輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，包括金屬封頭、液壓油缸活塞、由液壓油缸缸筒形成的金屬內(nèi)襯、固定件、金屬套環(huán)和密封圈，所述金屬內(nèi)襯外整體包裹有碳纖維復(fù)合材料形成的增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層外套有金屬套環(huán)，所述增強(qiáng)層以熱固性樹脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)體，所述增強(qiáng)層中熱固性樹脂基體的質(zhì)量含量為23-40%；該種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，在各種工況下，較現(xiàn)有技術(shù)中的全金屬液壓油缸，其強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能缸都有明顯的提高，不僅使得制品安全性得到有效改善，而且減重效果也達(dá)到30%-65%，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械泵車輕量化和整車成本降低的目標(biāo)。
【專利說明】輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓油缸對于液壓機(jī)械來說是非常重要的一個部件，在整個液壓機(jī)械中扮演一個執(zhí)行元件的角色，整個過程中液壓油缸就是把液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程機(jī)械需求量大幅度增長，而液壓油缸是各種工程機(jī)械、煤礦機(jī)械、特種車輛和大型機(jī)械的專用部件。這對工程機(jī)械的臂展高度也提出了嚴(yán)格要求。但是現(xiàn)有技術(shù)中存在的全金屬液壓油缸的重量大，且強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能不理想的問題。全金屬液壓油缸逐漸不能滿足使用的需求。
[0003]上述問題是在液壓油缸的設(shè)計與生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)予以考慮并解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的全金屬液壓油缸的重量大，且強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能不理想的問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，包括金屬封頭、液壓油缸活塞、由液壓油缸缸筒形成的金屬內(nèi)襯、固定件、金屬套環(huán)和密封圈，所述金屬內(nèi)襯的內(nèi)部兩端均設(shè)有金屬封頭，所述液壓油缸活塞穿過金屬內(nèi)襯的內(nèi)部一端的金屬封頭，所述金屬內(nèi)襯外整體包裹有碳纖維復(fù)合材料形成的增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層外套有金屬套環(huán)，所述固定件將金屬套環(huán)、增強(qiáng)層、金屬內(nèi)襯、金屬封頭依次固定，所述金屬封頭的兩端均設(shè)有油口，所述增強(qiáng)層以熱固性樹脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)體，所述增強(qiáng)層中熱固性樹脂基體的質(zhì)量含量為23-40%。
[0007]優(yōu)選地，所述金屬封頭與金屬內(nèi)襯間、金屬封頭與液壓油缸活塞間設(shè)有密封圈。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬內(nèi)襯采用直接成型的薄壁金屬缸筒。
[0009]優(yōu)選地，所述增強(qiáng)層為采用碳纖維干法纏繞成型工藝或采用碳纖維濕法纏繞成型工藝采用預(yù)浸料熱壓罐成型工藝制備的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層。
[0010]優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層為纏繞角度10-90°的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層。
[0011]優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層預(yù)浸料包覆角度0-90°。
[0012]優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于或等于120°C的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層。
[0013]優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層為固化度大于或等于80%的碳纖維復(fù)合材料
增強(qiáng)層。
[0014]優(yōu)選地，所述金屬內(nèi)襯的長度為1.5-10.0m、壁厚為l_3mm、內(nèi)徑為0.05-1.0m,所述增強(qiáng)層的厚度為5-50mm、長度為1.0-9.5m。
[0015]本實(shí)用新型提供一種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，由液壓油缸缸筒形成的金屬內(nèi)襯外整體包裹有以熱固性樹脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)體的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層，增強(qiáng)層采用碳纖維干法纏繞成型工藝或碳纖維濕法纏繞成型工藝或預(yù)浸料熱壓罐成型工藝制備而成，可以滿足該制品的強(qiáng)度、剛度及抗疲勞老性能要求。控制碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層中樹脂質(zhì)量含量在23-55%之間，并保證該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸在90°C下性能穩(wěn)定地長期使用。同時，該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸的金屬內(nèi)襯可以直接成型，無需再進(jìn)行二次車薄加工，有利于油缸生產(chǎn)效率的提高。所述金屬內(nèi)襯通過銷釘或螺栓將金屬套環(huán)和密封圈與金屬封頭進(jìn)行組裝，可避免金屬封頭和金屬內(nèi)襯的端部焊接，避免了焊接不當(dāng)可導(dǎo)致油缸偏心的問題，采用銷釘或螺栓機(jī)械連接方式可有效地提高碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層與金屬內(nèi)襯的連接強(qiáng)度，保證產(chǎn)品在使用過程中的安全性。所述油口位于金屬封頭的兩端，便于缸筒整體增強(qiáng)，可進(jìn)一步提高油缸質(zhì)量和降低油缸重量。
[0016]該種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，缸筒的長度為1.5-10.0m、壁厚為l-3mm、內(nèi)徑為0.05-1.0m時，通過設(shè)計增強(qiáng)層的厚度為5_50mm、長度為1.0-9.5m，并采用銷釘或螺栓機(jī)械連接方式，可保證該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸整體的剛度和強(qiáng)度要求。該種新型結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，在保證液壓油缸質(zhì)量提高的同時，使液壓油缸的生產(chǎn)制造也更加簡便快捷，有利于提高碳纖維復(fù)合材料液壓油缸的生產(chǎn)效率，便于批量化生產(chǎn)。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型一種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，在各種工況下，較現(xiàn)有技術(shù)中的全金屬液壓油缸，其強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能缸都有明顯的提高，不僅使得制品安全性得到有效改善，而且減重效果也達(dá)到30%-65%，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械泵車輕量化和整車成本降低的目標(biāo)。此外，與缸筒部分增強(qiáng)的碳纖維復(fù)合材料液壓油缸相比，該種新型結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料液壓油缸的薄壁金屬內(nèi)襯層可直接成型，無需再進(jìn)行二次車薄加工；銷釘或螺栓的使用避免了封頭和缸筒的端部焊接；并且油口位于兩端，便于缸筒整體增強(qiáng)。這些新型結(jié)構(gòu)可以保證該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸質(zhì)量提高的同時，其生產(chǎn)制造也更加簡便快捷，使其生產(chǎn)效率大大提高，便于批量化生產(chǎn)。從而對實(shí)現(xiàn)更快、更節(jié)能、更環(huán)保的目標(biāo)，以及推動工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展都具有重大意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型液壓油缸的另一結(jié)構(gòu)剖視圖
[0020]其中:1-金屬封頭,2-液壓油缸活塞,3-金屬內(nèi)襯,4-增強(qiáng)層,5-固定件,6-金屬套環(huán)，7-密封圈，8-油口。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。
[0022]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供一種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，包括金屬封頭1、液壓油缸活塞2、由液壓油缸缸筒形成的金屬內(nèi)襯3、固定件5、金屬套環(huán)6和密封圈7，所述金屬內(nèi)襯3的內(nèi)部兩端均設(shè)有金屬封頭1，所述液壓油缸活塞2穿過金屬內(nèi)襯3的內(nèi)部一端的金屬封頭I，所述金屬內(nèi)襯3外整體包裹有碳纖維復(fù)合材料形成的增強(qiáng)層4，所述增強(qiáng)層4外套有金屬套環(huán)6，所述固定件5將金屬套環(huán)6、增強(qiáng)層4、金屬內(nèi)襯3、金屬封頭I依次固定，所述金屬封頭I的兩端均設(shè)有油口 8，所述增強(qiáng)層4以熱固性樹脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)體，所述增強(qiáng)層4中熱固性樹脂基體的質(zhì)量含量為23-40%，優(yōu)選為36%。所述金屬封頭I與金屬內(nèi)襯3間、金屬封頭I與液壓油缸活塞2間設(shè)有密封圈7。
[0023]所述金屬內(nèi)襯3采用直接成型的薄壁金屬缸筒。所述增強(qiáng)層4為采用碳纖維干法纏繞成型工藝制備的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4。所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4為纏繞角度10-90°，優(yōu)選為48°的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4。優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于或等于120°C的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4。所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4為固化度大于或等于80%的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4。所述金屬內(nèi)襯3的長度為
1.5-10.0m,優(yōu)選為6m、壁厚為l_3mm，優(yōu)選為2mm、內(nèi)徑為0.05-1.0m,優(yōu)選為0.6m,所述增強(qiáng)層4的厚度為5_50mm,優(yōu)選為34mm、長度為1.0-9.5m,優(yōu)選為5.6m。
[0024]該種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，采用纖維纏繞工藝在金屬內(nèi)襯3外整體成型液壓油缸筒身段的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4，然后將油口 8與金屬封頭I組裝，再與液壓油缸活塞2以及筒身段的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4進(jìn)行組裝，采用銷釘或螺栓將金屬套環(huán)6以及密封圈7、兩端的金屬封頭1、碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4進(jìn)行組裝。
[0025]本實(shí)施例提供一種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，由液壓油缸缸筒形成的金屬內(nèi)襯3外整體包裹有以熱固性樹脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)體的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4，增強(qiáng)層4采用碳纖維干法纏繞成型工藝或碳纖維濕法纏繞成型工藝或預(yù)浸料熱壓罐成型工藝制備而成，可以滿足該制品的強(qiáng)度、剛度及抗疲勞老性能要求。控制碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4中樹脂質(zhì)量含量在23-55%之間，并保證該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸在90°C下性能穩(wěn)定地長期使用。同時，該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸的金屬內(nèi)襯3可以直接成型，無需再進(jìn)行二次車薄加工，有利于油缸生產(chǎn)效率的提高。所述金屬內(nèi)襯3通過銷釘或螺栓將金屬套環(huán)6和密封圈7與金屬封頭I進(jìn)行組裝，可避免金屬封頭I和金屬內(nèi)襯3的端部焊接，避免了焊接不當(dāng)可導(dǎo)致油缸偏心的問題，采用銷釘或螺栓機(jī)械連接方式可有效地提高碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層4與金屬內(nèi)襯3的連接強(qiáng)度，保證產(chǎn)品在使用過程中的安全性。所述油口 8位于金屬封頭I的兩端，便于缸筒整體增強(qiáng)，可進(jìn)一步提高油缸質(zhì)量和降低油缸重量。
[0026]該種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，缸筒的長度為1.5-10.0m、壁厚為l-3mm、內(nèi)徑為0.05-1.0m時，通過設(shè)計增強(qiáng)層4的厚度為5_50mm、長度為1.0-9.5m,并采用銷釘或螺栓機(jī)械連接方式，可保證該種碳纖維復(fù)合材料液壓油缸整體的剛度和強(qiáng)度要求。該種新型結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，在保證液壓油缸質(zhì)量提高的同時，使液壓油缸的生產(chǎn)制造也更加簡便快捷，有利于提高碳纖維復(fù)合材料液壓油缸的生產(chǎn)效率，便于批量化生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:包括金屬封頭(I)、液壓油缸活塞(2)、由液壓油缸缸筒形成的金屬內(nèi)襯(3)、固定件(5)、金屬套環(huán)(6)和密封圈(7),所述金屬內(nèi)襯(3)的內(nèi)部兩端均設(shè)有金屬封頭(I)，所述液壓油缸活塞(2)穿過金屬內(nèi)襯(3)的內(nèi)部一端的金屬封頭(I),所述金屬內(nèi)襯(3)外整體包裹有碳纖維復(fù)合材料形成的增強(qiáng)層(4)，所述增強(qiáng)層(4)外套有金屬套環(huán)(6)，所述固定件(5)將金屬套環(huán)(6)、增強(qiáng)層(4)、金屬內(nèi)襯(3)、金屬封頭(I)依次固定,所述金屬封頭(I)的兩端均設(shè)有油口(8)。
2.如權(quán)利要求1所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述金屬封頭(I)與金屬內(nèi)襯(3)間、金屬封頭(I)與液壓油缸活塞(2)間設(shè)有密封圈(7)。
3.如權(quán)利要求1所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述金屬內(nèi)襯(3)采用直接成型的薄壁金屬缸筒。
4.如權(quán)利要求1所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述增強(qiáng)層(4)為采用碳纖維干法纏繞成型工藝或采用碳纖維濕法纏繞成型工藝采用預(yù)浸料熱壓罐成型工藝制備的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)。
5.如權(quán)利要求4所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)為纏繞角度10-90°的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)。
6.如權(quán)利要求4所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)預(yù)浸料包覆角度0-90°。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于或等于120°C的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)。
8.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)為固化度大于或等于80%的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層(4)。
9.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的輕量化高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料液壓油缸，其特征在于:所述金屬內(nèi)襯(3)的長度為1.5-10.0m、壁厚為l_3mm、內(nèi)徑為0.05-1.0m,所述增強(qiáng)層(4)的厚度為5_50mm、長度為1.0-9.5m。
【文檔編號】F15B15/20GK203730441SQ201320647809
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】汪東瑤, 陳明新, 顏磊, 劉少亮, 張星星, 黃星賓 申請人:江蘇恒神纖維材料有限公司