末端外置式可控缓冲机构的制作方法

本发明属于液压作动筒领域及机械设备阻尼缓冲器(或减震器)领域，一种利用阻尼特性来减缓机械振动及消耗动能的装置，尤其涉及一种主要用于航空、航天、船舶、车辆、大型工程设备等行业液压系统执行机构的带伸出末端阻尼作用的液压作动器。

背景技术：

1、作动器(actuator)是液压气动传动系统中常见的一类执行元件，一般分为往复直线式作动器和往复摆动式作动器两种类型。作动器工作介质一般有液体和气体两种。它是将气压或液压功率转换成机械力和运动的装置。作动器驱动大质量的运动部件并且运动速度较大时，运动部件的惯性较大，当作动器的活塞/活塞杆(3)运动到极限位置时，易发生因机械碰撞引起的冲击和噪声。

2、工业中常用油-气组合式缓冲器和油压式缓冲器。以上两种形式缓冲器，虽然具有结构简单、易于设计制造等优点，但也存在着缓冲效果不足、即冲击现象消失慢，反冲力大等缺点。液压缓冲器一般由有作为承压件的轴心、作为缓冲件(介质)的液压油、作为复归件的弹簧、以及作为壳体的外管所组成。依靠液压阻尼对作用在其上的物体进行缓冲减速至停止。其作用是在工作过程中防止硬性碰撞导致机构损坏的安全缓冲装置。液压缓冲器的缓冲和复归过程一般应用多个小孔节流原理和弹簧复归进行缓冲。

3、现有液压作动器的行程末端缓冲机构，通常采用能量缓冲法的缓冲器,使液压缸低压腔内最后要排回油箱的液压油封闭起来,通过节流孔或缝隙流出进行减速。缓冲机构的结构型式一般有小孔节流、环缝节流或小孔与环缝相结合。环缝节流是通过筒与轴的间隙配合形成环向缝隙使得流体的流通不畅实现节流的，筒和轴配合间隙小，加工精度要求高，加工难度大。受加工精度影响，装配后筒与轴不同心概率大，调试困难，性能一致性较差。小孔节流是通过小孔阻挡流体的自由流通实现节流的，小孔加工简单，产品调试容易，性能一致性较好。在液压作动器缓冲设计中，环缝节流常用于末端缓冲，小孔节流常用于全程缓冲，而采用小孔节流实现末端缓冲并不多见，尤其是伸出末端缓冲。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，旨在提供一种结构紧凑合理，工作可靠,可控性强，安全性高,具有良好缓冲性能的末端外置式可控缓冲机构。

2、本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种末端外置式可控缓冲机构，包括：螺接在作动器缸筒2端部上的阶梯型变截面端盖5，密封在缸筒2和端盖5中将缸筒2分隔为液压腔1和缓冲腔4并在缸筒2中作往复运动对外做功的阶梯型变截面活塞杆3，置于端盖阶梯孔下端的导向球头17与带有端向锥面的阀芯14，穿过阀芯14与导向球头17螺接的芯杆15，套装在芯杆15和导向球头17之间的复归弹簧16，套装在芯杆15端头与阀芯14之间的阀动弹簧10，其特征在于：端盖5在紧贴缸筒2筒端的同侧径向上制有一道径向阶梯孔和一道通油孔18，阶梯孔中装入流道开合机构后再装入接头9，阀芯14端向锥面与接头9端向锥面形成圆锥形流道7，接头9壁上嵌入制有阻尼孔的堵头11，接头9油路经圆锥形流道7及端盖通油孔18与缓冲腔4连通。活塞杆3向右伸出到头过程中，活塞杆锥面6推动开合机构的导向球头17带动开合机构沿端盖阶梯孔运动上升，导向球头17滑动接触在活塞杆锥面6及外表面上。开合机构关闭圆锥形流道7，阻隔在缓冲腔4内的油液只能通过通油孔18经堵块13上的阻尼孔排出到接头9油路，受阻尼孔的限流作用，缓冲腔4中的压力升高，液压力作用于活塞杆3产生向左的反推力，将活塞杆3运动速度从初始值逐渐减小，直至以较小速度匀速运动并最终停止，实现缓冲。

3、本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

4、本发明采用螺接在作动器缸筒2端部上的阶梯型变截面端盖5，密封在缸筒2和端盖5中将缸筒2分隔为液压腔1和缓冲腔4并在缸筒2中作往复运动对外做功的阶梯型变截面活塞杆3，置于端盖阶梯孔下端的导向球头17，带有端向锥面的阀芯14，穿过阀芯14与导向球头17螺接的芯杆15，套装在芯杆15和导向球头17之间的复归弹簧16，套装在芯杆15端头与阀芯14之间的阀动弹簧10，装入端盖阶梯孔带有端向锥面的接头9，嵌入接头9壁中制有阻尼孔的堵块13构成了伸出末端小孔式阻尼缓冲机构，结构紧凑合理，工作可靠,制造成本低。本发明变截面活塞杆3向右伸出到头过程中，活塞杆锥面6推动开合机构的导向球头17带动开合机构沿端盖阶梯孔运动上升，导向球头17滑动接触在活塞杆锥面6及外表面上。开合机构关闭圆锥形流道7，阻隔在缓冲腔4内的油液只能通过通油孔18经堵块13上的阻尼孔排出到接头9油路，受阻尼孔的限流作用，缓冲腔4中的压力升高，液压力作用于活塞杆3产生向左的反推力，将活塞杆3运动速度从初始值逐渐减小，直至以较小速度匀速运动并最终停止，实现缓冲。能有效地减小了设备受冲击、振动的影响，并能在其缓冲的行程中，平稳且安静地以较小的力量将运动件停止下来。解决了作动器运动速度过快而引起的冲击载荷较大的问题。

5、本发明的缓冲结构把活塞杆3的动能转化为缓冲段液压油的热能，并通过油液流出带出到压力缸外，散发至大气环境中。本机构能够利用液体流动的阻尼，有效地减少设备在高速运动中产生的振动和冲击力，缓解设备或对重的冲击。避免了设备部件的磨损和破坏，延长了设备的使用寿命。此外还可以降低设备的噪音水平，改善工作环境，提升工作效率。

6、本发明作动器各部件均为机械式连接，可靠性良好。结构紧凑、体积小，响应速度快，无特殊限制要求，可以广泛应用于有阻尼要求的液压设备。本发明可以广泛应用于机床、自动化生产线、搬运设备、装配线和各种工业机械等领域。

技术特征：

1.一种末端外置式可控缓冲机构，包括：螺接在作动器缸筒(2)端部上的阶梯型变截面端盖(5)，密封在缸筒(2)和端盖(5)中将缸筒(2)分隔为液压腔(1)和缓冲腔(4)并在缸筒(2)中作往复运动对外做功的阶梯型变截面活塞杆(3)，置于端盖阶梯孔下端的导向球头(17)与带有端向锥面的阀芯(14)，穿过阀芯(14)与导向球头(17)螺接的芯杆(15)，套装在芯杆(15)和导向球头(17)之间的复归弹簧(16)及套装在芯杆(15)端头与阀芯(14)之间的阀动弹簧(10)，其特征在于：端盖(5)在紧贴缸筒(2)筒端的同侧径向上制有一道径向阶梯孔和一道通油孔(18)，阶梯孔中装入流道开合机构后再装入接头(9)，阀芯(14)端向锥面与接头(9)端向锥面形成圆锥形流道(7)，接头(9)壁上嵌入制有阻尼孔的堵头(11)，接头(9)油路经圆锥形流道(7)及端盖通油孔(18)与缓冲腔(4)连通。活塞杆(3)向右伸出到头过程中，活塞杆锥面(6)推动开合机构的导向球头(17)带动开合机构沿端盖阶梯孔运动上升，导向球头(17)滑动接触在活塞杆锥面(6)及外表面上。开合机构关闭圆锥形流道(7)，阻隔在缓冲腔(4)内的油液只能通过通油孔(18)经堵块(13)上的阻尼孔排出到接头(9)油路，受阻尼孔的限流作用，缓冲腔(4)中的压力升高，液压力作用于活塞杆(3)产生向左的反推力，将活塞杆(3)运动速度从初始值逐渐减小，直至以较小速度匀速运动并最终停止，实现缓冲。

2.如权利要求1所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：螺接在作动器缸筒(2)端部上的阶梯型变截面端盖(5)，密封在缸筒(2)和端盖(5)中将缸筒(2)分隔为液压腔(1)和缓冲腔(4)并在缸筒(2)中作往复运动对外做功的阶梯型变截面活塞杆(3)，置于端盖阶梯孔下端的导向球头(17)，带有端向锥面的阀芯(14)，穿过阀芯(14)与导向球头(17)螺接的芯杆(15)，套装在芯杆(15)和导向球头(17)之间的复归弹簧(16)，套装在芯杆(15)端头与阀芯(14)之间的阀动弹簧(10)，装入端盖阶梯孔带有端向锥面的接头(9)，嵌入接头(9)壁中制有阻尼孔的堵块(13)。

3.如权利要求2所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：置于端盖阶梯孔下端的导向球头(17)与带有端向锥面的阀芯(14)，穿过阀芯(14)与导向球头(17)螺接的芯杆(15)，套装在芯杆(15)和导向球头(17)之间的复归弹簧(16)，套装在芯杆(15)端头与阀芯(14)之间的阀动弹簧(10)组成了流道开合机构。

4.如权利要求3所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：阀芯(14)端向锥面与接头(9)端向锥面(7)形成圆锥形流道(7)，并可被开闭。

5.如权利要求1所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：液压腔(1)油液推动活塞杆(3)伸出向右运动，在活塞杆(3)锥面未接触导向球头(17)前，流道开合机构不动作，圆锥形流道(7)始终开启，缓冲腔(4)内的油液沿圆锥形流道(7)流出，油液流通不受限，缓冲腔(4)中油液压力不升高，对活塞杆(3)无反推力，无缓冲。

6.如权利要求5所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：液压腔(1)油液推动活塞杆(3)向右运动，活塞杆(3)锥面接触导向球头(17)，推动导向球头(17)沿所述端盖阶梯孔上升，导向球头(17)带动芯杆(15)压缩阀动弹簧(10)，复归弹簧(16)和阀芯(14)一起上升，圆锥形流道(7)不断缩小直至关闭。阀芯(14)受阻不再运动后，导向球头(17)带动芯杆(15)继续压缩阀动弹簧(10)上升并压缩复归弹簧(16)，直至活塞杆(3)圆柱面与导向球头(17)贴合。在随后活塞杆(3)继续运动直至被端盖限位的过程中，圆锥形流道(7)始终关闭。

7.如权利要求6所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：圆锥形流道(7)关闭后，阻隔在缓冲腔(4)内的油液只能通过端盖通油孔(18)经堵块(13)上的阻尼孔排出到接头(9)油路，受阻尼孔的限流作用，缓冲腔(4)中的压力升高。在液压力和复归弹簧(16)力的共同作用下，阀芯(14)端向锥面与接头(9)端向锥面贴合更加紧密。缓冲腔(4)中被增强的液压力对活塞杆(3)产生向左的反推力，受该反推力作用活塞杆(3)的运动速度减小，该反推力最终与活塞杆(3)受到的左向载荷平衡，撞底能量减弱，活塞杆(3)变为匀速运动，直至活塞杆(3)运动到底受端盖限位。

8.如权利要求7所述的末端外置式可控缓冲机构，其特征在于：在活塞杆(3)伸出到头状态下，液压油通过接头(9)进入开合机构所在腔后，油压推动阀芯(14)克服复归弹簧(16)力使阀芯(14)沿芯杆(15)向下运动，阀芯(14)与接头(9)分开，圆锥形流道(7)重新形成，油液经圆锥形流道(7)和端盖通油孔(18)进入缓冲腔(4)推动活塞杆(3)向左缩回，油液流通不受限，保证了活塞杆(3)的运动速度。

技术总结
本发明公开的一种末端外置式可控缓冲机构，属于液压作动筒领域。可以通过下述技术方案实现：螺接在缸筒端部上的变截面端盖制有一道径向阶梯孔和一道通油孔，阶梯孔中装入流道开合机构后再装入接头，接头油路经开合机构与接头之间的圆锥形流道及端盖的通油孔与缓冲腔连通。变截面活塞杆伸出到头过程中，活塞杆锥面推动开合机构的导向球头带动开合机构沿端盖阶梯孔运动。开合机构关闭圆锥形流道后，缓冲腔油液只能通过端盖通油孔经嵌在接头壁上的堵块的阻尼孔流出，受阻尼孔的限流作用，缓冲腔压力升高并对活塞杆产生反推力使其运动速度逐渐减小并最终变为匀速直至到头，实现缓冲。本发明解决了作动器运动速度过快而引起的冲击载荷较大的问题。

技术研发人员：曾华勇,郭智,唐旭,蒙景荣
受保护的技术使用者：四川凌峰航空液压机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17