一种三位液压缸活塞的制作方法

1.本实用新型涉及机械制造领域，具体涉及一种三位液压缸活塞。

背景技术：

2.液压传动相对于机械传动起步比较晚，但随着时间发展，液压技术深入普及和应用领域的不断扩大推动液压缸的不断发展。三位液压油缸可用于换档油缸、自动化生产线油缸等。
3.常用的三位液压油缸采用电磁阀挡位位置，但挡位控制精度不高，特别是中间挡位的位置难以精确控制，导致挂不上挡，可靠性低。为了实现中间挡位的定位，通常采用阶梯型或哑铃形内孔的缸体，利用内孔中的台阶作为限位装置，这样导致内孔加工难度大、成本高。另外如果活塞两侧的压差较大时，活塞上的轴向较大，活塞与限位装置碰撞产生弹性变形和塑性变形，也使得挡位定位不精确，导致挂不上挡，可靠性低。
4.为了解决三位液压油缸可靠性低的问题，有的三位液压油缸采用伺服电机控制，但这样会导致结构相对复杂，投入成本也比较大。
5.经专利检索，与本技术有一定关系的主要有以下专利：
6.1、申请号为“201010118513.4”、申请日为“2010.01.22”、公开号为“cn101749298a”、公开日为“2010.06.23”、名称为“一种三位动力缸”、申请人为“十堰维克多工业有限公司”的中国发明专利，该三位动力缸，既可以是液压缸，也可以是气缸，其主体方案为：包括缸体，只设有一根活塞杆，在缸体内设有一个大腔室，在大腔室内设有一个大活塞，在大活塞上设有小活塞的腔室，小活塞与活塞杆固定，大活塞推动小活塞，带动活塞杆移动到一个定位位置；小活塞再次运动带动活塞杆移动到下一个定位位置；小活塞的复位既可以采用弹簧，也可以利用介质压力实现。本发明由初始位置、第一定位位置、第二定位位置构成三位动力缸，在运动过程中，减震橡胶圈缓冲，无冲击，定位准确，使用寿命长，能避免现有三位缸存在的缺陷。只设有一根活塞杆，同轴度好，适合用于用于准确定位于三个位置并运动频率高的机构，如汽车变速箱上自动选、换档机构等。但该专利的缸体和活塞结构复杂，生产成本高、安装繁琐。
7.2、申请号为“201110387572.6”、申请日为“2011.11.25”、公开号为“cn102384127a”、公开日为“2012.03.21”、名称为“一种用于机床换挡的三位油缸驱动装置”、申请人为“广州市珠江机床厂有限公司”的中国发明专利，该发明专利是用于机床换挡的三位油缸驱动装置包括油缸，所述油缸的内部中间设有定位台阶，且其两端分别固定有缸盖，所述缸盖上设置有油口；所述油缸内可滑动地设有第一活塞和第二活塞，所述第一活塞的中部设置有定位台阶，所述第二活塞可滑动地套于所述第一活塞的一端上；同时，所述第一活塞中部的定位台阶右端的油液作用面积小于所述第一活塞和第二活塞左端的油液作用面积之和，但不大于所述第一活塞左端的油液作用面积，以实现两个活塞三种位置的定位。但该专利的油缸内部中间设有定位台阶结构复杂，生产成本高、安装繁琐。
8.3、申请号为“201020251276.4”、申请日为“2010.06.29”、公开号为“cn201714741u”、公开日为“2011.01.19”、名称为“新型三位动力缸”、申请人为“十堰维克多工业有限公司”的实用新型专利，该新型三位动力缸，既可以是液压缸，也可以是气缸，其主体方案为：包括缸体，在缸体内设有一个阶梯腔室，阶梯腔室的小腔室内设有小活塞，一根活塞杆的内端与小活塞固定连接；在阶梯腔室的大腔室内设有大活塞，大活塞外圆是阶梯轴颈，阶梯轴颈的小轴颈与小腔室配合；柱塞与大活塞的中空内腔密封配合，缸体上设有大腔室及小腔室的介质通道，大活塞带动小活塞前进，当大活塞运动到位后，柱塞受气压继续带动小活塞前进。该实用新型由初始位置、第一定位位置、第二定位位置构成三位动力缸，在运动过程中，无冲击，定位准确，可靠性高。只设有一根活塞杆，同轴度好，适合用于准确定位于三个位置并运动频率高的机构，如汽车变速箱上自动选、换档机构等。该专利的采用阶梯腔室和阶梯形的活塞，其结构复杂，生产成本高、安装繁琐。
9.4、申请号为“201420582106.2”、申请日为“2014.10.09”、公开号为“cn204099335u”、公开日为“2015.01.14”、名称为“一种机械式三位液压油缸”、申请人为“广东天恒液压机械有限公司”的实用新型专利，该实用新型专利公开了一种机械式三位液压油缸，包括缸头、缸底、缸筒、活塞、活塞杆和限位套，缸头和缸底分别设置在缸筒两端，缸头和缸底分别开设有第一油口和第二油口，活塞设置在缸筒内，缸筒上开设有第三油口，活塞包括第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞套设在活塞杆上，第三油口和限位套位于第一活塞和第二活塞之间。该实用新型的机械式三位液压油缸通过设置第三油口，增加了活塞杆的位移变化，通过机械式的限位点及供油方式即可实现不同行程的工作需求，极大的节约了生产成本，使生产利益最大化。但该专利的各活塞的受力面积不相同，活塞平衡时的液压压强难以控制。
10.上述专利中的三位液压缸都是通过在液腔内设置台阶，利用液腔内的台阶阻挡活塞的移动，来实现中间位置的定位。长此以往活塞与台阶会因为碰撞而变形，使得活塞移动阻力大、中间定位不准确的问题，甚至导致挂不上挡或脱挡的问题。而且设置有台阶的液腔结构复杂、加工难度大、生产成本高，而且活塞两侧的面积不同，活塞平衡时的液压压强难以控制。

技术实现要素：

11.本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种三位液压缸活塞。
12.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一种三位液压缸活塞。由活塞杆、内活塞、外活塞一及外活塞二组合而成，内活塞密封固定在活塞杆上，外活塞一和外活塞二同轴设置在内活塞的外周上，外活塞一和外活塞二的内圈与内活塞的外周密封滑动连接，外活塞一和外活塞二能够在内活塞的外周上沿轴向滑动。利用内活塞、外活塞一及外活塞二将缸孔分隔成三个液腔，通过控制三个液腔内的介质压力，从而保持活塞杆在中间挡位；同时通过挡位传感器检测活塞杆的位置，利用传感器的反馈信号来控制液压介质流向，从而控制活塞两侧的压力差，来实现挡位的精确定位。
13.进一步地，内活塞的外周上中部设置有限位圈一，外活塞一和外活塞二分别设置在限位圈一两侧。利用限位圈一作为止挡，来限制外活塞一和外活塞二的移动范围；同时利用限位圈一在内活塞与外活塞一和外活塞二传递轴向力。
14.进一步地，内活塞的外周上设置有活塞定位槽，限位圈一卡接在活塞定位槽。限位圈一采用卡接的方式，便于限位圈一安装和更换。
15.进一步地，内活塞固定连接在活塞杆的中部，活塞杆的两端分别穿出缸体。使得外活塞一和外活塞二所承受介质压力的面积相等，便于使活塞平衡时的压力控制。
16.进一步地，活塞杆上设置有活塞卡槽，采用挡圈将内活塞固定在活塞杆上。这种卡接的方式，具有结构简单、安装简便、成本低的优点。
17.进一步地，外活塞一和外活塞二的外周面上与缸孔之间设置有平衡流道。液压介质通过平衡流道在相邻的液腔中之间保持稳定流动，使得在相邻的液腔之间形成稳定的压差，从而使液腔之间的压差控制在预定范围内。以减小活塞的轴向力，避免活塞撞击限位圈二造成位移、减少活塞与限位圈二之间的弹性变形和塑性变形，以提高中间挡位的定位精度。
18.进一步地，平衡流道为外活塞一和外活塞二的外周面上与缸孔之间的间隙。既能够使相邻的液腔之间形成稳定的压差，又能够起到润滑和散热的作用。
19.进一步地，平衡流道还包括外活塞一和外活塞二外周面上的凹槽。以增加平衡流道的面积、减少流阻、增大流量。
20.进一步地，所述凹槽为多道环形凹槽，环形凹槽加工简便。
21.进一步地，所述凹槽为螺旋形凹槽，螺旋形凹槽的流阻小、能增大液压介质流量。
22.本实用新型的有益效果为：通过采用组合式活塞，将缸孔分隔成三个液腔，通过控制三个液腔内的介质压力，从而保持活塞杆在中间挡位。同时在活塞的外周面上与缸孔之间设置平衡流道，液压介质通过平衡流道在相邻的液腔中之间保持稳定流动，从而控制活塞两侧的压差，以减小活塞的轴向力，避免活塞撞击限位圈造成位移、减少活塞与限位圈之间的弹性变形和塑性变形，以提高中间挡位的定位精度。
附图说明
23.图1为三位液压缸立体结构示意图，
24.图2为缸体立体结构示意图，
25.图3为缸体正视示意图，
26.图4为图3中a-a剖视图，
27.图5为图4中安装限位圈二后的剖视示意图，
28.图6为缸筒3剖视示意图，
29.图7为活塞杆1及组合式活塞立体结构示意图，
30.图8为活塞杆1及组合式活塞实施例1正视示意图，
31.图9为活塞杆1及组合式活塞实施例2正视示意图，
32.图10为活塞杆1及组合式活塞侧视示意图，
33.图11为图10中b-b剖视图（状态1），
34.图12为图10中b-b剖视图（状态2），
35.图13为图10中b-b剖视图（状态3），
36.图14为活塞杆1剖视图，
37.图15为内活塞4剖视图，
38.图16为三位液压缸处在中间位置时剖视示意图，
39.图17为三位液压缸向右移动时剖视示意图，
40.图18为三位液压缸向右移动到极限位置时剖视示意图，
41.图19为三位液压缸向左移动时剖视示意图，
42.图20为三位液压缸向左移动到极限位置时剖视示意图，
43.图中：1—活塞杆、101—拨叉固定孔、102—活塞卡槽、103—密封圈槽、104—销钉孔、2—导向套、3—缸筒、301—缸孔、302—缸孔定位槽、303—止口、304—卡槽、4—内活塞、401—内活塞组件一、402—内活塞组件二、403—活塞凸边、404—活塞定位槽、5—外活塞一、6—限位圈一、7—限位圈二、8—通液口一、9—外活塞二、10—端盖、11—螺栓、12—传感器、13—传感器拨块、14—销钉、15—密封圈、16—弹性挡圈、17—液腔一、18—通液口二、19—平衡流道、20—液腔二、21—通液口三、22—液腔三、l1—中挡时销钉与缸体端面距离、l2—右挡时销钉与缸体端面距离、l3—左挡时销钉与缸体端面距离。
具体实施方式
44.下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的描述：
45.如图1所示：三位液压缸包括缸体、活塞及传感器，活塞能够在缸体滑动，传感器与活塞杆一端连接，用来检测活塞杆所处的位置。
46.缸体如图2至5所示：所述缸体包括导向套2、缸筒3及端盖10，缸筒3设有圆筒形的缸孔301，导向套2和端盖10沿缸孔301的轴向连接在缸筒3的两端，使缸孔301封闭形成液腔，在缸孔301两端的孔壁上设置有通液口二18和通液口三21。缸孔301为直径不变的通孔，在缸孔301的孔壁上中部设置有环形的缸孔定位槽302，
47.限位圈二7采用带有开口的金属圆环，将压缩后的限位圈二7放到缸孔301内，将限位圈二7移到缸孔定位槽302处，将限位圈二7卡入缸孔定位槽302内。限位圈二7的内圈直径小于缸孔301和活塞的直径，能够用来阻挡活塞，起到限位作用。在缸孔301孔壁上还设置有通液口一8，通液口一8与缸孔定位槽302连通。
48.缸筒3如图6所示：缸孔301两端设置有止口303，两端止口303的外侧还设置有卡槽304。导向套2和端盖10从缸筒3的两端插入到缸孔301内，利用止口303对导向套2和端盖10进行定位，然后利用弹性挡圈16将导向套2和端盖10卡接在缸筒3的两端。这种卡接方式结构简单、安装简便。
49.活塞如图7至10所示：活塞由活塞杆1、内活塞4、外活塞一5及外活塞二9组合而成，内活塞4密封固定在活塞杆1上。内活塞4的外周上中部设置有活塞定位槽404，限位圈一6卡接在活塞定位槽404内。外活塞一5和外活塞二9同轴设置在内活塞4的外周上，设置在限位圈一6两侧。外活塞一5及外活塞二9的的外周上设置有多道截面为半圆的环形槽或螺旋槽。
50.如图11至13所示：外活塞一5和外活塞二9的内圈与内活塞4的外周密封滑动连接，外活塞一5和外活塞二9在限位圈二7两侧能够沿内活塞4的外周轴向滑动。利用限位圈二7来限制外活塞一5和外活塞二9的移动范围，以控制活塞杆1移动位置，实现挡位定位。
51.活塞杆1如图14所示：活塞杆1一端设置有拨叉固定孔101，用来安装拨叉；活塞杆1另一端设置有销钉孔104，用来插入销钉14，与传感器拨块13连接；活塞杆1中部设置有活塞卡槽102和密封圈槽103，密封圈槽103内卡入密封圈。当活塞杆1插入到内活塞4的中心孔
内，使两个活塞卡槽102处在活塞4中心孔的两端，然后用弹性挡圈16将内活塞4卡接在活塞杆1上。这种卡接方式结构简单、安装简便。
52.内活塞4如图15所示：由内活塞组件一401和内活塞组件二402组成，内活塞组件一401中部设置有活塞定位槽404，用来卡接限位圈一6。限位圈一6采用带有开口的金属圆环，将扩张后的限位圈一6套到内活塞组件一401上，将限位圈一6移到活塞定位槽404处，将限位圈一6卡入活塞定位槽404。限位圈一6的外径大于外活塞一5和外活塞二9的内径，能够控制外活塞一5和外活塞二9的滑动范围，进行限位。当外活塞一5和外活塞二9被液压介质推动遇到限位圈一6时，限位圈一6能够将外活塞一5和外活塞二9所受到的液压介质的压力传递到内活塞4上。内活塞组件一401和内活塞组件二402的边缘设置有活塞凸边403，用来将外活塞一5和外活塞二9所受到的液压介质的压力传递到内活塞4上，同时能够控制外活塞一5和外活塞二9的滑动范围。
53.三位液压缸的处在中间挡位时如图16所示：三位液压缸的缸孔301的中部设置有限位圈二7，外活塞一5和外活塞二9设置在限位圈一6和限位圈二7两侧。内活塞4、外活塞一5和外活塞二9将缸孔301分隔成液腔一17、液腔二20及液腔三22三个液腔，三个液腔分别通过通液口二18、通液口一8和通液口三21与液压动力源连通。与现有的三位液压缸中缸孔与活塞之间设置有密封圈不同，本发明中的缸孔301内壁与外活塞一5及外活塞二9的外周之间没有密封装置，而是在缸孔301内壁与外活塞一5及外活塞二9的外周之间留有间隙作为平衡流道19。当相邻的液腔内的介质压力存在压差时，压差在推动活塞移动的同时，液腔内的介质还会通过平衡流道19流向压力低的液腔。在介质流过平衡流道19的过程中，介质压力需要克服平衡流道19的流动阻力。当相邻的液腔内的压差等于平衡流道19的流动阻力时，相邻的液腔之间保持稳定的压差，平衡流道19内会保持稳定的液流。为了控制相邻液腔内的压差，需要对平衡流道19的流通面积进行调整，因此在外活塞一5及外活塞二9的的外周上设置有多道截面为半圆的环形槽或螺旋槽。
54.在图16中，通过通液口二18向液腔一17充入压力介质、通过通液口三21向液腔三22充入压力介质、通过通液口一8将液腔二20内的介质导出卸压。液腔一17与液腔二20之间存在压差，介质压力将外活塞一5推向中间位置。当外活塞一5被限位圈二7阻挡时，外活塞一5停止移动；在此过程中，外活塞一5有可能通过限位圈一6推动内活塞4及活塞杆1推向中间位置。同时介质压力也将外活塞二9推向中间位置。当外活塞二9被限位圈二7阻挡时，外活塞二9停止移动；在此过程中，外活塞二9有可能通过限位圈一6推动内活塞4及活塞杆1推向中间位置，从而将活塞杆1推到中间挡位。同时与活塞杆1一端通过销钉14带动传感器拨块13转动，使传感器12转动并保持在中间挡位，销钉14与缸体端面距离为l1。传感器12将挡位位置远传到显示器，同时保持通过电磁阀保持液腔一17和液腔三22内的压力、使液腔二20处于卸压状态。
55.由于液腔一17与液腔二20之间、以及液腔三22与液腔二20之间通过平衡流道19，液腔一17和液腔三22内的介质通过平衡流道19流向液腔二20。在介质持续稳定流过平衡流道19的过程中，将会在液腔一17与液腔二20之间、以及液腔三22与液腔二20之间形成稳定的压差，使内活塞4及活塞杆1受到来自外活塞一5和外活塞二9的两个反向的轴向力，使内活塞4及活塞杆1保持在中间挡位。由于平衡流道19内有介质稳定的流过，既能够控制相邻液腔之间的压差，还能够起到润滑和冷却作用。
56.三位液压缸从中间挡位向右侧挡位的换挡过程如图17和18所示：通过通液口二18向液腔一17充入压力介质、同时通过通液口三21和通液口一8将液腔三22和液腔二20内的介质导出卸压。液腔一17与液腔二20和液腔三22之间存在压差，介质压力将外活塞一5和内活塞4推向端盖10方向。当外活塞一5被限位圈二7阻挡时，外活塞一5停止移动。同时作用在内活塞4上的介质压力，将内活塞4继续推向端盖10方向。与此同时，内活塞4通过限位圈一6将外活塞二9推向端盖10方向。当外活塞二9碰到端盖10时，内活塞4和活塞杆1将停止移动。同时与活塞杆1一端通过销钉14带动传感器拨块13转动，使传感器12转动并保持在右侧挡位，销钉14与缸体端面距离为l2。传感器12检测活塞杆1是否到达右侧极限位置，到达右侧极限位置后，传递电信号控制电磁阀停止加压，活塞杆1完成右移，并保持在右侧挡位。
57.三位液压缸从中间挡位向左侧挡位的换挡过程如图19和20所示：通液口三21向液腔三22充入压力介质、同时通过通液口二18和通液口一8将液腔一17和液腔二20内的介质导出卸压。液腔三22与液腔二20和液腔一17之间存在压差，介质压力将外活塞二9和内活塞4推向导向套2方向。当外活塞二9被限位圈二7阻挡时，外活塞二9停止移动。同时作用在内活塞4上的介质压力，将内活塞4继续推向导向套2方向。与此同时，内活塞4通过限位圈一6将外活塞一5推向导向套2方向。当外活塞一5碰到导向套2时，内活塞4和活塞杆1将停止移动。同时与活塞杆1一端通过销钉14带动传感器拨块13转动，使传感器12转动并保持在左侧挡位，销钉14与缸体端面距离为l3。传感器12检测活塞杆1是否到达左侧极限位置，到达左侧极限位置后，传递电信号控制电磁阀停止加压，活塞杆1完成左移，并保持在左侧挡位。
58.综上所述，本实用新型的有益效果为：通过采用组合式活塞，将缸孔分隔成三个液腔，通过控制三个液腔内的介质压力，从而保持活塞杆在中间挡位。同时在活塞的外周面上与缸孔之间设置平衡流道，液压介质通过平衡流道在相邻的液腔中之间保持稳定流动，从而控制活塞两侧的压差，以减小活塞的轴向力，避免活塞撞击限位圈造成位移、减少活塞与限位圈之间的弹性变形和塑性变形，以提高中间挡位的定位精度。
59.以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该由各权利要求限定。

技术特征：

1.一种三位液压缸活塞，其特征在于：由活塞杆（1）、内活塞（4）、外活塞一（5）及外活塞二（9）组合而成，内活塞（4）密封固定在活塞杆（1）上，外活塞一（5）和外活塞二（9）同轴设置在内活塞（4）的外周上，外活塞一（5）和外活塞二（9）的内圈与内活塞（4）的外周密封滑动连接，外活塞一（5）和外活塞二（9）能够在内活塞（4）的外周上沿轴向滑动。2.根据权利要求1所述的三位液压缸活塞，其特征在于：内活塞（4）的外周上中部设置有限位圈一（6），外活塞一（5）和外活塞二（9）分别设置在限位圈一（6）两侧。3.根据权利要求2所述的三位液压缸活塞，其特征在于：内活塞（4）的外周上设置有活塞定位槽（404），限位圈一（6）卡接在活塞定位槽（404）。4.根据权利要求3所述的三位液压缸活塞，其特征在于：内活塞（4）固定连接在活塞杆（1）的中部，活塞杆（1）的两端分别穿出缸体。5.根据权利要求4所述的三位液压缸活塞，其特征在于：活塞杆（1）上设置有活塞卡槽（102），采用挡圈（16）将内活塞（4）固定在活塞杆（1）上。6.根据权利要求1至5任意一项所述的三位液压缸活塞，其特征在于：外活塞一（5）和外活塞二（9）的外周面上与缸孔（301）之间设置有平衡流道（19）。7.根据权利要求6所述的三位液压缸活塞，其特征在于：平衡流道（19）为外活塞一（5）和外活塞二（9）的外周面上与缸孔（301）之间的间隙。8.根据权利要求6所述的三位液压缸活塞，其特征在于：平衡流道（19）还包括外活塞一（5）和外活塞二（9）外周面上的凹槽。9.根据权利要求8所述的三位液压缸活塞，其特征在于：所述凹槽为多道环形凹槽。10.根据权利要求8所述的三位液压缸活塞，其特征在于：所述凹槽为螺旋形凹槽。

技术总结

本实用新型涉及一种三位液压缸活塞，由一个内活塞和两个同轴设置在内活塞上的外活塞组合组成，将缸孔分隔成三个液腔，通过控制三个液腔内的介质压力，从而保持活塞杆在中间挡位。同时在活塞的外周面上与缸孔之间设置平衡流道，液压介质通过平衡流道在相邻的液腔中之间保持稳定流动，从而控制活塞两侧的压差，以减小活塞的轴向力，避免活塞撞击限位圈造成位移、减少活塞与限位圈之间的弹性变形和塑性变形，以提高中间挡位的定位精度。以提高中间挡位的定位精度。以提高中间挡位的定位精度。