本發(fā)明涉及斷路器所用操動機構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液壓缸及其制造方法及使用該液壓缸的液壓彈簧操動機構(gòu)。

背景技術(shù)：

高壓斷路器是電力輸送的關(guān)鍵設(shè)備，而其中的操動機構(gòu)是關(guān)鍵部件，用來使斷路器實現(xiàn)分合閘。按照儲能方式的不同，主要分為液壓彈簧操動機構(gòu)、彈簧操動機構(gòu)、氣動操動機構(gòu)、電磁式操動機構(gòu)，液壓彈簧操動機構(gòu)以其輸出功率大，反應(yīng)快，可靠性高等特點，被普遍采用。液壓操動機構(gòu)，以液壓缸為中心布置，液壓缸不僅是連接中心，也是油路集成塊。液壓缸需要承受高油壓，額定油壓50MPa左右，緩沖油壓100MPa左右，甚至更高。液壓缸需具備較高的機械強度以保證機械連接和承載的可靠性。目前，液壓缸一般采用鋁材或鋼材鍛制或鑄造而成，具體的結(jié)構(gòu)可參見授權(quán)公告號為CN201655571U的中國專利公開的高壓斷路器的液壓彈簧操動機構(gòu)。

應(yīng)用在超/特高壓開關(guān)設(shè)備中的大功率液壓彈簧操動機構(gòu)，例如中國專利（公開號為CN1808650A）公開的大功率液壓操動機構(gòu)，其中的液壓缸體積更大，額定油壓更高，接近60MPa。這種液壓缸若也采用常規(guī)的制造方法制造，存在如下弊端：

（1）采用鋁材鍛制或鑄造，如果熱處理過程控制不當(dāng)，會導(dǎo)致液壓缸材料的金相組織發(fā)生異常，產(chǎn)生安全隱患，嚴(yán)重時會引起重大故障。

（2）采用鋼材鍛制或鑄造，由于液壓缸體積很大，重量會特別重，不利于加工、運輸和裝配。大功率液壓彈簧操動機構(gòu)是安裝在超/特高壓開關(guān)筒體的法蘭上的，重量過大，不利于與之對接的超/特高壓開關(guān)筒體的受力，嚴(yán)重時甚至?xí)斐砷_關(guān)漏氣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液壓缸制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中液壓缸不能兼顧機械強度高、重量輕的技術(shù)問題。同時本發(fā)明還提供一種液壓缸及使用該液壓缸的液壓彈簧操動機構(gòu)。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明中的液壓缸制造方法技術(shù)方案如下：

液壓缸制造方法，將液壓缸分為內(nèi)型腔和外型腔進行制造，具體包括以下步驟，1）、制造內(nèi)型腔毛坯，內(nèi)型腔毛坯為中空鋼材，內(nèi)型腔毛坯中空部分形成用于與活塞適配的活塞腔；2）、將所述內(nèi)型腔毛坯放置在鑄造模具中，并在該鑄造模具中放置預(yù)先制造好的油道型芯，以通過所述油道型芯在鑄造過程中鑄造出液壓缸的油道主體；3）、向鑄造模具中注入高溫液態(tài)鋁合金，對未凝固的液相鋁合金施壓，使得液相鋁合金充滿鑄造模具內(nèi)腔，外型腔毛坯制成，同時液壓缸毛坯也成型；4）、取出液壓缸毛坯，進行機加工，使得內(nèi)型腔和外型腔尺寸符合要求。

在步驟1）中，將所述內(nèi)型腔毛坯的外側(cè)面制成異形表面，以提高內(nèi)型腔毛坯與外型腔毛坯的結(jié)合力。

進一步地，所述內(nèi)型腔毛坯為中空的異形圓柱體，內(nèi)型腔毛坯的外周壁為螺紋結(jié)構(gòu)。

在進行步驟3）之前，在內(nèi)型腔毛坯的外輪廓表面涂上熱噴涂層。

在步驟3）之后，取出液壓缸毛坯，對液壓缸毛坯進行熱處理。

機加工包括如下工序，精加工液壓缸臺階內(nèi)孔、液壓缸外形及液壓缸上的連接螺紋孔。

進一步地，在進行步驟3）之前，在所述鑄造模具中放置預(yù)先制造好的油道型芯，以通過所述油道型芯在鑄造過程中鑄造出液壓缸的油道主體。

進一步地，機加工包括如下的工序，鉸制鑄造出來的油道主體，使其內(nèi)徑符合設(shè)計的油道尺寸。

使用上述液壓缸制造方法制造的液壓缸，技術(shù)方案如下：

液壓缸，包括外型腔、位于外型腔內(nèi)部的內(nèi)型腔，內(nèi)型腔由鋼材制成且其上設(shè)有與活塞適配的活塞腔，外型腔由鋁合金鑄造而成，外型腔上設(shè)有油道。

所述內(nèi)型腔的外側(cè)面為異形面以提高與外型腔內(nèi)壁的結(jié)合力。

所述內(nèi)型腔為中空圓柱體，內(nèi)型腔外側(cè)設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)，所述異形面由螺紋結(jié)構(gòu)的螺紋面形成。

沿活塞的運動方向，所述內(nèi)型腔的長度與外型腔長度相等，所述活塞腔形成供活塞上下運動的活塞腔整體。

所述內(nèi)型腔的沿活塞的運動方向的長度小于外型腔的長度，所述內(nèi)型腔內(nèi)的活塞腔形成活塞的緩沖腔，外型腔內(nèi)于內(nèi)型腔上側(cè)設(shè)有上下貫通的活塞孔，所述活塞孔與所述緩沖腔上下對應(yīng)并一起形成供活塞上下運動的活塞腔整體。

本發(fā)明中液壓彈簧操動機構(gòu)的技術(shù)方案如下：

液壓彈簧操動機構(gòu)，包括液壓缸，液壓缸包括外型腔、位于外型腔內(nèi)部的內(nèi)型腔，內(nèi)型腔由鋼材制成且其上設(shè)有與活塞適配的活塞腔，外型腔由鋁合金鑄造而成，外型腔上設(shè)有油道。

所述內(nèi)型腔的外側(cè)面為異形面以提高與外型腔內(nèi)壁的結(jié)合力。

所述內(nèi)型腔為中空圓柱體，內(nèi)型腔外側(cè)設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)，所述異形面由螺紋結(jié)構(gòu)的螺紋面形成。

沿活塞的運動方向，所述內(nèi)型腔的長度與外型腔長度相等，所述活塞腔形成供活塞上下運動的活塞腔整體。

所述內(nèi)型腔的沿活塞的運動方向的長度小于外型腔的長度，所述內(nèi)型腔內(nèi)的活塞腔形成活塞的緩沖腔，外型腔內(nèi)于內(nèi)型腔上側(cè)設(shè)有上下貫通的活塞孔，所述活塞孔與所述緩沖腔上下對應(yīng)并一起形成供活塞上下運動的活塞腔整體。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將整個液壓缸的缸體分為兩部分，內(nèi)型腔和外型腔，其中內(nèi)型腔采用鋼材預(yù)制成型，內(nèi)型腔是與活塞配合使用的，能夠承載更高的油壓，抵抗應(yīng)力變形，具有更高的機械可靠性。外型腔不需要承載較高的油壓，因而采用了鋁合金材質(zhì)，使得液壓缸的整體質(zhì)量比整體采用鋼材的液壓缸降低60%左右，可以大幅度降低產(chǎn)品重量，便于加工、運輸和裝配，進一步地改善了與液壓缸對接的超/特高壓開關(guān)筒體的受力，提高了機械連接的可靠性。外型腔采用擠壓鑄造工藝，可以獲得致密均勻的組織，消除氣孔和縮松等鑄造缺陷。外型腔同時存在高壓凝固和塑性變形，相當(dāng)于鍛造方法，使其具備良好的力學(xué)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明液壓缸制造方法實施例1的示意圖；

圖2是圖1中的內(nèi)型腔毛坯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是采用本發(fā)明液壓缸制造方法實施例1制成的液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明液壓缸制造方法實施例2的示意圖；

圖5是采用本發(fā)明液壓缸制造方法實施例2制成的液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明液壓缸制造方法實施例1中內(nèi)型腔毛坯的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明液壓缸制造方法實施例1中內(nèi)型腔毛坯的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1~3中各標(biāo)記對應(yīng)的名稱：1、內(nèi)型腔毛坯，11、螺紋結(jié)構(gòu)，12、中空部分，2、外型腔毛坯，21、第一油道型芯，22、第二油道型芯，23、第三油道型芯，24、第四油道型芯，3、鑄造模具，4、壓頭，5、內(nèi)型腔，52、內(nèi)孔，6、外型腔，61、油道，62、連通孔，63、連接螺紋孔。

圖4~5中各標(biāo)記對應(yīng)的名稱：1、內(nèi)型腔毛坯，11、螺紋結(jié)構(gòu)，12、活塞腔，2、外型腔毛坯，21、第一油道型芯，22、第二油道型芯，23、第三油道型芯，24、第四油道型芯，25、輔助型芯，3、鑄造模具，4、壓頭，7、內(nèi)型腔，71、內(nèi)孔，8、外型腔，81、活塞孔。

具體實施方式

本發(fā)明的液壓缸制造方法實施例1：如圖1~3所示，主要構(gòu)思是將液壓缸分為內(nèi)型腔和外型腔進行制造，液壓缸由內(nèi)、外型腔復(fù)合而成。具體包括以下步驟，1）、制造內(nèi)型腔毛坯1，內(nèi)型腔毛坯1為中空鋼材，內(nèi)型腔毛坯1由機加工的方式成型。內(nèi)型腔毛坯1為中空的異形圓柱，內(nèi)型腔毛坯1中空部分12形成用于與活塞適配的活塞腔。內(nèi)型腔毛坯的外周壁為螺紋結(jié)構(gòu)11，外輪廓的螺紋形成上述的異形面，異形面為螺紋面。圖2中螺紋結(jié)構(gòu)采用了更形象的畫法。內(nèi)型腔毛坯的外輪廓上涂有熱噴涂層。

2）、預(yù)制油道型芯：以石英玻璃為基體，與礦化劑、增塑劑等按一定比例混合均勻后燒結(jié)，預(yù)制高精度陶瓷材料的油道型芯。根據(jù)不同的油道形狀，分別制造相應(yīng)的油道型芯，記為第一油道型芯21，第二油道型芯22，第三油道型芯23，第四油道型芯24。以通過設(shè)置油道型芯在后序的鑄造過程中鑄造出液壓缸的油道主體。

3）、將上述的內(nèi)型腔毛坯放置在鑄造模具3中，并在該鑄造模具3中放置預(yù)先制造好的各油道型芯。在放入之前對內(nèi)型腔毛坯1和油道型芯進行預(yù)熱處理，鑄造模具也進行預(yù)熱處理。鑄造模具的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，可以采用對開式的。另外，內(nèi)型腔毛坯及油道型芯的放置方法，也屬于現(xiàn)有技術(shù)，在擠壓鑄造工藝中，已經(jīng)很成熟。向鑄造模具中注入高溫液態(tài)鋁合金，利用壓頭4對未凝固的液相鋁合金施壓，施壓方向如圖1中箭頭所示，使得液相鋁合金充滿鑄造模具內(nèi)腔。保壓至完全凝固，外型腔毛坯2制成，同時液壓缸毛坯也初成形。

4）、取出液壓缸毛坯，對液壓缸毛坯進行熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力。

5）、進行機加工，使得內(nèi)型腔5和外型腔6尺寸符合要求。機加工主要的工序為，精加工液壓缸臺階內(nèi)孔及液壓缸外形，以使對應(yīng)的尺寸符合設(shè)計要求。加工液壓缸上的連接螺紋孔63。鑄造出來的油道主體，還不是最終的油道，還需要進一步處理。鉸制鑄造出來的油道主體，使其內(nèi)徑符合設(shè)計的油道尺寸。加工需要連通的部分，例如內(nèi)型腔內(nèi)孔52與其中一個油道61的需要連通，加工連通孔62?；钊辉诩庸こ蓛?nèi)孔52后，形成最終的活塞腔整體。

上述制造方法中，內(nèi)型腔的最小直徑選為35~70mm，最小壁厚選為20~40mm。外型腔的最大外徑尺寸為450mm~600mm。

本發(fā)明的液壓缸制造方法實施例2：

如圖4~5所示 ，與實施例1的區(qū)別在于，內(nèi)型腔的長度。在實施例1中，內(nèi)型腔毛坯做的較長，定義沿活塞的運動方向為長度方向，使得最終的內(nèi)型腔的長度與外型腔長度相等，活塞腔形成供活塞上下運動的活塞腔整體。由于液壓缸受力情況最惡劣的部分出現(xiàn)在緩沖腔，因此，可以將內(nèi)型腔毛坯1的長度做的短些，內(nèi)型腔毛坯1也是為中空的異形圓柱，內(nèi)部設(shè)有活塞腔12，活塞腔12在加工后形成內(nèi)孔71。內(nèi)型腔7的內(nèi)孔71形成緩沖腔，而不是活塞腔整體。內(nèi)型腔的長度小于外型腔的長度，外型腔8內(nèi)于內(nèi)型腔上側(cè)設(shè)有上下貫通的活塞孔81，活塞孔81與緩沖腔上下對應(yīng)并一起形成供活塞上下運動的活塞腔整體。那么在具體制造的時候，需要再設(shè)置一個輔助型芯25，輔助型芯25放置在內(nèi)型腔毛坯1的上側(cè)，用于在鑄造的時候形成活塞孔81的活塞毛坯孔。

在上述各實施例中，將內(nèi)型腔毛坯的外側(cè)面制成螺紋表面，以提高內(nèi)型腔毛坯與外型腔毛坯的結(jié)合力，螺紋易加工成形。在高溫的作用下，內(nèi)型腔的異形圓柱外輪廓在澆注外型腔時發(fā)生熔融和元素擴散，形成一定厚度的結(jié)合層實現(xiàn)牢固的冶金結(jié)合，異形圓柱外輪廓加大了內(nèi)型腔表面熱噴涂層的表面積，提高了內(nèi)、外腔之間的熱傳導(dǎo)率，有助于提高兩者之間結(jié)合層的質(zhì)量。在其他實施例中，內(nèi)型腔毛坯的外側(cè)異形面也可設(shè)置成其他形式，例如，圖6所示的臺階面，圖7所示的鋸齒形，還可以是波浪形。那也說明了，內(nèi)型腔毛坯的外形不一定是圓柱形。

在上述各實施例中，制造的液壓缸是針對液壓彈簧操動機構(gòu)用的，因此，所設(shè)置油道的規(guī)格及布置方式是具體到某一產(chǎn)品的，但是，本發(fā)明的制造方法，并不局限于液壓彈簧操動機構(gòu)中使用的液壓缸，也可用于制造其他領(lǐng)域的液壓缸。油道的布置方式可以根據(jù)實際產(chǎn)品而設(shè)計。

在上述各實施例中，采用預(yù)制的油道型芯，鑄造出油道，由于油道型芯為陶瓷材料，具有耐高溫、與合金元素高溫不相容和熱線膨脹系數(shù)較小的特性，使得成型的油道尺寸精度高。采用在鑄造的過程中，成型油道主體，可以減少機加工量，提高效率。當(dāng)然，在其他實施例中，也可在擠壓鑄造過程中，不設(shè)置油道型芯，而是在液壓缸毛坯上加工出相應(yīng)的油道。

本發(fā)明液壓缸的實施例1，液壓缸的結(jié)構(gòu)對應(yīng)于上述的液壓缸的制造方法實施例1，也即按照方法實施例1制造出的液壓缸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)不再詳述，參見圖1~3。

本發(fā)明液壓缸的實施例2，液壓缸的結(jié)構(gòu)對應(yīng)于上述的液壓缸的制造方法實施例2，也即按照方法實施例2制造出的液壓缸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)不再詳述，參見圖4~5。

本發(fā)明液壓彈簧操動機構(gòu)的實施例1，液壓彈簧操動機構(gòu)包括液壓缸的實施例1中的液壓缸。本發(fā)明液壓彈簧操動機構(gòu)的實施例2，液壓彈簧操動機構(gòu)包括液壓缸的實施例2中的液壓缸。液壓彈簧操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)不再詳述。