本發(fā)明屬于液壓缸技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及是一種復(fù)合碳纖維組合缸筒的液壓缸。
技術(shù)背景
由于傳統(tǒng)工程液壓機(jī)械設(shè)備中，主要是使用高強(qiáng)度合金鋼，而且設(shè)備體積往往偏大，導(dǎo)致設(shè)備重而大，而一些對(duì)重量與空間要求較高的場(chǎng)合，就難以滿足。目前，研制出的復(fù)合碳纖維材料，其比重不到鋼材1/4，抗拉強(qiáng)度在3500MPa以上，為一般鋼材的7~10倍，抗拉彈性模量為230~430GPa，同樣高于鋼材。由于碳纖維材料的優(yōu)越的力學(xué)性能，其應(yīng)用于工程液壓設(shè)備中，使得設(shè)備輕量化、高強(qiáng)度化成為可能。
目前在碳纖維液壓缸缸體的設(shè)計(jì)中，有金屬內(nèi)襯碳纖維缸筒和碳纖維增強(qiáng)層金屬缸筒，其中金屬內(nèi)襯碳纖維缸筒與缸蓋和缸底連接困難，主要是通過(guò)膠結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接的，但這種膠結(jié)結(jié)構(gòu)的可靠性較低；碳纖維增強(qiáng)層金屬缸筒，因碳纖維在缸體結(jié)構(gòu)占比很小，而且缸體中起主要承載作用的還是金屬，難以實(shí)現(xiàn)液壓缸的高承載和輕量化的目標(biāo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種重量輕和承載能力強(qiáng)的復(fù)合碳纖維組合缸筒的液壓缸。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：缸體內(nèi)裝有活塞，活塞桿從前缸蓋伸出，前缸蓋和后缸蓋與外層缸筒的兩端的法蘭對(duì)應(yīng)連接；所述缸體是由外層缸筒和內(nèi)層缸筒構(gòu)成雙層缸筒結(jié)構(gòu)，外層缸筒和內(nèi)層缸筒通過(guò)過(guò)盈配合為一整體。
所述外層缸筒材質(zhì)為合金鋼；所述內(nèi)層缸筒是采用碳纖維干法纏繞，利用碳纖維B階預(yù)浸膠紗或碳纖維B階預(yù)浸膠帶，在繞臂式纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)并纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，制成缸筒坯體；再對(duì)缸筒坯體的內(nèi)表面進(jìn)行粗化處理，噴涂金屬層，最后在金屬層表面鍍硬鉻處理，拋光至表面粗糙度達(dá)到Ra0.2~0.4，制得內(nèi)層缸筒。
所述固化的固化溫度≥100，固化程度90％以上。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
（1）本發(fā)明采用雙層缸筒結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層缸筒采用碳纖維成型工藝而制成，其比重不到鋼材1/4，使得缸體整體重量可減少50%以上，解決了一些工程機(jī)械輕量化的問(wèn)題；其抗拉強(qiáng)度在3500MPa以上，為一般鋼材的7~10倍，抗拉彈性模量為230~430GPa，同樣高于鋼材，能很好地解決缸筒在高壓或超高壓工作狀態(tài)時(shí)，內(nèi)層缸筒所受剪切應(yīng)力過(guò)高并超過(guò)一般金屬材料屈服強(qiáng)度而損壞缸筒的問(wèn)題；碳纖維材質(zhì)的良好的耐腐蝕性能，使其適合在惡劣的工作環(huán)境中，尤其是適合于液壓傳動(dòng)、液壓控制設(shè)備中。因而內(nèi)層缸筒在重量、強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性等方面均比現(xiàn)有金屬缸筒顯著提高，在工程設(shè)備領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
（2）本發(fā)明的外層缸筒材質(zhì)為合金鋼，能使前缸蓋和后缸蓋與外層缸筒兩端的法蘭實(shí)現(xiàn)可靠連接。有效避免了現(xiàn)有的膠結(jié)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的系列問(wèn)題，所述膠結(jié)結(jié)構(gòu)是通過(guò)膠粘劑把缸蓋和缸底與缸筒膠結(jié)在一體的結(jié)構(gòu)，這種膠結(jié)結(jié)構(gòu)一方面在高溫高壓工作狀態(tài)下，其連接的可靠性較低；另一方面由于是膠結(jié)結(jié)構(gòu)使這種液壓缸維修維護(hù)不便或者是不可維修。即本發(fā)明解決了由于碳纖維材料加工性能差而不能通過(guò)一般的機(jī)械連接方式（法蘭連接、螺紋連接）與金屬實(shí)現(xiàn)可靠連接的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明具有重量輕和承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例1
一種復(fù)合碳纖維組合缸筒的液壓缸。如圖1所示，所述液壓缸的缸體內(nèi)裝有活塞6，活塞桿7從前缸蓋1伸出，前缸蓋1和后缸蓋7與外層缸筒2的兩端的法蘭對(duì)應(yīng)連接；所述缸體是由外層缸筒2和內(nèi)層缸筒3構(gòu)成雙層缸筒結(jié)構(gòu)，外層缸筒2和內(nèi)層缸筒3通過(guò)過(guò)盈配合為一整體。
所述外層缸筒2材質(zhì)為合金鋼；所述內(nèi)層缸筒3是采用碳纖維干法纏繞，利用碳纖維B階預(yù)浸膠紗或碳纖維B階預(yù)浸膠帶，在繞臂式纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)并纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，制成缸筒坯體；再對(duì)缸筒坯體的內(nèi)表面進(jìn)行粗化處理，噴涂金屬層4，最后在金屬層4表面鍍硬鉻處理，拋光至表面粗糙度達(dá)到Ra0.2~0.4，制得內(nèi)層缸筒3。
所述固化的固化溫度≥100，固化程度90％以上。
本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
1本具體實(shí)施方式采用雙層缸筒結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層缸筒3采用碳纖維成型工藝而制成，其比重不到鋼材1/4，使得缸體整體重量可減少50%以上，解決了一些工程機(jī)械輕量化的問(wèn)題；其抗拉強(qiáng)度在3500MPa以上，為一般鋼材的7~10倍，抗拉彈性模量為230~430GPa，同樣高于鋼材，能很好地解決缸筒在高壓或超高壓工作狀態(tài)時(shí)，內(nèi)層缸筒3所受剪切應(yīng)力過(guò)高并超過(guò)一般金屬材料屈服強(qiáng)度而損壞缸筒的問(wèn)題；碳纖維材質(zhì)的良好的耐腐蝕性能，使其適合在惡劣的工作環(huán)境中，尤其是適合于液壓傳動(dòng)、液壓控制設(shè)備中。因而內(nèi)層缸筒3在重量、強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性等方面均比現(xiàn)有金屬缸筒顯著提高，在工程設(shè)備領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
2本具體實(shí)施方式的外層缸筒2材質(zhì)為合金鋼，能使前缸蓋1和后缸蓋7與外層缸筒2兩端的法蘭實(shí)現(xiàn)可靠連接。有效避免了現(xiàn)有的膠結(jié)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的系列問(wèn)題，所述膠結(jié)結(jié)構(gòu)是通過(guò)膠粘劑把缸蓋和缸底與缸筒膠結(jié)在一體的結(jié)構(gòu)，這種膠結(jié)結(jié)構(gòu)一方面在高溫高壓工作狀態(tài)下，其連接的可靠性較低；另一方面由于是膠結(jié)結(jié)構(gòu)使這種液壓缸維修維護(hù)不便或者是不可維修。即本具體實(shí)施方式解決了由于碳纖維材料加工性能差而不能通過(guò)一般的機(jī)械連接方式如法蘭連接或螺紋連接與金屬實(shí)現(xiàn)可靠連接的問(wèn)題。
因此，本具體實(shí)施方式具有重量輕和承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。