阅读说明：本技术 一种管状液压囊及压力发生装置 (Tubular hydraulic bag and pressure generating device ) 是由 张永利 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种管状液压囊及压力发生装置,所述管状液压囊包括囊体和囊咀,囊体呈扁带管状,包括合成橡胶的内胆层、外护层和由多层高强纤维交叉密织的加强层,能承受数十兆帕的内部压力,囊咀包括咀体、锁纤环和套筒,它们构成的锁压结构可利用囊内流体压力实现自锁紧和动态密封；所述压力发生装置包括上板、下板和管状液压囊,上板和下板上有囊槽,囊槽及其中的凹凸形衬垫体将扁带状囊体夹挤呈弯曲的波浪形,囊体内被注入压力液时由扁趋圆径向膨胀,推动上板或下板克服负载阻力发生位移,从而产生机械做功的压力。本发明压力发生装置,既能产生大吨位的压力,又能有效地减小设备的体积、重量,节约成本,油压、水压均可适用。(The invention discloses a tubular hydraulic bag and a pressure generating device, wherein the tubular hydraulic bag comprises a bag body and a bag mouth, the bag body is in a flat belt tubular shape, comprises an inner container layer and an outer protective layer of synthetic rubber and a reinforcing layer formed by cross and dense weaving of a plurality of layers of high-strength fibers and can bear the internal pressure of dozens of megapascals, the bag mouth comprises a mouth body, a fiber locking ring and a sleeve, and a pressure locking structure formed by the bag body, the fiber locking ring and the sleeve can realize self-locking and dynamic sealing by using the fluid pressure in the bag; the pressure generating device comprises an upper plate, a lower plate and a tubular hydraulic bag, wherein bag grooves are formed in the upper plate and the lower plate, the flat belt-shaped bag body is clamped and squeezed into a curved wave shape by the bag grooves and a concave-convex liner body in the bag grooves, and the bag body is inflated radially from a flat shape to a round shape when pressure liquid is injected into the bag body, so that the upper plate or the lower plate is pushed to overcome load resistance to generate displacement, and pressure for mechanical work is generated. The pressure generating device can generate large-tonnage pressure, effectively reduce the volume and weight of equipment, save cost and be suitable for both oil pressure and water pressure.)

一种管状液压囊及压力发生装置

技术领域

本发明涉及液压技术领域，特别是涉及一种管状液压囊及压力发生装置。

背景技术

在液压机械设备中，液压缸是把流体压力转变成机械力的常用元件，液压缸的主要部件缸体、活(柱)塞都是用金属材料制造的刚性体，当设备所需压力载荷较大时，就必须相应增加液压缸的尺寸或个数，这不仅会使设备变得庞大笨重，而且其制造的工艺难度和成本都会明显增大，并且对其使用条件和维护要求也会更加苛刻。上述矛盾如仅靠升改善液压缸的材料和优化来解决，效果是非常有限的，而采用柔性液压，即用柔性的囊式液压执行元件替代刚性的液压缸，用囊体的胀缩替代活塞的往复输出机械压力，则是一种能有效减小液压设备体积和重量的可行方案，至少在一些大吨位短行程的应用场合有很强的实用性，比如：板材的模压复合、钣金件的压延成型、混凝土的破拆、岩体的压裂采掘等。可直接驱动液压机械的液压囊，必然要求囊体既有较大的体积形变量，又能承受十几兆帕乃至数十兆帕的系统压力持久反复工作而不爆裂，具有上述性能的类液压软囊元件在已知技术中尚未见公开。

发明内容

本发明的目的是提供一种管状液压囊及压力发生装置，以解决上述现有技术存在的问题，用柔性的液压囊代替刚性的液压缸做压力发生装置中的驱动执行元件，从而减小设备重量和体积，降低制造和使用成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种管状液压囊，包括：

囊体，所述囊体包括由内而外依次设置的内胆层、加强层和外护层，囊体在未承压的自然状态下为柔软的扁带管状，用手指即可将其弯曲折叠，内部承压时径向膨胀为刚度增加的圆柱状。其内胆层为高弹性合成橡胶材料，用于阻止压力液渗出；加强层包含两层以上的纤维编织层，每层均由多股高强纤维纱束螺旋斜向交叉紧密编织而成，用于抵抗巨大的内部压力，防止内胆层因过度膨胀或局部鼓胀而发生破裂；所述内胆层与所述加强层之间，加强层的各纤维编织层间均可相对滑动，这样比融固或粘合为一体更利于囊体的形变和膨胀；外护层为耐磨弹性体橡胶包覆层，用于保护加强层纤维免于摩擦受损。

囊咀，所述囊咀设置在所述囊体的端部，用于锁紧密封囊口和接入液压管路。所述囊咀包括咀体、锁纤环、套筒，所述咀体内端***所述内胆层端部内，所述锁纤环和套筒将所述加强层和内胆层端部锁压并套紧在所述咀体上；所述咀体中心有与所述囊体内胆腔相连通的通孔；所述咀体外端设有可连接液压管路的螺纹。

优选的，所述加强层中的若干层纤维编织层，内层纱束的直径小于外层，内层纱束的股数大于外层，内层纱束的加捻度大于外层，即内层较外层的编织更细密紧致，这样利于阻止内胆层的橡胶因高压从纤维编织层网孔中挤出，较大的捻度可增大内编织层纱束的拉断延长率，这样使得囊体膨胀时内编织层在与外编织层分担抗张载荷方面有更大的适应范围。

优选的，所述加强层中的若干层纤维编织层纱束的材料为聚酰胺和超高分子聚乙烯的长丝纤维中的一种或两种。

优选的，所述咀体的***段上有环形凸台和环形凹槽；所述锁纤环从咀体外端套入，被所述凸台阻挡，将所述内胆层端部和纤维编织层锁压在凸台下的咀体上；所述加强层中穿过所述锁纤环的纤维编织层尾段从锁纤环外周反套折回，套住所述锁纤环并将其向凸台侧拉紧；所述套筒将内胆层端部和绕套锁纤环的纤维编织层套住，与所述咀体***段的外壁压紧。上述环绕套压的自锁紧结构可确保纤维编织层在承受巨大拉力时不滑脱，当囊内液体压力增大时，顶压咀体和拉紧加强层的力随之增大，使锁纤环与凸台间的锁压力及内胆层端部与咀体***端的贴合力也相应增大，从而达成动态密封效果。这种囊咀与囊体的结合方式可拆卸和重新组装，便于检查和更换部件。

优选的，所述咀体的锁紧段上设有一道环形凸起的外锥面，所述套筒底部圆孔有与之相配合的内锥面，这样可对所述套筒构成限位，以避免所述套筒被向内压紧时内底面与凸台侧面之间因过度挤压而造成所述内胆层端部破损。

液压管路经囊咀向囊体内注入压力液，使囊体径向膨胀,由柔软的扁带管状向刚度增加的圆柱状变化，从而对外机械做功。

一种压力发生装置，包括上板和下板，所述上板和所述下板之间设有至少一个所述的管状液压囊。

优选的，所述压力发生装置还包括囊槽，所述囊槽的作用是承托和定位所述管状液压囊。所述上板的下面设置有至少一个囊槽，所述下板的上面设置有至少一个囊槽，所述囊槽既可由下板和下板的表面凹陷而成，也可是外加安装于下板和下板的表面上的条形槽状体，所述囊槽上下对应并相互平行，所述囊槽内设置有所述管状液压囊，在所述上板和下板两端用卡箍或管夹将所述管状液压囊端部的囊咀固定。

优选的，所述囊槽内设置有衬垫体，所述衬垫体表面为弧形凹凸的波浪形，所述上下对应囊槽内的衬垫体凹凸部互补相对，挤压所述囊体沿纵向呈波浪形扁带状。这种波浪形布设较平直布设有两方面优势，一是可抵消囊体膨胀时形成的长度收缩量，减小囊壁摩擦，二是可获得较大的压力做功行程。

优选的，当所述上板和下板上的囊槽为多个时，相邻所述囊槽紧邻设置，上下相对应的囊槽相互正向对齐，或左右错开1/2囊槽宽度插空对齐。相同条件下这两种布设方式相比，正向对齐可获得较大的做功行程，而插空对齐可产生更大的压力。

优选的，当所述上板和下板上的囊槽为多个时，所述上板和下板上开有若干个上下正对的开孔，有若干根导向杆穿在所述开孔内，所述上板和下板中至少一个可沿所述导向杆上下滑动，所述导向杆上设置有使所述上板和下板合紧的复位弹簧。

本发明公开了以下技术效果：

本发明管状液压囊，囊体具有两倍以上的体积膨胀率，能承受数十兆帕的系统工作压力，可持久地反复胀缩；囊咀结构可利用囊内流体压力实现自锁紧和动态密封，并能自适应地调节各加强层中各纤维编织层间张力负荷的均衡，还可方便的拆卸、组装。

本发明提供的管状液压囊驱动的压力发生装置，既能产生大吨位的机械力，又能有效地减小设备的体积和重量，降低制造和使用成本，油压、水压均可适用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明管状液压囊外观结构示意图；

图2为本发明管状液压囊结构细部剖面示意图；

图3为本发明管状液压囊压力性能实验示意图；

图4为本发明管压力发生装置结构纵剖面示意图；

图5为本发明压力发生装置结构横剖面示意图；

图6为本发明压力发生装置多液压囊结构示意图；

图7为本发明压力发生装置囊槽正向对齐布设结构示意图；

图8为本发明压力发生装置囊槽插空对齐布设结构示意图。

其中，囊体1，内胆层11，加强层12，外护层13，囊咀2，咀体21，锁纤环22，套筒23，通孔24，锁紧螺母25，环形凸台26，环形凹槽27，外锥面28，上板3，下板4，囊槽5，衬垫体6，卡箍或管夹7，立柱8，复位弹簧9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更清楚、细致地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种管状液压囊，参考图1-2所示，包括囊体1和囊咀2，囊体1包括由内而外依次设置的内胆层11、加强层12和外护层13，内胆层11、加强层12和外护层13层层覆套设置，各层相对独立，而并非是融固在一起的复合结构，内胆层11与加强层12之间及加强层12中各纤维编织层之间，可较自由地相对滑动。囊体1在不加压的自然状态下，囊体1呈扁长的带状，徒手即能将其蜷曲或折叠(如图1a)，注入高压流体时囊体1由扁趋圆且径向膨胀，呈刚度增加的圆柱状(如图1b)。囊咀2设置在囊体1的端部，用于锁紧密封囊口和接入液压管路，囊咀2包括咀体21、锁纤环22、套筒23等一组可同心装配的金属件，咀体21的内端***内胆层11的端部内，锁纤环22和套筒23将内胆层11端部和加强层12锁压并套紧在咀体21上，咀体21中心有与囊体内腔相连通的通孔24，外端设有连接螺纹(如图2)。

进一步的优化方案，加强层12为不少于两层的纤维编织层，纤维编织层是由多股高强纤维纱束螺旋斜向交叉编织而成的，同一层编织层，正旋向和反旋向纱束的股数和编织角相同，编织角在35°至55°之间，优选为45°，编织角指纱束切线方向与编织中心轴平行线的夹角；当加强层12为两层时，贴近内胆层11的编织层材料为聚酰胺或超高分子聚乙烯的长丝纤维，优选为超高分子聚乙烯，外层编织层纱束的材料为芳族聚酰胺或超高分子聚乙烯的长丝纤维，优选为对位芳族聚酰胺，当加强层12为多层时，靠近内胆层11的编织层材料为聚酰胺或超高分子聚乙烯的长丝纤维，优选为超高分子聚乙烯，其它各外层加强层纱束的材料为芳族聚酰胺或超高分子聚乙烯的长丝纤维，优选为对位芳族聚酰胺，并且靠近内胆层11的编织层比相对于外层的编织层更细密，即纱束更细而编织股数更多，且采用捻度更大的纱束编织，此结构保证了最内层编织纱束纤维的拉断伸长率大于其它各外层，这样使得囊体膨胀时内编织层在与外编织层分担抗张载荷方面有更大的适应范围；相对于内编织层处于外层的编织层采用更粗壮的低捻度或无捻纱束编织，因而具有较大的抗拉强度和很小的弹性伸长率；囊内压力增大初期，外编织层会通过增大编织角来增大内径以适应囊体的径向膨胀，但因纤维束相互交叉形成编织阻力，编织角大到某一极限值(通常在55°至60°之间)时，外编织层的直径也达到某一最大值，内部压力继续升高时而不再有明显变化，因此在较高压力下可对其内层的编织层和内胆层形成保护。

进一步的优化方案，内胆层11和外护层13其材质为邵氏硬度在80HA至90HA之间且弹性伸长率大于300％的高分子聚合物，材料为热塑性聚氨酯弹性体(TPU)或丁腈橡胶，优选为聚氨酯弹性体(TPU)。

进一步的优化方案，咀体21***段上有一环形凸台26，锁纤环22从咀体21的外端套入，被凸台26阻挡，将内胆层11端部和纤维编织层锁压在咀体21上，穿过锁纤环22内的纤维编织层尾段从锁纤环外反套折回，将锁纤环包绕在内并拉向凸台26侧，套筒23将锁纤环22和包绕锁纤环的纤维编织层套住，将内胆层11端部与咀体21的***段外壁压紧，咀体21外端螺纹连接有锁紧螺母28，可将套筒23与咀体21锁紧。上述囊咀2与囊体1的结合是一种可拆卸组装的自锁紧结构，与传统的一次性扣压方式相比，更便于技术人员对其进行检查保养和更换部件。当囊内液体压力增大时，***内胆腔的咀体21被液体向外顶压的力增大，同时，囊体膨胀导致加强层12纤维张紧，绕套住锁纤环的纤维编织层端部向内拉紧锁纤环22的力也增大，使锁纤环22与凸台26间锁压内胆层11端部的力也相应增大，从而达成“压力越大，封口越紧”的动态密封效果。在设备中使用时，囊体一端的囊咀2连接液压管路，另一端可连接封头或安全阀。

进一步的优化方案，将纤维编织层从锁纤环外反套折回的尾段部分，在套入套筒前用环氧树脂浸透，固化后可增加防滑脱的可靠性。

进一步的优化方案，咀体21上设有一道环形凸起的外锥面28，位于环形凸台26与螺纹之间，套筒23底部圆孔有与之相配合的内锥面，这样可对套筒23构成限位，以避免套筒23被向内压紧时内底面与凸台26侧面之间因过度挤压而造成内胆层端部破损。

在管状液压囊的一实施例中，参考图2-3所示，囊体1的内胆层11采用了壁厚1.5毫米，宽度28毫米的热塑性聚胺酯弹性体橡胶(TPU)扁带管，材料邵氏硬度85HA；加强层12为两层纤维编织层，内层为120锭0.5毫米线径超高分子聚乙烯复捻绞股纱线编织，外层为32锭1.5毫米线径对位芳纶无捻纱束编织；外护层13为1毫米厚TPU。囊体1在不承压自然扁置时的宽度为36毫米，厚度为12毫米，长度约为1米。囊咀采用了两个锁纤环和内外两个套筒，分别对内外两层纤维编织层进行锁压(如图2)，这样更便于调节两层纤维编织层均衡地分担拉力负荷。参考图4所示，空载实验，当所加液压上升到约20MPa时，膨胀的囊体外径达到最大值31毫米，随压力升高不再有可见的明显变化，最小***压力为63MPa；加载实验，在所加液压为30MPa时，用单轴压力测试仪的平板压块，将长度100毫米的圆柱膨胀段压缩到厚度为24毫米，即初始扁置厚度的两倍时，仪器显示压力为33KN(如图3)。

本发明管状液压囊可作为柔性的双向能量转换元件应用于液压机械中，所谓“双向能量转换”是指既可通过管路向囊体1内注入高压流体介质，使其发生克服外部负载阻力径向膨胀，将液压能转换为机械能对外做功，还可对已膨胀的囊体1施加机械外力，迫使囊体1收缩或扁瘪，从而增大其内部及其所连管路中流体的压力，将机械能转换为流体的压力势能。

一种由管状液压囊驱动的压力发生装置，包括上板3和下板4，上板3和下板4之间设有至少一个管状液压囊。

压力发生装置实施例1，参考图4-5所示，上板3和下板4之间设有一个管状液压囊。在此实施例中，上板3和下板4均设置为弧形，弧形的内凹面构成囊槽5，其材质采用经过淬火定型的弹簧钢钢板。上板3和下板4的凹槽相对拼合成一个圆柱状壳体，管状液压囊1置于其中，壳体两端夹住囊咀外的套筒，用钢套固定。上板3和下板4的弧形囊槽5内各设一条衬垫体6，衬垫体6由硬质塑胶或金属材料制成，本实施例采用了硬质PA6尼龙材料。衬垫体6背面与囊槽5的弧面贴合，正面呈弧形凹凸的波浪形，上下衬垫体6的凹凸互补相对，将扁带状的囊体夹挤成弯曲的波浪形(如图4a)。本实施例一种适合的应用是将该装置用于张裂设备中，一端的囊咀用肓盖封堵，另一囊咀连接设备的液压管路，***岩石钻孔或预埋在砼体内，增压时，囊体膨胀产生的巨大压力可对岩石或砼体进行张裂(如图5)。囊体波浪形曲线布设较直线布设的优点在于：因囊体1膨胀时，加强层12中的纤维编织层会因径向拉伸而在轴向上有一定程度的缩短，若囊体直线布设则两端会被拉向中间发生滑动位移，而波浪形曲线布设为囊体预留了应对收缩的长度裕量，可消除或减弱囊体膨胀时两端向中间滑动的趋势，从而降低了囊咀被拉脱和囊壁被磨损的风险，另一方面，在岩石已被胀开裂隙后抗力有所减小，囊体进一步趋圆膨胀时，会由弯变直且刚度增加，顶压两侧衬垫物凸出部可增大推压上板3与下板4远离的幅度，从而利于增大岩石裂隙的宽度。弹簧钢材质的上下板张开时发生的挠曲形变会在囊体1卸压后靠弹性应力自动恢复原状态(如图4)，故可多次重复使用。

压力发生装置实施例之一，参考图6-8所示，上板3和下板4之间设有多个管状液压囊，每个液压囊均有一条囊槽5对其承托和定位，囊槽5平行排列，紧邻设置，上板3下面和下板4上面的对应的囊槽5相互对正，囊槽5背面与板面紧贴，用螺钉连接固定，管状液压囊的两端通过管夹7(图中未示)与下板3或下板4通过螺钉连接固定。各管状液压囊通过液压管路连接到液压源，液压源可为现有设备中的水压机或液压站，液压源对各囊体1内同时注入流体压力介质，使上下两排管状液压囊同步由扁趋圆膨胀，形成面积较大的压力作用面，可输出相当于超大直径液压缸的巨大压力，推动上板3或下板4克服负载抗力，产生做功位移。在本实施例中，有两组成对的上板和下板，各板上下相叠，两侧有数个上下正对的开孔，数根立柱8垂直贯穿其中，立柱8上设置有将上下板合紧的复位弹簧9。下面一组中的下板4通常为固定的基础台面，上面一组中的上板3通常固定于压力机的顶梁或滑块的底面，处于中间的上板3和下板4可顺立柱8在垂直方向上滑动，在它们之间置放被压物体或模具。

在压力发生装置的又一实施例中，参考图8所示，上板3与下板4间对应的囊槽5插空设置，即左右间错开1/2囊槽宽度对齐，插空设置与正对设置相比，在相同条件下可获得更大的液压作用面积，从而能输出更大的机械压力，但有效做功行程会略有减小，具体应用中可根据工况需要进行选择。

进一步的优化方案，参考图7-8所示，囊槽5内及上下对应的囊体之间均设衬垫体6，衬垫体6应有一定的弹性，其形状、厚度、弹性模量也应根据相应压力等级选定。

本发明提供的管状液压囊驱动的压力发生装置，相对于传统的全液压缸式的压力发生装置，在满足大吨位小行程应用需求的前提下，安装维护更便利，并能有效地减小设备的体积和重量，降低制造和使用成本，油压、水压均可适用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。