气体快速复位多级液压缓冲器.pdf

本发明提供了一种气体快速复位多级液压缓冲器，包括填充了液压油的液压缸体以及填充了惰性气体的气缸，能够滑动地沿轴方向插入缸体且在底部设有开口的圆柱状的第三级柱塞；能够滑动地沿轴方向插入第三级柱塞且在底部设有开口的第二级柱塞；能够滑动地沿轴方向插入第二级柱塞，且在底部设有开口的第一级柱塞；竖立设置在液压缸体中的环形平台上，且在三级柱塞的向下运动过程中插入柱塞开口的锥形棒；设置在锥形棒的底端，使得液压油单向流动的单向阀以及使三级柱塞回复到无负荷状态的位置的气缸。本发明采用小孔节流和通过压缩惰性气体来实现高速、重载情况下的缓冲，并且通过单向阀实现缓冲器的快速复位。

权利要求书
1.  一种气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，包括如下部件：
-填充了液压油的液压缸体；
-填充了惰性气体的气缸，所述气缸设置于液压缸体的下方，气缸与液压缸体之间 通过环形平台相连通；所述气缸在撤去重物后能够使第三级柱塞、第二级柱塞和第一级 柱塞回到无负荷状态的位置；
-竖立在环形平台上的中空的锥形棒，锥形棒的中空腔与环形平台的中心孔相对 应；
-第三级柱塞，所述第三级柱塞沿轴向可滑动地插入上述液压缸体，且在第三级柱 塞的底部设有供锥形棒插入的开口c；
-第二级柱塞，所述第二级柱塞沿轴向可滑动地插入上述第三级柱塞，且在第二级 柱塞的底部设有供锥形棒插入的开口b；
-第一级柱塞，所述第一级柱塞沿轴向可滑动地插入上述第二级柱塞，且在第一级 柱塞的底部设有尺寸小于开口b的开口a；
所述液压缸体、第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞由下至上依次同心密封套接， 形成液压机构，所述液压机构内部填充有液压油。

2.  根据权利要求1所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所述锥形 棒底部设有用于控制液压油流向的单向阀。

3.  根据权利要求1所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所述第一 级柱塞顶部设有缓冲垫。

4.  根据权利要求1所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所述锥形 棒的截面积随着趋近于锥形棒的底部而逐渐增大。

5.  根据权利要求1所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所述第 一级柱塞的底部与第二级柱塞的内腔之间设有通油孔a，所述通油孔a能够避免第 一级柱塞和第二级柱塞因相对位移而产生不利于缓冲的真空空腔。

6.  根据权利要求1或5所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所 述第二级柱塞的底部与第三级柱塞的内腔之间设有通油孔b；所述第三级柱塞的底 部与液压缸体之间设有通油孔c。

7.  根据权利要求2所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所述锥 形棒的一端与第一级柱塞的内腔连接，锥形棒的另一端与气缸连接；所述第一级柱 塞底部的开口a与锥形棒的外表面之间构成环形节流孔；在缓冲过程中，液压机构 内部的液压油只能通过节流孔进入锥形棒的中空腔；而在复位过程中，被排入气缸 中的一部分液压油能够通过单向阀快速进入液压机构内，使得第三级柱塞、第二级 柱塞和第一级柱塞能够快速复位。

8.  根据权利要求1或7所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所 述气缸内部设有能够沿气缸轴向滑动的活塞，所述活塞的外缘与气缸内壁紧密接触；在 缓冲过程中，活塞能够压缩气缸内的惰性气体，从而吸收冲击并存储能量；在冲击 负载移除后，活塞在高压气体的作用下，将液压油推送回液压机构，从而实现第三 级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞的复位。

9.  根据权利要求8所述的气体快速复位多级液压缓冲器，其特征在于，所述气 缸与活塞之间设有密封机构。

说明书气体快速复位多级液压缓冲器
技术领域
本发明涉及液压缓冲器技术领域，具体是一种带有缸体、第一级柱塞、第二级 柱塞、第三级柱塞、且适用于高速、大质量物体缓冲场合的气体快速复位多级液压 缓冲器。
背景技术
传统的液压缓冲器一般是单级的，较多的采用环形节流孔一锥形棒柱塞形式。 液压缓冲器的体积和高度由缓冲行程决定，而缓冲行程一般由冲击速度决定，冲击 速度越大，行程越长，缓冲器油缸和柱塞的体积和高度越大。这样使得适用于高速 冲击的缓冲器的加工、安装和运输难度大大增加。
因此，在高速和重载冲击场合，常常考虑采用多级液压缓冲器。在多级缓冲器 中，将柱塞分为多级，在确保行程的情况下降低每一级液压缸或柱塞的高度，以减 少加工难度。中国发明专利CN101597003A公开了一种电梯油压缓冲器，该缓冲器 的柱塞以同心叠合的方式设置，并且能够在上下方向伸缩，复位依靠设置在缸体底 部的弹簧。中国发明专利CN101932521A公开了一种电梯缓冲器，柱塞也是以同心 叠合的方式设置，但每一级柱塞的复位依靠单独的弹簧进行。以上的多级缓冲器都 是采用弹簧复位，在缓冲结束后，弹簧仍具有高度而造成缓冲器高度的浪费。并且 弹簧会给缓冲器的安装造成一定的困难。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种气体快速复位多级液压缓 冲器，该缓冲器采用气缸来代替弹簧，并通过设置单向阀实现柱塞的快速复位，可 应用于高速电梯、海上大功率风力发电机等重大装备的柔性安装领域。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种气体快速复位多级液压缓冲器，包括如下部件：
-填充了液压油的液压缸体；
-填充了惰性气体的气缸，所述气缸设置于液压缸体的下方，气缸与液压缸体之间 通过环形平台相连通；所述气缸在撤去重物后能够使第三级柱塞、第二级柱塞和第一级 柱塞回到无负荷状态的位置；
-竖立在环形平台上的中空的锥形棒，锥形棒的中空腔与环形平台的中心孔相对 应；
-第三级柱塞，所述第三级柱塞沿轴向可滑动地插入上述液压缸体，且在第三级柱 塞的底部设有供锥形棒插入的开口c；
-第二级柱塞，所述第二级柱塞沿轴向可滑动地插入上述第三级柱塞，且在第二级 柱塞的底部设有供锥形棒插入的开口b；
-第一级柱塞，所述第一级柱塞沿轴向可滑动地插入上述第二级柱塞，且在第一级 柱塞的底部设有尺寸小于开口b的开口a；
所述液压缸体、第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞由下至上依次同心密封套接， 形成液压机构，所述液压机构内部填充有液压油。
优选地，所述锥形棒底部设有用于控制液压油流向的单向阀。
优选地，所述第一级柱塞顶部设有缓冲垫。
优选地，所述锥形棒的截面积随着趋近于锥形棒的底部而逐渐增大。
优选地，所述第一级柱塞的底部与第二级柱塞的内腔之间设有通油孔a，所述通 油孔a能够避免第一级柱塞和第二级柱塞因相对位移而产生不利于缓冲的真空空 腔。
同理，优选地，所述第二级柱塞的底部与第三级柱塞的内腔之间设有通油孔b； 所述第三级柱塞的底部与液压缸体之间设有通油孔c。
优选地，所述锥形棒的一端与第一级柱塞的内腔连接，锥形棒的另一端与气缸 连接；所述第一级柱塞底部的开口a与锥形棒的外表面之间构成环形节流孔；在缓 冲过程中，液压机构内部的液压油只能通过节流孔进入锥形棒的中空腔；而在复位 过程中，被排入气缸中的一部分液压油可以通过单向阀快速进入液压机构内，使得 第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞能够快速复位。
优选地，节流孔的面积与载荷大小、缓冲过程的加速度大小和行程有关，故锥 形棒的外直径需要根据性能要求来具体设计。
优选地，所述气缸内部设有能够沿气缸轴向滑动的活塞，所述活塞的外缘与气缸 内壁紧密接触；在缓冲过程中，活塞能够压缩气缸内的惰性气体，从而吸收冲击并 存储能量；在冲击负载移除后，活塞在高压气体的作用下，将液压油推送回液压机 构，从而实现第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞的复位。
优选地，所述气缸与活塞之间设有密封机构。
优选地，所述单向阀为两个。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
本发明采用小孔节流和通过压缩惰性气体来实现高速、重载情况下的缓冲，并 且通过单向阀实现缓冲器的快速复位。另外，由于本发明采用了多级缓冲器，便于 柱塞以及缸体的加工以及运输。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明多级液压缓冲器的无负荷状态的剖视图。
图2为多级液压缓冲器被全行程压缩的状态的剖视图。
图3为第一级柱塞压缩过程中的状态剖视图。
图4为第二级柱塞压缩过程中的状态剖视图。
图5为第三级柱塞压缩过程中的状态剖视图。
图6为第一级柱塞的位移和节流孔的开口面积的关系图。
图中：
1-缓冲垫；
2-第一级柱塞；
3-通油孔a；
4-第二级柱塞；
5-通油孔b；
6-第三级柱塞；
7-通油孔c；
8-单向阀；
9-锥形棒；
10-开口a；
11-开口b；
12-开口c；
13-液压缸体；
14-环形平台；
15-活塞；
16-气缸。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实 施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发 明的保护范围。
请同时参阅图1至图6。
本实施例提供了一种气体快速复位多级液压缓冲器，包括如下部件：
-填充了液压油的液压缸体；
-填充了惰性气体的气缸，所述气缸设置于液压缸体的下方，气缸与液压缸体之间 通过环形平台相连通；所述气缸在撤去重物后能够使第三级柱塞、第二级柱塞和第一级 柱塞回到无负荷状态的位置；
-竖立在环形平台上的中空的锥形棒，锥形棒的中空腔与环形平台的中心孔相对 应；
-第三级柱塞，所述第三级柱塞沿轴向可滑动地插入上述液压缸体，且在第三级柱 塞的底部设有供锥形棒插入的开口c；
-第二级柱塞，所述第二级柱塞沿轴向可滑动地插入上述第三级柱塞，且在第二级 柱塞的底部设有供锥形棒插入的开口b；
-第一级柱塞，所述第一级柱塞沿轴向可滑动地插入上述第二级柱塞，且在第一级 柱塞的底部设有尺寸小于开口b的开口a；
所述液压缸体、第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞由下至上依次同心密封套接， 形成液压机构，所述液压机构内部填充有液压油。
进一步地，所述锥形棒底部设有用于控制液压油流向的单向阀。
进一步地，所述第一级柱塞顶部设有缓冲垫。
进一步地，所述锥形棒的截面积随着趋近于锥形棒的底部而逐渐增大。
进一步地，所述第一级柱塞的底部与第二级柱塞的内腔之间设有通油孔a，所述 通油孔a能够避免第一级柱塞和第二级柱塞因相对位移而产生不利于缓冲的真空空 腔。
同理，进一步地，所述第二级柱塞的底部与第三级柱塞的内腔之间设有通油孔 b；所述第三级柱塞的底部与液压缸体之间设有通油孔c。
进一步地，所述锥形棒的一端与第一级柱塞的内腔连接，锥形棒的另一端与气 缸连接；所述第一级柱塞底部的开口a与锥形棒的外表面之间构成环形节流孔；在 缓冲过程中，液压机构内部的液压油只能通过节流孔进入锥形棒的中空腔；而在复 位过程中，被排入气缸中的一部分液压油可以通过单向阀快速进入液压机构内，使 得第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞能够快速复位。
进一步地，节流孔的面积与载荷大小、缓冲过程的加速度大小和行程有关，故 锥形棒的直径需要根据性能要求来具体设计。
进一步地，所述气缸内部设有能够沿气缸轴向滑动的活塞，所述活塞的两端部与气 缸内壁紧密接触；在缓冲过程中，活塞能够压缩气缸内的惰性气体，从而吸收冲击 并存储能量；在冲击负载移除后，活塞在高压气体的作用下，将液压油推送回液压 机构，从而实现第三级柱塞、第二级柱塞和第一级柱塞的复位。
进一步地，所述气缸与活塞之间设有密封机构。
进一步地，所述单向阀为两个。
本实施例具体为：
如图1所示，本实施例提供的气体快速复位多级液压缓冲器，包括液压缸体13、 气缸16、第一级柱塞2、第二级柱塞4、第三级柱塞6、单向阀8和锥形棒9；其中 第一级柱塞2、第二级柱塞4和第三级柱塞6能够在上下方向嵌合在液压缸内，该 三级柱塞的直径从外到内顺次减小，并且相互之间以同心的方式叠合设置。
缸体由液压缸体13和气缸16构成。其中，从第一级柱塞2、第二级柱塞4、 第三级柱塞6以及液压缸体13中流出的液压油通过锥形棒9中空腔作用于活塞15 上表面，并压缩气缸16中的惰性气体。锥形棒9竖立在环形平台14上，插入开口 b11和开口c12，并且在柱塞下降过程中插入开口a10中。
第一级柱塞2的底部具有开口a10和通油孔3，并且在该柱塞内充满液压油。 第二级柱塞4内的液压油作用于第一级柱塞2的底部，使得柱塞2能够完全伸出， 并使得该柱塞能够上下滑动。第二级柱塞的底面具有开口b11和通油孔5，并且在 该柱塞内充满液压油。第三级柱塞6内的液压油作用于第二级柱塞4的底部，使得 柱塞4能够完全伸出，并使得该柱塞能够上下滑动。第三级柱塞6底部具有开口c12 和通油孔7，并且在该柱塞内充满液压油。液压缸体13内的液压油作用于第三级柱 塞6底部，使得柱塞6能够完全伸出，并使得该柱塞能够上下滑动.
在该液压缓冲器中，随着柱塞的下降，柱塞2、柱塞4、柱塞6和液压缸体13 中的液压油通过锥形棒9内的空腔进入气缸16内，此时由于液压油通过开口a10 与锥形棒9外表面之间的环形节流孔而产生的节流效果，对下降的柱塞2、柱塞4 和柱塞6产生很大的阻力，从而获得缓冲效果，同时，随着柱塞2、柱塞4和柱塞 6的下降，在锥形棒9的作用下，节流孔的面积逐渐减小，液压油的阻力将逐渐增 大，其对应的结果为柱塞2、柱塞4和柱塞6的下降速度将逐渐减慢直至柱塞2、 柱塞4和柱塞6的速度为零。
在该缓冲器中，单向阀8设置在锥形棒9的底部，使得缓冲过程中液压缸体13 内的液压油不能通过单向阀8进入锥形棒内。在复位时，锥形棒9内的油液压力大 于液压缸体13内的油液压力，锥形棒9内的液压油可通过单向阀进入液压缸体13 内。
以下对具有上述结构的液压缓冲器的动作进行说明。
当重物与顶部的缓冲垫1(可以采用橡胶垫)发生碰撞后。首先，第一级柱塞 2沿着第二级柱塞4的内壁向下滑动，使得第二级柱塞4、第三级柱塞6和液压缸 体13内的油液压力升高。由于单向阀的存在，液压油只能通过开口a10与锥形棒9 外表面之间的环形节流孔进入第一级柱塞2，并通过锥形棒9的内腔进入气缸16， 在气体压力以及油液压力的共同作用下，起到减速的作用。
当第一级柱塞2完成行程时，第一级柱塞2的底部和第二级柱塞4的底部将会 发生接触。然后，第一级柱塞2和第二级柱塞4以相同的速度一起向下运动。与上 述过程类似，在第一级柱塞2和第二级柱塞4一起向下运动时，第三级柱塞6和液 压缸体13内的液压油通过开口a10与锥形棒9外表面之间的环形节流孔进入第一 级柱塞2内，并通过锥形棒9的内腔进入气缸16，在气体压力以及油液压力的共同 作用下，起到减速的作用。
当第二级柱塞4完成行程时，第二级柱塞4的底部和第三级柱塞6的底部将会 接触。此时，三级柱塞将以相同的速度一起向下运动。在三级柱塞一同向下运动的 同时，液压缸体13内的液压油通过开口a10与锥形棒9外表面之间的环形节流孔 进入第一级柱塞2内，通过锥形棒9的内腔进入气缸16，在气体压力以及油液压力 的共同作用下，起到减速的作用。
进入气缸16的液压油作用于活塞15上表面压缩气缸16内的惰性气体，起到 缓冲的作用并存储能量。在整个缓冲过程中，由于锥形棒9的作用下，节流孔的面 积逐渐减小，来自液压油的阻力将逐渐增大，其结果是，重物的下降速度缓慢降至 零。
此外，在卸除重物后，惰性气体作用于活塞15下表面，使得活塞15向上运动， 同时使得气缸16内的液压油大部分通过单向阀8进入液压缸体13，小部分液压油 通过锥形棒9的内腔进入柱塞腔内，使得柱塞快速回复到无负荷的初始状态。
在缓冲过程中，控制棒9被插入开口a10中，开口a10与锥形棒9外表面之间 形成环形的节流孔，节流孔的面积随柱塞2的位移变化而变化。由于当重物以一定 的速度碰撞液压缓冲器的情况下，理想减速度为一定值。因此，柱塞2的位移x和 节流孔面积A之间的关系如图6所示。由此，可得到锥形棒的设计参数。
在本实施例中：
气体快速复位多级液压缓冲器，包括填充了液压油的液压缸体以及填充了惰性 气体的气缸，能够滑动地沿轴方向插入缸体且在底部设有开口的的第三级柱塞；能 够滑动地沿轴方向插入第三级柱塞且在底部设有开口的第二级柱塞；能够滑动地沿 轴方向插入第二级柱塞，且在底部设有开口的第一级柱塞；竖立设置在液压缸体中 的环形平台上，且在三级柱塞的向下运动过程中插入柱塞开口的锥形棒；设置在锥 形棒的底端，使得液压油单向流动的单向阀以及使三级柱塞回复到无负荷状态的位 置的气缸；
锥形棒插入第二级柱塞和第三级柱塞底部的开口。并且上述锥形棒的截面积随着趋 近于锥形棒的底部而逐渐增大；
在上述锥形棒内有空腔，当上述柱塞被压缩时，柱塞以及液压缸体内的液压油通过 锥形棒内的空腔进入气缸，并作用于缸体内的活塞上部，进而压缩气缸内的惰性气体(如 氮气)；单向阀设置在锥形棒的底部，并且使得液压缸体中的液压油不能通过单向阀进 入锥形棒内；
三级柱塞以能够沿轴向方向伸缩的方式设置在液压缸中，且柱塞的直径有外到内逐 渐减小，相互之间以同心的方式设置；
为了避免三级柱塞之间的液体泄露，在上一级柱塞的外壁和下一级柱塞的内壁间设 有密封装置；
为了避免第三级柱塞与液压缸体之间的液体泄露，在液压缸体的内壁和第三级柱塞 的外壁间设有密封装置；
上一级柱塞的底部与下一级柱塞腔中设有通油孔，避免这两级柱塞之间产生真空区 域；
第三级柱塞的底部与缸体之间也设有通油孔；
上述活塞设置在气缸的内壁，并且能够沿气缸上下滑动；
为了避免气缸中的气体泄漏，活塞与气缸间有密封装置；
上述缓冲垫设置在第一级柱塞的顶部。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。