损缸筒内表面。液压缸在工作中，由于间隙一定，泄漏量随压差升高而增大。因此，不易控制间隙和泄漏量。
【发明内容】
本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种结构简单、拆装维修方便、寿命长、摩擦力小、频率响应高、可靠性高、预防外泄漏的变形活塞间隙密封式液压缸。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该液压缸包括缸体、活塞、活塞杆、导向套和端盖，其特征在于在活塞的外圆对称地均匀开有3～5条平衡槽，在安装活塞的活塞杆处设有第一密封槽，活塞两侧的端面均设有与活塞外径相同的环状凸台。
在导向套的外圆处设有第二密封槽，在导向套的内圆处和外圆处分别设有第一泄油槽和第二泄油槽，第一泄油槽经过第二泄油通道和第二泄油槽相通，第二泄油槽与设置在缸体上的第一泄油通道相通，导向套内侧端面上靠近内圆处设有环形槽；导向套外侧装有端盖；缸体上的无杆腔和有杆腔分别开有进出油口。其中：
环状凸台的断面为直角梯形，直角梯形的夹角为α＝25～35°，直角梯形的高度为L＝6～12mm，直角梯形的上底边长为N＝1～1.5mm；环状凸台与活塞为一整体；
导向套的材质为铜材；导向套内侧端面的环形槽深度为L′＝6～12mm，环形槽的槽底宽为K′＝6～10mm，环形槽的断面为直角梯形，直角梯形的夹角为α‘＝25～35°；环形槽在端面处的内圆半径与导向套的内圆半径之差为ΔR′＝1～1.5mm；
平衡槽的槽宽0.5～0.8mm，槽深0.6～1.0mm，每条平衡槽间的距离为5～8mm；
活塞材质为铸钢，活塞外圆表面镀铬，镀层厚度为0.01～0.02mm；活塞两侧分别装有第二挡圈和第一挡圈，通过弹簧垫圈和螺母固定在活塞杆上；活塞与缸体的配合间隙为δ＝15～35μm；
第一密封槽和第二密封槽均采用O形密封圈。
由于采用上述技术方案，本发明：
1、采用铸钢为材料制造的活塞，具有一定的弹性变形；活塞两侧端面加工为环状凸台，其断面为梯形，随油压升高，环状凸台向外扩展，活塞与缸体间隙变小，可有效地防止了因活塞两测压差增大而增大的泄漏量，通过活塞变形减小其间隙，从而有效降低泄漏量。
2、在活塞上加工有3～5条平衡槽，液压油流到槽内，使槽内一周的油液压力均匀，使活塞与缸体能有效地同心，从流体力学流量公式得知：环形间隙的泄漏量与间隙3次方成正比，从而减小了因偏心而增加的泄漏量；同时由于平衡槽的作用，在间隙中形成的油膜能有效地降低摩擦阻力，使摩擦力小；同时可缩短响应时间，提高频率响应。
3、导向套采用铜材料制造，内侧靠近活塞杆处加工成断面为直角梯形的环形槽，环形槽与导向套内壁间形成的环状凸台靠近活塞杆，当液压油压力升高时，环状凸台在液压油压力作用下向活塞杆方向扩展，导向套与活塞杆之间的间隙减小，达到减小泄漏量的目的。
4、密封形式采用间隙密封，结构简单，拆装维修方便；活塞外圆表面镀铬，镀层厚度为0.01～0.02mm，具有耐磨性，同时由于相对运动摩擦副均有油膜润滑，不易磨损，使活塞寿命长，可靠性高。
5、在导向套上加工有第一泄漏槽，通过第二泄油通道将泄漏的油液引到缸体的第一泄油通道，然后引到油箱，减小外泄漏而造成环境污染，同时还可将泄漏油再利用。
因此，本发明具有结构简单、拆装维修方便、寿命长、摩擦力小、频率响应高、可靠性高、预防外泄漏等特点。可广泛应用于各种工况的液压系统及液压伺服系统，特别是高频响应的液压伺服系统，如轧机液压压下系统、连铸机结晶器振动液压伺服系统、军工液压装备中的液压伺服系统等。
【附图说明】
图1为本发明的一种结构简图；
图2为图1中活塞5的I处局部放大示意图；
图3为图1中导向套11的II处局部放大示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种变形活塞间隙密封式液压缸，如图1所示，该液压缸包括缸体1、活塞5、活塞杆18、导向套11和端盖15，其特征在于在活塞5的外圆对称地均匀开有3～5条平衡槽6，在安装活塞5的活塞杆18处设有第一密封槽7，活塞5两侧的端面均设有与活塞5外径相同的环状凸台。
在导向套11地外圆处设有第二密封槽16，在导向套11的内圆处和外圆处分别设有第一泄油槽14和第二泄油槽17，第一泄油槽14经过第二泄油通道13和第二泄油槽17相通，第二泄油槽17与设置在缸体1上的第一泄油通道12相通，导向套11内侧端面上靠近内圆处设有环形槽；导向套11外侧装有端盖15；缸体1上的无杆腔和有杆腔分别开有进出油口9、10。
在本实施例1中：
环状凸台的断面如图2所示，断面形状为直角梯形，直角梯形的夹角为α＝25～30°，直角梯形的高度为L＝6～10mm，直角梯形的上底边长为N＝1～1.3mm；环状凸台与活塞5为一整体；
导向套11的材质为铜材；导向套11内侧端面的环形槽如图3所示，环形槽的深度为L′＝6～10mm，环形槽的槽底宽为K′＝6～9mm，环形槽的断面为直角梯形，直角梯形的夹角为α‘＝25～30°；环形槽在端面处的内圆半径与导向套11的内圆半径之差为ΔR′＝1～1.3mm；
平衡槽6的槽宽0.5～0.7mm，槽深0.6～0.8mm，每条平衡槽间的距离为5～7mm；
活塞5材质为铸钢，活塞5外圆表面镀铬，镀层厚度为0.01～0.02mm；活塞5两侧分别装有第二挡圈8和第一挡圈4，通过弹簧垫圈3和螺母2固定在活塞杆18上；活塞5与缸体1的配合间隙为δ＝15～25μm；
第一密封槽7和第二密封槽16均采用O形密封圈。
实施例2
一种变形活塞间隙密封式液压缸。环状凸台的形状如图2所示，其断面为直角梯形，直角梯形的夹角为α＝30～35°，直角梯形的高度为L＝8～12mm，直角梯形的上底边长为N＝1.2～1.5mm。环状凸台与活塞5为一整体。
导向套11内侧端面的环形槽如图3所示，环形槽的深度为L′＝8～12mm，环形槽的槽底宽为K′＝8～10mm，环形槽的断面为直角梯形，直角梯形的夹角为α‘＝30～35°；环形槽在端面处的内圆半径与导向套11的内圆半径之差为ΔR′＝1.3～1.5mm；
活塞5上的平衡槽6的槽宽0.6～0.8mm，槽深0.8～1.0mm，每条平衡槽间的距离为6～8mm；活塞5与缸体1的配合间隙为δ＝25～35μm。
其余同实施例1。
本实施例具体实施方式：
1、采用铸钢为材料制造的活塞，具有一定的弹性变形；活塞两侧端面加工为环状凸台，其断面为梯形，随油压升高，环状凸台向外扩展，活塞与缸体间隙变小，可有效地防止了因活塞两测压差增大而增大的泄漏量，通过活塞变形减小其间隙，从而预防外泄漏。
2、在活塞上加工有3～5条平衡槽，液压油流到槽内，使槽内一周的油液压力均匀，使活塞与缸体能有效地同心，从流体力学流量公式得知：环形间隙的泄漏量与间隙3次方成正比，从而减小了因偏心而增加的泄漏量；同时由于平衡槽的作用，在间隙中形成的油膜能有效地降低摩擦阻力，使摩擦力小；同时可缩短响应时间，提高频率响应。
3、导向套采用铜材料制造，内侧靠近活塞杆处加工成断面为直角梯形的环形槽，环形槽与导向套内壁间形成的环状凸台靠近活塞杆，当液压油压力升高时，环状凸台在液压油压力作用下向活塞杆方向扩展，导向套与活塞杆之间的间隙减小，达到减小泄漏量的目的。
4、密封形式采用间隙密封，结构简单，拆装维修方便；活塞外圆表面镀铬，镀层厚度为0.01～0.02mm，具有耐磨性，同时由于相对运动摩擦副均有油膜润滑，不易磨损，使活塞寿命长，可靠性高。
5、在导向套上加工有第一泄漏槽，通过第二泄油通道将泄漏的油液引到缸体的第一泄油通道，然后引到油箱，减小外泄漏而造成环境污染，同时还可将泄漏油再利用。
因此，本具体实施方式具有结构简单、拆装维修方便、寿命长、摩擦力小、频率响应高、可靠性高、预防外泄漏等特点。可广泛应用于各种工况的液压系统及液压伺服系统，特别是高频响应的液压伺服系统，如轧机液压压下系统、连铸机结晶器振动液压伺服系统、军工液压装备中的液压伺服系统等。