专利名称：缓冲器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及缓冲器，尤其涉及以弹性胶体为缓冲介质的缓冲器。
背景技术：
缓冲器是工业上应用较为普遍的缓冲减振设备，主要作用是吸收各种冲击能量、 保护设备和降低噪音等。目前应用较多的缓冲器有聚氨酯缓冲器、液压缓冲器以及弹性胶体缓冲器等几种。其中，弹性胶体缓冲器(也称为弹性胶泥缓冲器等)具有吸收率高、反力小、寿命长以及密封性能好等特点，因此应用较为广泛。图1示出了现有的弹性胶体缓冲器的剖视结构图。如图1所示，该缓冲器主要包括活塞杆1、密封导向组件2、活塞3、缸体4、缸盖6、缸盖密封装置7以及外筒8等部件。缸体4中填充有弹性胶体5。该缓冲器是一种单级缓冲器，其工作过程如下所述。在进程时，外力沿图1中的水平轴线方向施加在缓冲器上，使缸体4与外筒8之间发生轴向的相对运动。此时，活塞杆1被压入缸体4中(例如图1中的虚线所示的位置)， 缸体4内填充的弹性胶体5被压缩；同时，弹性胶体5还经过活塞3与缸体4内腔之间的环形缝隙而由活塞的右侧流向活塞的左侧，从而产生进程的动态阻尼力，将冲击能量转化成热能和缓冲器的内能，实现缓冲功能。在回程时，作用在缓冲器上的外力减小或被撤去，弹性胶体5膨胀以释放内能，从而将活塞杆1相对于缸体4向左推动；同时，弹性胶体5经过活塞3与缸体4内腔之间的上述缝隙而由活塞的左侧流向活塞的右侧，从而产生回程的动态阻尼力，所消耗的部分内能被转化成热能并散发到外界，缓冲器回复到初始状态。通过上述进程和回程的整个运动过程，缓冲器可以将冲击中的大部分能量转化成热能散发到外界，从而实现缓冲，起到保护设备的作用。图2示出了单级缓冲器的性能曲线图，即缓冲器在单次冲击过程中，活塞3的行程(或外筒8相对于缸体4发生的位移)与缓冲器所产生的动态反力之间的关系。在图2 中，Fcmin表示缓冲器的初始最小力，Fcmax表示缓冲器的初始最大力，Fcmid表示缓冲器的初始力，而Fmax表示缓冲器的最大力。图2中由粗实线包围的面积(由对角网格填充的面积)是缓冲器在单次冲击过程中所吸收的能量，而初始力最大值Fcmax与反力最大值Fmax 的连线与横坐标之间所包围的面积(由黑点填充的面积)称为缓冲器的容量。容量是选用缓冲器时所考虑的一个重要指标。
实用新型内容目前的弹性胶体缓冲器一般是上述单级结构，只能应用于单一工况的场合。但是应用缓冲器的现场，工况可能是相当复杂的。例如，运动件的质量范围、运动的速度范围等都可能有较大的变化，在此情况下，撞击过程中要求缓冲器吸收的能量范围就较大。为了满足现场使用要求，通常采用的方式是加大缓冲器的行程或者分别安装多个缓冲器。[0010]在缓冲器的使用容量变化不大时，单级缓冲器可以较好的工作；但当缓冲器的使用容量变化范围很大时，单级弹性胶体缓冲器的使用就会存在以下问题。即，如果按照最大使用容量来选用缓冲器，那么当缓冲器仅受到低能量冲击时，会造成缓冲器的缓冲行程过小，缓冲效果不明显，不能对设备起到更好的保护作用。而如果按照正常使用容量选用缓冲器，那么在设备出现失速情况或者事故状态的情况下缓冲器受到撞击时，缓冲器的容量不足，使得即使在撞击到缓冲器的满行程时，冲击能量也不能被全部吸收，从而导致设备与缓冲器发生硬性碰撞，对设备和缓冲器造成损坏。考虑到上述问题，本实用新型公开了一种缓冲器，该缓冲器包括首级缓冲器和次级缓冲器，其中，首级缓冲器和次级缓冲器都包括缸体，缸体呈中空的筒状以填充缓冲介质，缸体在第一端开口并在第二端封闭；缸盖，缸盖安装到缸体的第一端并将第一端封闭， 缸盖的中心具有通孔，通孔沿缸体的轴向；活塞杆，活塞杆穿过缸盖的通孔而延伸；活塞， 活塞杆固定到活塞，活塞能够在缸体中沿轴向运动，其中，首级缓冲器的缸体构成次级缓冲器的活塞杆。在该缓冲器中，首级缓冲器和次级缓冲器的缸体中都可以填充有弹性胶体作为缓冲介质。在该缓冲器中，首级缓冲器和次级缓冲器都可以包括导向密封组件，导向密封组件设置在活塞杆与缸盖的通孔之间。在该缓冲器中，首级缓冲器和次级缓冲器都可以包括缸盖密封装置，缸盖密封装置设置在缸盖与缸体之间。该缓冲器还可以包括外筒，外筒呈中空的筒状，在第一端封闭并在第二端开口，首级缓冲器的活塞杆固定地安装到外筒的第一端，次级缓冲器的缸体穿过外筒的第二端插入外筒中。在该缓冲器中，首级缓冲器和次级缓冲器的缸体都可以设有用于填充弹性胶体的填料口，首级缓冲器中填充的缓冲介质的最大力可以小于次级缓冲器中的缓冲介质的初始最小力，次级缓冲器中填充的缓冲介质的最大力也可以小于首级缓冲器中的缓冲介质的初始最小力。在该缓冲器中，首级缓冲器和次级缓冲器的缸体都可以设有用于填充弹性胶体的填料口，填料口中安装有单向阀。在该缓冲器中，活塞与缸体之间可以具有间隙。在该缓冲器中，活塞可以包括沿轴向的通孔。在该缓冲器中，首级缓冲器的缸体与次级缓冲器的活塞可以是一体形成的。在该缓冲器中，首级缓冲器的缸体与次级缓冲器的活塞之间可以以螺纹方式连接。根据本实用新型的缓冲器，尤其是弹性胶体缓冲器，能够实现多级缓冲，从而克服了单级缓冲器的缺点，具有工作范围广、适用于多种工况等优点。根据现场工况的要求，本实用新型所提供的缓冲器可以提供两级、三级或更多级缓冲，从而更好的起到吸收冲击能量、保护设备的作用。
[0023]图1示出了现有的弹性胶体缓冲器的剖视结构图。图2示出了单级缓冲器的性能曲线图。图3是按照本实用新型一种实施例的弹性胶体缓冲器的剖视图。图4以示意性方式示出了图3中的缓冲器的性能曲线图。图5示出了根据该实施例的弹性胶体缓冲器在小容量冲击情况下的工作状态。图6示出了根据该实施例的弹性胶体缓冲器在大容量冲击情况下的工作状态。
具体实施方式
图3是按照本实用新型一种实施例的弹性胶体缓冲器的剖视图。如图3所示，该缓冲器是一种两级缓冲器，包括首级缓冲器9和次级缓冲器17。首级缓冲器9可以采用与图1所示缓冲器基本相同的结构，因此其部件采用了图 1中所用的标号，并参考图1来进行说明。如图1所示，首级缓冲器9可以包括缸体4、缸盖 6、活塞杆1以及活塞3。其中，缸体4呈中空的筒状以填充缓冲介质，缸体4在第一端(图 1中左侧那端)开口并在第二端(图1中右侧那端)封闭。缸盖6安装到缸体4的第一端并将该第一端封闭，缸盖6的中心具有通孔，该通孔沿缸体4的轴向，活塞杆1穿过该通孔而延伸。活塞杆1固定到活塞3，活塞3能够在缸体4中沿缸体4的轴向运动。缸体4中填充有弹性胶体5，作为缓冲介质在工作时使用。另外，首级缓冲器9还可以包括导向密封组件2和/或缸盖密封装置7。导向密封组件2设置在活塞杆1与缸盖 6的上述通孔之间，而缸盖密封装置7设置在缸盖6与缸体4之间，以分别改善相应部件之间的密封效果。导向密封组件2例如可以由V型密封圈、Y型密封圈等和多种材料的导向套组成，缸盖密封装置7例如可以由各种材料的垫圈和0型圈、V型/Y型密封圈等组成。在上述结构中，在活塞3与缸体4之间可以具有间隙，从而在活塞3沿缸体4的轴向运动时使缓冲介质5能够在活塞3的两侧(在图1中是左侧和右侧)之间流动。或者， 也可以在活塞3上设置一个或多个通孔，这些通孔沿着或者大体上沿着缸体4的轴向，从而在活塞3沿缸体4的轴向运动时使缓冲介质5能够在活塞3的两侧(在图1中是左侧和右侧)之间流动。次级缓冲器17与首级缓冲器9的结构类似，也包括缸体13、缸盖15、活塞杆、活塞 12。如图3所示，缸体13呈中空的筒状以填充缓冲介质，在第一端(图3中左侧那端)开口并在第二端(图3中右侧那端)封闭。缸盖15安装到缸体13的第一端并将该第一端封闭，缸盖15的中心具有通孔，该通孔沿缸体13的轴向(如图中的中心线所示)。如图3所示，由首级缓冲器9的缸体4构成次级缓冲器17的活塞杆1'，活塞杆Γ穿过缸盖15中的通孔而延伸。此外，次级缓冲器17的活塞杆1'还固定到活塞12，活塞12能够在缸体13 中沿轴向运动。在本申请中，“首级缓冲器的缸体构成次级缓冲器的活塞杆”这一表述应当认为也涵盖了这样的情形相对于首级缓冲器的缸体固定的某个其他部件(而不是首级缓冲器的缸体本身)穿过次级缓冲器的缸盖中的通孔并固定到次级缓冲器的活塞。在次级缓冲器17中，缸体13中填充有弹性胶体14，作为缓冲介质在工作时使用。 缸体13中填充的弹性胶体14与缸体4中填充的弹性胶体5可以是相同的材料，也可以是不同的材料。在上述结构中，在活塞12与缸体13之间可以具有间隙，从而在活塞12沿缸体13的轴向运动时使缓冲介质14能够在活塞12的两侧(在图3中是左侧和右侧)之间流动。 或者，也可以在活塞12上设置一个或多个通孔，这些通孔沿着或者大体上沿着缸体13的轴向，从而在活塞12沿缸体13的轴向运动时使缓冲介质14能够在活塞12的两侧(在图3 中是左侧和右侧)之间流动。次级缓冲器17还可以包括导向密封组件11，导向密封组件11设置在次级缓冲器 17的活塞杆与缸盖15的上述通孔之间，以提高缸盖15与该活塞杆之间的密封效果。导向密封组件11例如可以由V型密封圈、Y型密封圈等和多种材料的导向套组成。次级缓冲器17还可以包括缸盖密封装置16，缸盖密封装置16设置在缸盖15与缸体13之间，以改善缸盖15与缸体13之间的密封效果。缸盖密封装置16例如可以由各种材料的垫圈和0型圈、V型/Y型密封圈等组成。图3所示的缓冲器还可以包括外筒10，外筒10呈中空的筒状，在第一端(图3中左侧那端)封闭并在第二端(图3中右侧那端)开口，首级缓冲器9的活塞杆1固定地安装到外筒10的第一端，而次级缓冲器17的缸体13穿过外筒10的第二端插入外筒10中。 外筒10和缸体13可以分别与将要发生相对运动的两个部件(例如一个固定件和一个运动件，或者两者都是运动件)固定。在不设置外筒10的情况下，可以把首级缓冲器9的活塞杆1以及次级缓冲器17的缸体13分别与将要发生相对运动的上述两个部件固定。在图3所示的缓冲器中，首级缓冲器的缸体4与次级缓冲器的活塞12之间是以螺纹方式连接的。但是，缸体4也可以与活塞12—体形成。首级缓冲器9和次级缓冲器17都可以设有填料口(未示出)，用于向缸体中填充缓冲介质(例如弹性胶体)。填料口可以分别设置在首级缓冲器9的缸体4和次级缓冲器的缸体13上，例如设置在这些缸体的上述第二端(图1、图3中右侧那端)。这些填料口中可以安装有单向阀，使得能够从外部向缸体内填充缓冲介质，而所填充的缓冲介质不会从填料口泄漏到外部。虽然在上述说明中，首级缓冲器9和次级缓冲器17都是弹性胶体缓冲器，但是二者中的至少一者也可以使用其他缓冲材料，或者其他类型的缓冲器。图4以示意性方式示出了图3中的缓冲器的性能曲线图，其中横坐标表示外筒10 或首级缓冲器9的活塞杆1相对于次级缓冲器17的缸体13的行程或位移，纵坐标表示由缓冲器整体所提供的动态反力。在图4中，Flcmin表示首级缓冲器9的初始最小力，Flcmax 表示首级缓冲器9的初始最大力，Flcmid表示首级缓冲器9的初始力，Flmax表示首级缓冲器9的最大力；F2cmin表示次级缓冲器17的初始最小力，F2cmaX表示次级缓冲器17的初始最大力，F2cmid表示次级缓冲器17的初始力，而F2maX表示次级缓冲器17的最大力。图 4中由粗实线包围的面积(由对角网格填充的面积)是缓冲器在单次冲击过程中所吸收掉的能量，而进程曲线与横坐标之间所包围的面积(由黑点填充的面积)是该缓冲器的容量。 在该实施例的缓冲器中，首级缓冲器9的容量例如可以小于次级缓冲器17的容量。另外， 在该实施例中，首级缓冲器9中填充的缓冲介质5的最大力Flmax小于次级缓冲器17中填充的缓冲介质14的初始最小力F2cmin。当运动件质量较小、速度较低时，运动件撞击缓冲器的冲击力较小，此时首级缓冲器9起作用，而次级缓冲器17不工作，即首级缓冲器9的缸体4与次级缓冲器17的缸盖15 基本上保持相对静止关系。与结合图1所述的工作过程类似，首级缓冲器9的活塞杆1被压入缸体4中，缸体4内填充的弹性胶体5被压缩；同时，弹性胶体5还经过活塞3与缸体 4内腔之间的环形缝隙或者活塞3上的轴向通孔而由活塞3的右侧流向活塞3的左侧，从而形成缝隙阻尼力，起到吸收冲击能量的作用。其工作状态如图5所示。当运动件质量较大、速度较高时，运动件撞击缓冲器的冲击力较大，此时首级缓冲器9和次级缓冲器共同工作。首先，首级缓冲器9的活塞杆1被完全地压入缸体4中，即通过首级缓冲器9的工作先吸收一部分能量。接着(在图4中进程曲线垂直向上弯折的行程处)，首级缓冲器9的缸体4也不再与次级缓冲器17的缸盖15保持相对静止关系，而是开始进入次级缓冲器的缸体13中；缸体13内填充的弹性胶体14经过活塞12与缸体13之间的环形缝隙或者活塞12上的轴向通孔而由活塞12的右侧流向活塞12的左侧，从而形成缝隙阻尼力，吸收剩余的能量。其工作状态如图6所示。如前所述，在使用图1所示单级缓冲器的情况下，当按照最大容量设计时，大容量冲击时缓冲器能够完全满足使用要求；而在小容量冲击使用过程中，实际缓冲行程过小，不能起到良好的缓冲效果，对冲击物体及设备不能起到保护作用。而当按照小容量设计时，小容量冲击时缓冲器能够完全满足使用要求；但在大容量冲击使用过程中，缓冲行程运动完成后，撞击过程并未停止，而会发生刚性碰撞，运动件及设备会受到巨大冲击，此时缓冲器往往会失效或者起不到保护设备的作用。相反，在使用根据本实用新型上述实施例的缓冲器的情况下，在小容量冲击时仅由首级缓冲器9工作，而在发生大容量冲击时由两级缓冲器共同工作。因此，即使在复杂工况下(例如运动件的质量范围、运动的速度范围等变化较大的情况下)，也能够满足撞击过程中缓冲器吸收能量范围较大的要求。同时，也无需加大缓冲器的行程或者分别安装多个缓冲器。虽然在上述实施例中，首级缓冲器9中填充的缓冲介质5的最大力Flmax小于次级缓冲器17中填充的缓冲介质14的初始最小力F2cmin，但是本实用新型的技术方案不限于此，例如也可以使次级缓冲器17中填充的缓冲介质14的最大力F2maX小于首级缓冲器9 中填充的缓冲介质5的初始最小力Flcmin。在此情况下，当运动件质量较小、速度较低时， 次级缓冲器17起作用，而首级缓冲器9不工作；当运动件质量较大、速度较高时，首级缓冲器9与次级缓冲器17共同工作，但顺序是次级缓冲器17先起作用，而首级缓冲器9后起作用。作为根据上述实施例的缓冲器的一种应用示例，例如，钢厂的天车两端均安装有缓冲器；该缓冲器在设计选型时，按照国标要求一般取天车额定速度的60%计算冲击能量，从而确定缓冲器的容量。但是在天车的实际使用过程中会出现天车失速，以额定速度撞击缓冲器的情况，此时的冲击能量会超过缓冲器的设计容量。因此，即使在缓冲器满行程工作时，天车的冲击能量也未能全部被吸收，从而可能使天车与缓冲器发生硬性撞击，并可能导致小车从天车上脱落、缓冲器损坏等事故。但如果按照天车的上述额定速度计算冲击能量而进行缓冲器选型的话，所选的缓冲器的容量又会过大，使得当天车以小速度撞击缓冲器时，会出现缓冲器行程过小、缓冲效果不明显的情况，将天车以“硬碰硬”的方式弹开，这会对天车的使用寿命造成影响，难以起到保护作用。使用根据上述实施例的多级弹性胶体缓冲器可有效解决这个问题。例如，可以按照天车额定速度的60%情况下的冲击能量来设定首级缓冲器9的容量，并按照该额定速度100%情况下的冲击能量来设定整个缓冲器的容量(首级缓冲器加次级缓冲器的容量)。这样，天车在正常情况下(额定速度的60% )撞击缓冲器时，首级缓冲器9起作用，其工作状态如图5所示。而当天车以额定速度撞击缓冲器时，首级缓冲器9和次级缓冲器共同作用， 其工作状态如图6所示。因此，在两种情况下，该缓冲器都可以很好的起到保护天车的作用。根据本实用新型的缓冲器不限于上述两级结构，而是可以采用三级或更多级。例如在三级缓冲器的情况下，可以用图1所示的缓冲器(除了外筒8之外)来代替图3中首级缓冲器9的活塞杆1。前文对于缓冲器的缸体、缸盖、活塞、外筒、导向密封组件、缸盖密封装置、缓冲介质和填料口等进行的说明也适用于三级或更多级缓冲器的情形。例如，定尺机的终端一般会安装有单级缓冲器，当辊道上的钢管以一定的速度撞击上缓冲器的时候，缓冲器起到吸收冲击能量和定位的作用。在定尺机上缓冲器的选型过程中，一般会按照最重的钢管在正常运行速度下(例如lm/s)的冲击能量来确定缓冲器的容量。但当辊道上运行一些重量较轻的钢管时，或者最重的钢管在事故状态下(例如2m/s) 撞击缓冲器时，缓冲器就无法很好的起到缓冲作用，从而导致出现钢管变形、无法精确定位和设备损坏的情况。在这种情况下，可使用根据本实用新型实施例的三级弹性胶体缓冲器来解决这个问题。例如，可以按照重量较轻的钢管的重量和正常速度下的冲击能量来设定首级缓冲器的容量，按照最重钢管的重量和正常速度下的冲击能量来设定首级缓冲器与次级缓冲器的容量总和，并按照最重钢管的重量和事故状态速度下的冲击能量来设定整个缓冲器的容量 (首级缓冲器、次级缓冲器与第三级缓冲器的容量总和)。这样，在定尺机运行过程中，当重量较轻的钢管以正常速度撞击多级缓冲器时，缓冲器中只有首级缓冲器起作用。当最重的钢管以正常速度撞击时，首级缓冲器和第二级缓冲器共同起作用。而当最重的钢管在事故状态下撞击缓冲器时，三级缓冲器全部起作用，从而保证设备的正常运行。虽然在说明书中已经参考附图描述了本实用新型的示例性实施例，但是本实用新型的范围不限于此，而应由权利要求来限定。
权利要求1.一种缓冲器，其特征在于，包括首级缓冲器(9)和次级缓冲器(17)，其中，所述首级缓冲器和所述次级缓冲器都包括缸体(4、13)，所述缸体呈中空的筒状以填充缓冲介质， 所述缸体在第一端开口并在第二端封闭；缸盖(6、15)，所述缸盖安装到所述缸体的第一端并将所述第一端封闭，所述缸盖的中心具有通孔，所述通孔沿所述缸体的轴向；活塞杆(1、 1')，所述活塞杆穿过所述缸盖的通孔而延伸；活塞(3、12)，所述活塞杆固定到所述活塞， 所述活塞能够在所述缸体中沿所述轴向运动，其中，所述首级缓冲器的缸体(4)构成所述次级缓冲器的活塞杆(1')。
2.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器和所述次级缓冲器的缸体中都填充有弹性胶体(5、14)作为所述缓冲介质。
3.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器和所述次级缓冲器都包括导向密封组件(2、11)，所述导向密封组件设置在活塞杆与缸盖的通孔之间。
4.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器和所述次级缓冲器都包括缸盖密封装置(7、16)，所述缸盖密封装置设置在缸盖与缸体之间。
5.如权利要求1所述的缓冲器，还包括外筒(10)，所述外筒呈中空的筒状，在第一端封闭并在第二端开口，所述首级缓冲器的活塞杆固定地安装到所述外筒的第一端，所述次级缓冲器的缸体穿过所述外筒的第二端插入所述外筒中。
6.如权利要求2所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器和所述次级缓冲器的缸体都设有用于填充所述弹性胶体的填料口，所述首级缓冲器中填充的缓冲介质的最大力小于所述次级缓冲器中的缓冲介质的初始最小力，或者所述次级缓冲器中填充的缓冲介质的最大力小于所述首级缓冲器中的缓冲介质的初始最小力。
7.如权利要求2所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器和所述次级缓冲器的缸体都设有用于填充所述弹性胶体的填料口，所述填料口中安装有单向阀。
8.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述活塞与所述缸体之间具有间隙。
9.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述活塞包括沿所述轴向的通孔。
10.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器的缸体与所述次级缓冲器的活塞是一体形成的。
11.如权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述首级缓冲器的缸体与所述次级缓冲器的活塞之间以螺纹方式连接。
专利摘要本实用新型涉及一种缓冲器，包括首级缓冲器和次级缓冲器，首级缓冲器和次级缓冲器都包括缸体(4、13)、缸盖(6、15)、活塞杆(1、1′)和活塞(3、12)，其中，缸体呈中空的筒状以填充缓冲介质，在第一端开口并在第二端封闭；缸盖安装到缸体的第一端并将其封闭，缸盖的中心具有沿缸体轴向的通孔；活塞杆穿过缸盖的通孔而延伸并固定到活塞，活塞能够在缸体中沿轴向运动，首级缓冲器的缸体(4)构成次级缓冲器的活塞杆(1′)。该缓冲器也可以具有三级或更多级缓冲结构。根据本实用新型的缓冲器，尤其是弹性胶体缓冲器，能够实现多级缓冲，具有工作范围广、适用于多种工况等优点。
文档编号F16F9/34GK202149175SQ20112023820
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者于龙, 宫树森, 王庆, 程云艳, 赵澎, 郑召封 申请人:北京金自天和缓冲技术有限公司