镜内液压缸
阅读说明：本技术 镜内液压缸 (Hydraulic cylinder in mirror ) 是由 S·特恩布尔 于 2019-05-28 设计创作，主要内容包括：公开了一种用作外液压缸(10)中的缸空心杆的液压缸(1),该液压缸包括具有活塞(2)和活塞压盖(3)的内杆(4),其中缸空心杆(1)可纵向移置地保持在缸壳体(10)中。该系统还具有缸基座(5)和位于液压缸(10)的外壳上的纤维罩(14)。该系统还具有对应于四个腔室(分别为6、7、8和9)的流体端口(11、12和13)。根据本发明,当向腔室(7)施加压力时,内部杆(4)伸入腔室(6)中,从而移置其质量,并显著增加腔室(6)中的压力。该移置实际上是内部泵,其可以在杆(1)的给定冲程内多次激活。(A hydraulic cylinder (1) for use as a cylinder hollow rod in an outer hydraulic cylinder (10) is disclosed, comprising an inner rod (4) with a piston (2) and a piston gland (3), wherein the cylinder hollow rod (1) is held in a cylinder housing (10) so as to be longitudinally displaceable. The system also has a cylinder base (5) and a fabric cover (14) on the housing of the hydraulic cylinder (10). The system also has fluid ports (11, 12 and 13) corresponding to the four chambers (6, 7, 8 and 9, respectively). According to the invention, when pressure is applied to the chamber (7), the internal rod (4) protrudes into the chamber (6), thereby displacing its mass and significantly increasing the pressure in the chamber (6). This displacement is in fact an internal pump which can be activated several times within a given stroke of the rod (1).)
技术领域
本发明涉及一种液压缸，并且更具体地涉及一种在其内具有同轴的柱形空心杆的镜内(intrascopic)布置的液压缸，该柱形空心杆用作活塞杆，从而使其能够产生力、速度、压力和力以及流量的多种变化，以供其在超出常规液压缸范围的区域中应用。
背景技术
液压缸广泛用于各种工业应用中，以提供线性运动控制。这些缸包括柱形的金属外壳，带有在外壳内来回移动的活塞杆组件。活塞杆组件将缸外壳内的容积分成两个单独的腔室，例如前腔室和后腔室。对于单杆缸，这两个容积称为：杆端容积(前腔室)，在该容积中，杆端为缸的从中伸出杆的一端；以及盖端容积(后腔室)，在该容积中，盖端不具有杆。
当这些容积被加压时，由于加压流体而产生的静液压力作用在容纳该流体的容器的表面上。因此，作用在活塞杆组件上的力使其移动，从而使杆伸出缸外壳或使杆缩回到缸外壳中。外部负载可以附接到缸杆，并且随着活塞杆组件的移动，在负载上施加的力会导致负载沿着线性路径移动。对于缩回下的缸，离开盖端的流会先通过端口流出，然后再通过缸端口返回到液压回路的其余部分。当活塞到达其冲程末端时，或者当活塞与端盖接触时，缸停止。通常，缸垫矛(spear)和套环分别附接在活塞的两侧，以帮助其在缩回期间与端盖接触之前减速或在伸出期间到达另一端之前减速。
因此，具有后腔室和前腔室的常规双作用液压缸实质上通过在缸外壳的内表面内伸缩活塞杆组件而起作用。在正常情况下，活塞杆组件的伸出速度要比缩回时快。这意味着它在两个方向上以不同的速度移动。可以通过考虑以下事实来理解这种差异的原因：当泵推动一定量的流体时，它会通过阀到达后端或到达前端。实际上，在后腔室中推动活塞伸出所需的流体比在前腔室中推动活塞缩回所需的流体多得多。因此，当将主导压力传入到缸的后部时，杆缓慢地伸出，并且当类似的压力施加到缸的前部时，其将更快地缩回。
当需要在伸出期间或缩回期间控制活塞杆组件的速度时，可以通过控制流体流量来实现。一般的方法是在阀与后腔室或前腔室的流体入口/出口之间的液压回路中安装流量控制装置。
如现有技术文献中所报道的，已经进行了许多尝试来创建多动力缸，但是它们都包括外部解决方案。本文公开的发明是完全集成到独立液压缸并对其进行控制的解决方案。无需外部增压器、具有高压的次级液压管路或任何其他折衷。
发明内容
技术问题
由于常规的液压缸依赖于液压泵和阀提供的压力和流量，因此其可操纵性受到很大限制。普通缸受到有限的压力和流量输入的限制，并且因此在需要较大的力的地方可能无法工作。对于需要较大的力的应用，需要用相对较大的缸替换较小的缸。其结果是，较大的缸将较慢地伸出和缩回。因此，迫切需要一种可以在很大范围的所需力下工作的高效紧凑的液压缸。
问题的解决方案
如本发明所公开的，在彼此内部的多个缸的镜内布置使得其自身的压力高于常规液压回路所提供的压力。这将缸变换为缸-泵。
本发明的镜内缸可以像小缸一样快速工作，但是具有在需要时产生巨大力的附加能力。在大多数应用中，液压缸将只使用其少量的潜在强度，但需要足够大以产生偶发的峰值负载。本发明允许缸更小、更轻和更快，但是仍具有在需要时产生大的力的能力。
本发明的有益效果
本发明的镜内液压缸可以用于使用常规液压缸的各种应用以及发现标准液压缸不适当的各种应用中。与相同尺寸的常规液压缸相比，本发明的主要用途是强化、变速、可变负载、可变力和更大的力。
附图说明
图1示出了在一个实施例中的本发明的镜内液压缸的横截面视图。
图2示出了在第二实施例中的本发明的镜内液压缸的横截面视图。
图3示出了本发明的液压缸原型的测试结果。
图4示出了图3中所示测试结果的图形表示。
附图中的附图标记
1 缸空心杆
2 活塞
3 活塞压盖
4 内杆
5 缸基座
6 腔室
7 腔室
8 腔室
9 腔室
10 缸
11 液压端口
12 液压端口
13 液压端口
14 纤维
15 空心杆
具体实施方式
现在将具体描述本发明的优选实施例的细节以及发明性步骤，以解决上述背景技术和现有技术中提出的问题。本发明可能存在采用本文所述的关键发明步骤的其他几种可能的实施例，因此，专利的范围和目的不受限制。
本发明的镜内缸被设想为集成为一个缸的两个液压缸的组合，该缸的外壳或封套实际上类似于标准缸。因此，在该概念中，外缸内部的倒置的较小的液压缸的作用类似于常规液压缸的活塞杆组件。与带有更多数量的液压端口的常规液压缸一样，这种精巧设计允许一个缸具有两个以上的腔室(前腔室和后腔室)。在这种精巧设计中，当向其中一个腔室施加压力时，其内部杆将伸入相对的腔室中，从而移置(displacing)其质量并显著增加其内部的压力。该移置实际上是内部泵，其可以在修改后的杆(即，外缸内部的倒置的较小的缸内)的给定冲程内多次激活。
上述概念完全是“新颖”的，并且据我们所知，之前没有任何对此的报道。此外，下面通过以下示例中可能的实施例描述本发明的发明特征：
示例
图1示出了本发明的一个可能的实施例，其中外缸10和基座5内部具有较小的缸，该较小的缸称为“缸空心杆”1，其作用类似于常规液压缸的杆，并且外缸10和基座5或多或少类似于常规液压缸的外壳。这种精巧设计与常规液压缸之间的区别在于，图1的实施例现在具有对应于四个腔室6、7、8和9的多个用于流体的端口11、12和13。较小的内缸1的杆端是空心的，并包含活塞2、压盖3和内部杆4。外缸10类似于常规双作用缸。当向腔室7施加压力时，内部杆4伸入腔室6中，从而移置其质量，并显著增加腔室6中的压力。该移置实际上是内部泵，其可以在杆1的给定冲程内多次激活。
通过将压力传入腔室6中，并且然后在受到挑战之后，随后传入腔室7中，杆4将移置现有的加压腔室6并增加该腔室中的压力。与相同缸径的常规缸相比，缸10将产生更多的通过杆1传递的力。
通过在腔室6在系统压力或预定压力下达到其可能的最大力之后将压力传入腔室7，杆4将移置腔室6中的流体，从而使腔室6中的压力增加超过了先前由液压供应或“系统压力”传入的压力。这使得镜内缸能够产生先前无法在正常尺寸的封套内和不能提供无限压力的液压系统中实现的力。
彼此内部集成的液压缸的概念可以在许多不同的实施例中实践。图2描绘了本发明的另一个实施例，其中内部杆4在空心杆15内滑动。
在图2的该实施例中，当将压力施加到腔室6以及随后施加到腔室7时，活塞2迫使杆4进入腔室6中，并且随后迫使空心杆15进入腔室6中，从而产生多种速度和力。
因此，常规液压缸依赖于液压泵、阀和外部增压器提供的压力和流量，但是本发明的镜内缸自身产生的压力高于常规液压回路所供应的压力。这将缸变换为缸/泵。
屈曲和带强度是液压缸制造中的两个重大挑战，在此，本发明通过使内杆1为宽且空心的来克服。须注意，如图1所示，杆4和后挡块5不会碰撞。
弯曲(bowing)(即外缸10的膨胀(图1))是液压缸中的另一个问题区域，本文可以通过在本发明的镜内液压缸的外缸10上额外覆盖纤维材料(即碳纤维或纳米管纤维)14来避免。
执行本发明的最佳模式和工业适用性
为了证明本发明的工业适用性，按照图1所示的设计制造了实验室规模的原型缸。缸的腔室6和7配备有适当的压力计，以在允许流体在给定的外部压力下通过腔室6的端口进入内部时，监测这些腔室内的压力。如图3所示，相对于腔室6的供应压力，观察了腔室6和7中的压力。图4示出了由于该缸内的压力的镜内增大而在腔室6中观察到的压力的图形表示。可以看出，在相对较低的约50巴的压力下，有可能获得高达135巴的压力。
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