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技术领域

本发明涉及疲劳试验技术领域，具体而言，涉及一种气缸和包括该气缸的泵车疲劳试验 装置。

背景技术

目前，泵车整车臂架疲劳试验，是泵车臂架水平展开或以特定姿态展开，使用疲劳试验 机以一定频率和幅值的拉力驱动泵车臂架做上下往复运动。通过开裂或断裂故障判断设计薄 弱环节，提出改进要求；通过臂架故障时的试验循环次数判断臂架疲劳寿命。

图11示出了现有技术的疲劳试验装置的主视结构示意图。如图11所示，疲劳试验装置包 括变频电动机、回转圆盘40’和牵引绳20’。其中，牵引绳20’的一端与泵车臂架10’连接，牵 引绳20’的另一端与回转圆盘40’通过铰轴30’连接。

现有技术的泵车疲劳试验装置主要有以下几个缺点：

1、以一定频率和幅值的拉力驱动泵车臂架做上下往复运动的疲劳试验机，需用变频电机 驱动以便于无极调速，需配备大功率变频器，需要专门配套的安装地基，整套设备价格昂贵；

2、由于泵车臂架的固有频率较低，用柔性的牵引绳来带动泵车臂架上下运动，能达到的 试验频率有限，严重制约了试验效率；

3、由于采用电机机械驱动，存在疲劳试验机卡死或泵车臂架拉折的风险，露天试验也存 在漏电触电的危险。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气缸和包括该气缸的泵车疲劳试验装置，以解决现有技 术中的气缸难以自动往复运动的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种气缸，包括气缸本体、设置在 气缸本体内的活塞和与活塞连接的活塞杆，活塞将气缸本体的内腔分隔成无杆腔和有杆腔， 气缸具有与气缸本体的内腔连通的进气口，气缸还包括：换向器总成，换向器总成位于气缸 本体的内部并与活塞配合设置，换向器总成与活塞之间形成连通有杆腔和无杆腔的换向气体 通道，换向器总成和活塞至少具有断开换向气体通道的第一配合状态和打开换向气体通道的 第二配合状态；第一触发结构，设置在无杆腔内，在活塞沿活塞杆缩回方向运动到第一预定 位置时，第一触发结构抵接换向器总成使换向器总成由第一配合状态转向为第二配合状态； 第二触发结构，设置在有杆腔内，在活塞沿活塞杆伸出方向运动到第二预定位置时，第二触 发结构抵接换向器总成，使换向器总成由第二配合状态转向为第一配合状态；回气通路，在 第一配合状态，无杆腔通过回气通路与气缸的外部连通；在第二配合状态，无杆腔与回气通 路断开。

进一步地，活塞包括活塞本体和设置在活塞本体上的第一轴向通孔，换向器总成包括： 第一盖板；第二盖板，第二盖板与第一盖板连接，其中，在第一配合状态，第二盖板与活塞 本体的下表面抵接以封闭第一轴向通孔且第一盖板与活塞本体的上表面脱离使无杆腔与回气 通路连通；在第二配合状态，第一盖板与活塞本体的上表面抵接且第二盖板与活塞本体的下 表面脱离以打开第一轴向通孔使无杆腔与有杆腔连通。

进一步地，活塞还包括：第一凹槽，第一凹槽设置在活塞本体的远离活塞杆的一端；第 二凹槽，第二凹槽设置在活塞本体的靠近活塞杆的一端，第二凹槽通过第一轴向通孔与第一 凹槽连通，在第一配合状态，第二盖板与第二凹槽抵接以封闭第一轴向通孔使有杆腔和无杆 腔断开；在第二配合状态，第一盖板与第一凹槽配合设置以打开第一轴向通孔。

进一步地，气缸还包括第一连接部，第一连接部设置于第一轴向通孔的内部且第一连接 部的外周与第一轴向通孔的内壁之间具有间隔，第一盖板和第二盖板通过第一连接部连接。

进一步地，第一触发结构包括第一止挡部，第一止挡部设置在无杆腔的远离有杆腔的一 侧以限制活塞沿活塞杆缩回的方向运动的极限位置；第二触发结构包括第二止挡部，第二止 挡部设置在有杆腔的远离无杆腔的一侧以限制活塞沿活塞杆伸出的方向运动的极限位置。

进一步地，气缸本体具有安装凹槽，第一止挡部为第一弹性元件，第一弹性元件设置在 安装凹槽内，第二止挡部为第二弹性元件，第二弹性元件套设在活塞杆的外周且与气缸本体 连接。

进一步地，换向器总成还包括定芯柱，定芯柱的一端与第一盖板连接，定芯柱的另一端 与活塞本体连接，定芯柱具有通气槽，通气槽设置在定芯柱的外周并沿定芯柱的长度方向延 伸。

进一步地，活塞杆具有第三轴向通孔，第三轴向通孔与通气槽连通。

进一步地，气缸还包括第二连接部，第二连接部设置在活塞杆的远离活塞的一端。

进一步地，第二连接部具有与第三轴向通孔连通的通道，其中，通气槽、第三轴向通孔 和通道形成回气通路。

进一步地，第二连接部包括第四轴向通孔和与第四轴向通孔连通的径向通孔，第四轴向 通孔和径向通孔形成通道。

根据本发明的另一方面，提供了一种泵车疲劳试验装置，包括泵车臂架和与泵车臂架连 接的气缸，气缸为前述的气缸。

进一步地，泵车疲劳试验装置还包括配重块，配重块与气缸的活塞杆连接，气缸的远离 活塞杆的一端与泵车臂架连接，活塞杆带动配重块在竖直方向上进行往复运动。

进一步地，泵车疲劳试验装置还包括供气管路，供气管路与气缸的进气口连通以提供气 体动力。

进一步地，泵车疲劳试验装置还包括调节阀，调节阀设置在供气管路上以控制供气量。

应用本发明的技术方案，气缸包括气缸本体、设置在气缸本体内的活塞和与活塞连接的 活塞杆，活塞将气缸本体的内腔分隔成无杆腔和有杆腔，气缸具有与气缸本体的内腔连通的 进气口，气缸还包括换向器总成、第一触发结构、第二触发结构和回气通路，换向器总成位 于气缸本体的内部并与活塞配合设置，换向器总成与活塞之间形成连通有杆腔和无杆腔的换 向气体通道，换向器总成和活塞至少具有断开换向气体通道的第一配合状态和打开换向气体 通道的第二配合状态；第一触发结构设置在无杆腔内，在活塞沿活塞杆缩回方向运动到第一 预定位置时，第一触发结构抵接换向器总成使换向器总成由第一配合状态转向为第二配合状 态；第二触发结构设置在有杆腔内，在活塞沿活塞杆伸出方向运动到第二预定位置时，第二 触发结构抵接换向器总成，使换向器总成由第二配合状态转向为第一配合状态，在第一配合 状态，无杆腔通过回气通路与气缸的外部连通；在第二配合状态，无杆腔与回气通路断开。 上述设置中，通过给进气口提供气体动力，利用换向器总成可以自动实现气缸的活塞杆的往 复运动，从而该气缸的操作简单、便于控制。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的气缸的实施例的活塞处于第一状态的剖视结构示意图；

图2示出了根据本发明的气缸的实施例的活塞处于第二状态的剖视结构示意图；

图3示出了根据本发明的气缸的实施例的活塞处于第三状态的剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明的气缸的实施例的活塞处于第四状态的剖视结构示意图；

图5示出了根据本发明的气缸的实施例的换向器总成与第一连接部配合的剖视结构示意 图；

图6示出了根据本发明的气缸的实施例的定芯柱的主视结构示意图；

图7示出了图6的A向结构示意图；

图8示出了根据本发明的气缸的实施例的第二连接部的剖视结构示意图；

图9示出了图8的B-B向剖视结构示意图；

图10示出了根据本发明的泵车疲劳试验装置的部分剖视结构示意图；以及

图11示出了现有技术的泵车疲劳试验装置的主视结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、气缸本体；11、无杆腔；12、有杆腔；13、进气口；2、活塞；21、活塞本体；22、第 一轴向通孔；23、第一凹槽；24、第二凹槽；3、活塞杆；31、第三轴向通孔；4、换向器总 成；41、第一盖板；42、第二盖板；421、第二轴向通孔；43、定芯柱；431、通气槽；5、第 一连接部；6、第二连接部；61、第四轴向通孔；62、径向通孔；7、第一弹性元件；8、第二 弹性元件；10、泵车臂架；20、配重块；30、供气管路；40、调节阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种气缸。气缸包括气缸本体1、设置在气缸本 体1内的活塞2和与活塞2连接的活塞杆3。其中，活塞2将气缸本体1的内腔分隔成无杆腔 11和有杆腔12，气缸具有与气缸本体1的内腔连通的进气口13。

气缸还包括换向器总成4、第一触发结构、第二触发结构和回气通路。其中，换向器总成 4位于气缸本体1的内部并与活塞2配合设置，换向器总成4与活塞2之间形成连通有杆腔 12和无杆腔11的换向气体通道，换向器总成4和活塞2至少具有断开换向气体通道的第一配 合状态和打开换向气体通道的第二配合状态；第一触发结构设置在无杆腔11内，在活塞2沿 活塞杆3缩回方向运动到第一预定位置时，第一触发结构抵接换向器总成4使换向器总成4 由第一配合状态转向为第二配合状态；第二触发结构设置在有杆腔12内，在活塞2沿活塞杆 3伸出方向运动到第二预定位置时，第二触发结构抵接换向器总成4，使换向器总成4由第二 配合状态转向为第一配合状态；在第一配合状态，无杆腔11通过回气通路与气缸的外部连通； 在第二配合状态，无杆腔11与回气通路断开。

上述设置中，利用换向器总成4、第一触发结构和第二触发结构可以自动实现活塞2相对 气缸本体1的自动往复运动，且该气缸操作简单、便于控制。

如图1至图5所示，本发明实施例中，活塞2包括活塞本体21和设置在活塞本体21上 的第一轴向通孔22。换向器总成4包括第一盖板41和第二盖板42。第二盖板42与第一盖板 41连接，其中，在第一配合状态，第二盖板42与活塞本体21的下表面抵接以封闭第一轴向 通孔22且第一盖板41与活塞本体21的上表面脱离使无杆腔11与回气通路连通；在第二配合 状态，第一盖板41与活塞本体21的上表面抵接且第二盖板42与活塞本体21的下表面脱离 以打开第一轴向通孔22使无杆腔11与有杆腔12连通。

上述设置中，利用第一盖板41和第二盖板42可以对第一轴向通孔22进行封闭或者打开， 以实现无杆腔11与有杆腔12的隔断或者连通，在第一配合状态，第二盖板42与活塞本体21 的下表面抵接以封闭第一轴向通孔22使无杆腔11与有杆腔12断开且第一盖板41与活塞本体 21的上表面脱离使无杆腔11与回气通路连通，在第二配合状态，第一盖板41与活塞本体21 的上表面抵接以使无杆腔11与回气通路断开且第二盖板42与活塞本体21的下表面脱离以打 开第一轴向通孔22使无杆腔11与有杆腔12连通。

本发明实施例中，具体地，第一轴向通孔22为上述的换向气体通道。

如图1所示，本发明实施例中，活塞2还包括第一凹槽23和第二凹槽24。第一凹槽23 设置在活塞本体21的远离活塞杆3的一端；第二凹槽24设置在活塞本体21的靠近活塞杆3 的一端，第二凹槽24通过第一轴向通孔22与第一凹槽23连通，在第一配合状态，第二盖板 42与第二凹槽24抵接以封闭第一轴向通孔22使有杆腔12和无杆腔11断开；在第二配合状 态，第一盖板41与第一凹槽23配合设置以打开第一轴向通孔22。

上述设置中，可以实现换向器总成4的换向以驱动活塞杆3的上下往复运动。

如图1至图4所示，本发明实施例中，气缸还包括第一连接部5。第一连接部5设置于第 一轴向通孔22的内部且第一连接部5的外周与第一轴向通孔22的内壁之间具有间隔，第一 盖板41和第二盖板42通过第一连接部5连接。

上述设置中，利用第一连接部5可以对第一盖板41和第二盖板42进行连接，且保证第 一盖板41和第二盖板42的轴向距离保持不变；进一步地，第一连接部5的外壁与第一轴向 通孔22的内壁之间具有间隔，以便后续有杆腔12的气体通过上述间隔进入无杆腔11。

如图5所示，本发明实施例中，具体地，第一盖板41具有第一穿孔，第二盖板42具有 与第一穿孔对应设置第二穿孔，第一连接部5具有第五轴向通孔。本发明的换向器总成4还 包括锁紧件，锁紧件穿过第一穿孔、第五轴向通孔和第二穿孔从而将第一盖板41和第二盖板 42进行连接。

优选地，锁紧件为螺钉，第一穿孔、第五轴向通孔和第二穿孔均为螺纹孔。

本发明实施例中，气缸包括多个第一轴向通孔22和与多个第一轴向通孔22一一对应设 置的多个第一连接部5，多个第一轴向通孔22沿活塞本体21的周向间隔设置。

上述设置中，利用第一轴向通孔22可以实现无杆腔11与有杆腔12的连通或者断开。具 体地，本发明包括4个第一轴向通孔22和与上述4个第一轴向通孔22一一对应设置的4个 第一连接部5。

本发明实施例中，第一触发结构包括第一止挡部，第一止挡部设置在无杆腔11的远离有 杆腔12的一侧以限制活塞2沿活塞杆3缩回的方向运动的极限位置；第二触发结构包括第二 止挡部，第二止挡部设置在有杆腔12的远离无杆腔11的一侧以限制活塞2沿活塞杆3伸出的 方向运动的极限位置。

上述设置中，利用第一止挡部可以限制活塞2沿活塞杆3缩回的方向运动的极限位置以 便更好地控制活塞2的换向运动，同时防止因活塞2与气缸本体1直接接触而引起的磨损； 利用第二止挡部可以限制活塞2沿活塞杆3伸出的方向运动的极限位置。

如图1至图4所示，本发明实施例中，具体地，气缸本体1具有安装凹槽，第一止挡部 为第一弹性元件7，第一弹性元件7设置在安装凹槽内，第二止挡部为第二弹性元件8，第二 弹性元件8套设在活塞杆3的外周且与气缸本体1连接。

上述设置中，利用安装凹槽可以对第一弹性元件7进行定位和安装，第二弹性元件8套 设在活塞杆3的外周并与气缸本体1的远离无杆腔11的一端连接。

本发明实施例中，气缸还包括回气通路，在第一配合状态，无杆腔11通过回气通路与气 缸的外部连通；在第二配合状态，无杆腔11与回气通路断开。

上述设置中，利用回气通路可以将无杆腔11的空气排出；进一步地便于控制活塞2的运 动速度。

如图5至图7所示，本发明实施例中，换向器总成4还包括定芯柱43，定芯柱43的一端 与第一盖板41连接，定芯柱43的另一端与活塞本体21连接，定芯柱43具有通气槽431，通 气槽431设置在定芯柱43的外周并沿定芯柱43的长度方向延伸。

上述设置中，利用定芯柱43可以使第一盖板41和第二盖板42分别与活塞2垂直，这样 一方面在第一配合状态，第二盖板42与活塞2能够密封配合；另一方面在第二配合状态，第 一盖板41能够与活塞2密封配合，从而更顺利地实现活塞2的换向。

具体地，第二盖板42具有第二轴向通孔421。活塞2的靠近活塞杆3的一端穿过第二轴 向通孔421并与活塞杆3连接。

如图6所示，本发明实施例中，定芯柱43包括多个通气槽431，多个通气槽431沿定芯 柱43的外周间隔设置。

上述设置中，利用多个通气槽431可以将无杆腔11与气缸的外部连通以实现回气。

如图1所示，本发明实施例中，活塞杆3具有第三轴向通孔31，第三轴向通孔与通气槽 431连通。

如图1至图4所示，本发明实施例中，气缸还包括第二连接部6，第二连接部6设置在活 塞杆3的远离活塞2的一端。

上述设置中，利用第二连接部6可以对活塞杆3进行封闭。

其中，第二连接部6具有与第三轴向通孔31连通的通道，其中，通气槽431、第三轴向 通孔31和通道形成回气通路。

如图8和图9所示，本发明实施例中，具体地，第二连接部6包括第四轴向通孔61和与 第四轴向通孔61连通的径向通孔62，第四轴向通孔61和径向通孔62形成通道。

上述设置中，利用第四轴向通孔61连通的径向通孔62可以将无杆腔11内的空气排出至 气缸外部。

当然，在本发明未给出的实施例中，还可以将通道设置为倾斜孔，该倾斜孔的一端与第 三轴向通孔31连通，该倾斜孔的另一端与气缸外部连通。

如图8和图9所示，本发明实施例中，第二连接部6包括多个径向通孔62，多个径向通 孔62沿第二连接部6的周向间隔设置。

利用多个径向通孔62可以将无杆腔11内的气体排出至气缸外部。

本发明实施例中，具体地，第二连接部6包括六个径向通孔62。为了便于加工和制造， 六个径向通孔62沿第二连接部的周向均匀间隔设置。

图1至图4分别示出了本发明的气缸的实施例的活塞处于第一状态、第二状态、第三状 态和第四状态的剖视结构示意图。

如图1所示，换向器总成4与活塞2处于第一配合状态(即换向气体通道断开)，此时有 杆腔12和无杆腔11隔离，压缩空气通过进气口13进入有杆腔12，在气体压力的推动下，第 二盖板42始终与活塞2的第二凹槽24紧密配合以断开换向气体通道，此时活塞2、活塞杆3 和换向器总成4沿着图1箭头所示的方向向上运动，与此同时，无杆腔11内的气体通过回气 通路回气，此处的回气通路指的是通气槽431、第三轴向通孔31、第四轴向通孔61和径向通 孔62。

如图2所示，当活塞2沿活塞杆3缩回方向运动到第一预定位置时，作为第一弹性元件7 的锥形弹簧与第一盖板41抵接，在弹簧的弹力作用下，换向器总成4由第一配合状态转向为 第二配合状态，即有杆腔12和无杆腔11连通，无杆腔11与回气通路隔断，此时整个气缸相 当于一个柱塞缸，压缩空气将推动活塞2和活塞杆沿图2的箭头所示的方向向下运动；具体 地，第一盖板41与第一凹槽23的底面抵接，第二盖板42与第二凹槽24之间具有轴向间隙， 此时，第一盖板41的外周与第一凹槽23的内壁之间的间隙、第一连接部5的外周与第一轴 向通孔22的内壁之间的间隙以及第二盖板42的上表面与第二凹槽24之间的间隙形成上述的 换向气体通道，气体通过该换向气体通道从有杆腔12进入无杆腔。

如图3所示，换向器总成4保持第二配合状态不变(即无杆腔11和有杆腔12处于连通状 态)，气缸的活塞2和活塞杆3保持向下运动的状态不变，直到活塞2运动到第二预定位置。

如图4所示，换向器总成4与活塞2处于断开换向气体通道的第一配合状态。当活塞2 向下运动到第二预定位置时，作为第二弹性元件8的柱形弹簧与第二盖板42抵接，在弹簧的 弹力作用下，换向器总成4由第二配合状态转向为第一配合状态使无杆腔11与有杆腔12隔断， 无杆腔11与活塞杆3的第三轴向通孔31连通，并通过径向通孔62回气，此时整个气缸恢复 到图1所示的第一状态，气缸的活塞2和活塞杆3将按照图4箭头所示的方向向上运动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种泵车疲劳试验装置，包括泵车臂架10和与泵车臂 架10连接的气缸，气缸为前述的气缸。

如图10所示，本发明实施例中，泵车疲劳试验装置还包括配重块20，配重块20与气缸 的活塞杆连接，气缸的远离活塞杆的一端与泵车臂架10连接，活塞杆3带动配重块20在竖 直方向上进行往复运动。

本发明的泵车疲劳试验装置解决现有技术的泵车疲劳试验装置结构复杂昂贵，效率低下 可靠性差的问题。且该泵车疲劳试验装置结构简单、工作可靠、安全性好、价格便宜、操作 方便。

如图10所示，本发明实施例中，泵车疲劳试验装置还包括供气管路30，供气管路30与 气缸的进气口连通以提供气体动力。

上述设置中，利用供气管路30可以为气缸提供动力以实现气缸活塞2相对气缸本体1沿 图10箭头C所示的方向上下往复运动。

如图10所示，本发明实施例中，泵车疲劳试验装置还包括调节阀40，调节阀40设置在 供气管路30上以控制供气量。

上述设置中，利用调节阀40可以调节供气管路30提供的供气量的大小，来改变自动往 复运动的活塞2的往复运动频率，从而来改变泵车臂架10疲劳试验时的振频。

如图10所示，下面对本发明的泵车疲劳试验装置的工作原理进行具体描述：

泵车疲劳试验装置的主体是一个能够自动轴向往复运动的气缸，气缸的顶部通过铰轴固 定在待试验的泵车臂架10上，气缸的活塞杆3与配重块20连接。当通过调节阀40给气缸供 压缩空气时，气缸开始上下往复匀速运动，从而带动与之相连接的配重块20上下匀速往复运 动，由于配重块20的运动惯性力的作用，就对泵车臂架10产生一个上下往复摆动的激振力， 从而实现泵车臂架10的疲劳试验的循环往复摆动。

通过调节配重块20的质量的大小、可以调节惯性力的大小，实现调节泵车臂架10的振 幅的目的。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：泵车疲劳试验 装置还包括配重块，配重块与气缸的活塞杆连接，气缸的远离活塞杆的一端与泵车臂架连接， 活塞杆带动配重块在竖直方向上进行往复运动，本发明的泵车疲劳试验装置解决现有技术的 泵车疲劳试验装置结构复杂昂贵，效率低下可靠性差的问题。且该泵车疲劳试验装置结构简 单、工作可靠、安全性好、价格便宜、操作方便。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。