CN101363459B - 气液增力装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有工作活塞和增压活塞的的气液增力装置，增压活塞给工作活塞施加高压推力，其中增力活塞在力行程时作用于进程腔，在返程时作用于返程腔；进程腔在力行程时可施加工作压力。根据本发明，采用了一种压力施加介质作用于返程腔，在返回行程中使返程腔中的压力在低压和中间压力之间切换，低压是指至少处于近似于大气压的范围中或等于大气压的压力，而中间压力则介于低压和工作压力之间。此外，本发明还提供气液增力装置的操作方法。

Description

气液增力装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种气液增力装置及操作气液增力装置的方法。

背景技术

气液增力装置早已广为人知，在现有的气液增力装置中具有增力活塞杆和工作活塞杆，增力活塞杆周期性地作用在工作活塞杆上，增力活塞杆挤压液压油。此外，往往还在增力活塞杆与工作活塞杆之间配置储油活塞杆，这种储油活塞杆在开始力行程之前，通过挤压液压油而推动工作活塞杆快速移动。

有一种气液增力装置，在增力活塞与储油活塞之间设计一个压力弹簧。这种压力弹簧具有双重作用：如果增力活塞上没有工作压力，则弹簧就使增力活塞复位并且给储油活塞持久地施加一个弹性作用力，因此储油活塞后面的储油腔中的液压油同时也承受着相应的压力作用，从而消除对储油活塞侧液压油的气压作用。由于增力活塞复位不需要压缩空气，因而减少了空气消耗。

还有一种气液增力装置，在增力活塞和储油活塞之间没有压力弹簧，而是让增力活塞在气动作用下复位并且对储油活塞施加气压，且增力活塞在返程过程中所承受的气压降低。与金属压力弹簧相类比，这种气压形成的方式称作“空气弹簧”，空气弹簧压力也作用在储油活塞上并且使储油腔处于预压力之下。与金属压力弹簧一样，空气弹簧压力持续作用在增力活塞和储油活塞上，与金属弹簧相比，空气弹簧的压力不受活塞运动状态的影响，总是保持恒定。

发明内容

本发明是基于形成一种相对更高效的气液增力装置及操作气液增力装置的方法的目的而提出的。

本发明的技术方案是首先提供一种具有工作活塞和增力活塞的气液增力装置，其中增力活塞给工作活塞施加高压推力。增压活塞具有用于力行程的进程腔和用于返回行程的返程腔，进程腔在力行程中处于一个工作压力下，返程腔通过增压介质来调节压力，使返程腔内的压力环境在低压和中间压力之间切换，所述低压是至少大致在大气压的范围内或等于大气压的压力，所述中间压力介于低压和工作压力之间。在力行程中，返程腔处于低压环境下，在返回行程中，返程腔处于中间压力环境下。

如果在力行程中，返程腔保持中间压力不变，则该中间压力会抵消气动进程压力，从而降低了增压活塞的活塞力。反之，在力行程过程中把增压活塞的返程腔切换为低压，则与不降低增力活塞返程腔的压力的控制方式相比，工作活塞在力行程过程中所施加的总冲压力显著增大，例如，如果切换为大气压力，如把大于大气压0.8bar的中间压力切换到大气压力，则冲压力可提高10～20％。

所述中间压力为高于大气压0.5～2bar的压力，特别是高于大气压0.8bar以上的压力，这种压力能保证增力活塞可靠地返程，当为了进程即力行程而完全切断中间压力时，由此产生0.8bar的压差，所发生的空气消耗仍在令人能接受的范围。

本发明的另外一个突出特点是，它还包括用于推动工作活塞快速移动的储油活塞，在储油活塞的上方形成控制腔，储油活塞的控制腔通过在开始力行程之前挤压液压油来控制工作活塞快速移动，控制腔内的压力在工作压力和中间压力之间变化，当工作活塞快速移动时，控制腔的压力为工作压力，当工作活塞在加压介质的作用下处于返程状态时，控制腔的压力为中间压力。在发动力行程之前利用加压介质对液压油加压，在正常操作情况下使压力持久恒定地保持在高于中间压力的高压下，所述控制腔在正常操作条件中总是处于工作压力的作用下。采取这种方法，不仅能保证快进行程迅速完成(因为储油活塞控制腔的压力比较高)，另外还能保证储油活塞给储油腔的液压油施加恒定的压力。因而减小了液压油的压力，或者说，减少了可能出现的漏油次数，从而延长了维护周期。其优点是，控制腔是工作压力，从而使快进行程速度达到最大，并且液压油能以比较高的压力施加推动力。

这一特点对于以下情况尤其具有优势，即加压装置采取了机械切换方式，操作者维修时可以利用这种切换方式把储油活塞上的工作气压手动切换到中间压力，以便排气。如果完成排气之后，第一次完成快进行程，则相应的切换阀首先自动返回原来的位置，因而储油活塞重新具有工作压力。这样就避免了操作者在正常力行程过程中进行误操作，因为复位是自动进行的。

如果把增力活塞和工作活塞安装在一个缸筒内，并且工作活塞如同很多的结构型式的工作活塞一样，在储油腔一侧的面积显著小于其作用着工作压力的返程侧面积，则当工作活塞压入储油腔并对储油活塞施加工作压力时，工作活塞的返程腔因受到同样的压力而使工作活塞返回，不同的面积确保储油活塞返程。

但是也有一种增力装置，它没有上述面积变化。在这种情况下，可通过压力介质在工作压力(快进行程)和中间压力(排气腔，储油活塞的控制腔)之间切换，保证储油活塞可靠地返程。

工作活塞具有一个快速进程腔和返程腔，本发明的另外一个特别优秀的设计构思是在快速进程腔处设置了一个压缩空气接头，用于从外面引入压缩空气，并且在工作活塞的返程腔处也设置了压缩空气接头，此外不需要其它外部接口，所有必需的连接管和接口都巧妙地集成在气液增力装置上。例如，为了在增力装置上实现复杂的气动控制连接，仅在气液增力装置上安装了一个阀块，例如可用法兰连接，比如可在该阀块上仅设置两个接口，从而把接口误差降至最低。

也可以考虑在气液增力装置上仅连接一个压缩空气接口。为了执行进程和返程，可优先配置一个电控阀。

本发明另外还提供一种上述气液增力装置的操作方法。

本发明与现有技术相比，具有下列优点：在力行程过程中把增压活塞的返程腔切换为低压，则与不降低增力活塞返程腔的压力的控制方式相比，工作活塞在力行程过程中所施加的总冲压力显著增大。采取把增压活塞的返程腔压力完全切断的方法，也就可以取消增压活塞返程腔即“气簧腔”的二次排气。与增力活塞的返程腔在返回行程中承受全工作压力的驱动装置设备相比，本发明的气液增力装置的空气消耗大大降低。

附图说明

附图1是根据本发明实施的气液增力装置的剖视结构图；

其中：1、增压装置；2、高压缸；3、工作活塞；4、活塞杆；5、辅助活塞；6、快速进程腔；7、返程腔；8、高压油腔；9、储油腔；10、储油活塞；10a、环形槽；10b、环形槽；11、缸筒；12、控制腔；13、高压缸盖；14、中间环；15、返程腔；16、后缸筒；17、增压活塞；18、增压活塞杆；19、进程腔；20、连接孔；21、径向密封件。

具体实施方式

下面结合附图、举例详细说明本发明的具体内容，并陈述其优点，仅用一个图来举例描述本专利发明的构造实施例。

图1所示为本发明产品--气液增力装置的实施例，后面也称为增压装置1。增压装置1有一个高压缸2，内含一个可往复运动的、径向密封的工作活塞3。在工作活塞3处(图1中的工作活塞处于原始位置)有一个通过高压缸2向外伸出的活塞杆4。此外，工作活塞3有一个辅助活塞5，它在高压缸2内同样也是径向密封的，可与工作活塞3一起移动。

用辅助活塞5把快速进程腔6和返程腔7相互隔开，在快速进程腔6相应压力的作用下，工作活塞3沿箭头P1的指向向下移动。

工作活塞3在径向是密封的，在工作活塞3的上方形成高压油腔8，这个高压油腔8通过一个狭窄的部位与上侧的储油腔9相液连通，有液压油的储油腔9受到上方一个可移动的储油活塞10的作用。储油活塞10在径向相对一个缸筒11密封，在轴向储油活塞10相对缸筒则可移动，缸筒11在储油活塞10的上方包围形成控制腔12，控制腔12可承受气压作用。为了优化控制腔12与储油腔9的气液分离效果，在储油活塞10的表面上配置了一个环形槽10a和与此相连的另外一个环形槽10b，两个环形槽通过一个横向孔连接，储油活塞10的中心部位有一个贯通的内孔，内侧的环形槽10b即布置在该内孔的壁上。

为了密封增力装置1的活塞的移动面，还配置了密封件，例如在储油活塞10的周围表面或是中心内孔的空壁上配置的密封圈，这里不详细阐述。

缸筒11在储油腔9处用高压缸2的高压缸盖13封闭，在控制腔12处用一个中间环14封闭。控制腔12和另外一个返程腔15之间固定着一个中间环14，所述返程腔15由后缸筒16包围形成，有一个增压活塞杆18可移动地穿过中间环14并与中间环14在径向上相密封。增压活塞杆18刚性固定在增压活塞17的中央处，且从增压活塞17的一侧向下延伸，增压活塞杆18的外径显著小于增压活塞17的外径，增压活塞杆18可克服液压压力进入高压油腔8。

在图1所示的初始状态，增压活塞杆18穿过中间环14和储油活塞10，其自由端伸入储油腔9内。增压活塞17以及增压活塞杆18在邻近增力活塞17设置的一个进程腔19内气压的作用下移动，因而可以对进程腔19用例如高压循环的方式加压，使得增压活塞杆18在移动行程中进入一个狭小的空间或进入一个连接孔20内，该连接孔20自储油腔9至高压油腔8延伸形成。

增压活塞杆18的前段进入连接孔20内后，借助于径向密封件21可隔断储油腔9和高压油腔8的连接，如果增压活塞杆18进一步沿着箭头P1指向的方向移动时，就会伸入高压油腔8内，由于增压活塞杆18直径比较小，因而在高压油腔8内形成较高的工作压力，该压力值等于增压活塞17的工作面积与增压活塞杆18的面积之比再乘以作用在增压活塞17上的气压值，这使得通过工作活塞3可在活塞杆4上产生高压作用。

增压活塞杆18返回时，要求进程腔19的气压变小，以使增压活塞17连同增压活塞杆18可一起返回到如图1所示的初始位置，在此过程中，工作活塞3返回时，液压油从高压油腔8被挤入储油腔9中，而辅助活塞5受到返程腔7内气压的作用下移动，使工作活塞3则在辅助活塞5的驱动下返回图1所示的初始位置。

从原则上讲，本发明的气液增力装置，其工作部分和增力部分在结构上是相互连接的，如图1所示，这两部分在功能上又是相互分开的，并通过高压油管相互连接。

增压活塞17的复位作用力是通过在增力活塞返程腔15或气腔中增加气压而产生的，为此，增力装置上还相应地配有虚拟的气簧及气簧控制装置。由于增力活塞17复位不需要如工作气压那么大的压力，本发明利用如减压阀(没有画出)的装置来减小返程腔15中的压力或所谓气簧的压力，因而使得该气液增力装置1的总空气消耗量可大大低于一般的现有装置的耗气量。

由于减压阀由一个进程气动接口和一个返程气动接口供气，如一种门控制系统供气方式，所以减压阀的进气不需要另外增加接口，这一点非常好。

根据控制系统的设计结构，从原则上讲，增力活塞返程腔15或气腔内的气压或气簧压力也能作用于储油活塞10上，从而降低储油腔9中的液压油承受的预压力，另外，也可以对储油活塞10施加工作压力，从而增大其承受的预压力。

在储油活塞10受较低气压或气簧压力时，本发明所提出的、此处未画出的气动控制系统可把储油腔9中的液压油压入高压油腔8。因此，本发明中的压力施加装置(此处未画出)或气动控制系统的设计，可以使储油活塞10在快进行程和返回行程过程中通过使相应的阀门实施切换而处于比较高的气压或最大工作压力作用之下，从而保持在更高的预压力下。

如果储油活塞10持久处于全部工作压力之下，则切换功能可取消。

本发明中的控制系统，也能在力行程过程中关闭空气弹簧在增力活塞返程腔15或气腔的气簧作用，从而可通过控制气簧，使气液增力装置1最高效地输出冲压力。

因此，与机械弹簧力以及与在力行程过程中弹簧力不切断的空气弹簧相比，可显著增大力行程。

Claims (11)

1.一种气液增力装置，它具有工作活塞(3)和用于给工作活塞(3)施加高压推力的增压活塞(17)，所述增压活塞(17)具有用于力行程的进程腔(19)和用于返回行程的第一返程腔(15)，在力行程中进程腔(19)处于一个工作压力下，其特征在于：所述第一返程腔(15)通过增压介质来调节压力，使第一返程腔(15)内的压力环境在低压和中间压力之间变换，在力行程中，第一返程腔(15)处于低压环境下，在返回行程中，第一返程腔(15)处于中间压力环境下，所述低压至少在接近于大气压的范围内或等于大气压，所述中间压力介于低压和工作压力之间。

2.根据权利要求1所述的气液增力装置，其特征在于：所述中间压力为高于大气压0.5～2bar的压力。

3.根据权利要求1所述的气液增力装置，其特征在于：它还包括用于推动工作活塞(3)快速移动的储油活塞(10)，所述储油活塞(10)的上方形成控制腔(12)，在发生力行程之前，储油活塞(10)的控制腔(12)通过加压介质对液压油加压，使控制腔(12)内保持在恒定的、高于中间压力的压力水平下。

4.根据权利要求3所述的气液增力装置，其特征在于：所述控制腔(12)在正常操作条件中总是处于工作压力的作用下。

5.根据权利要求3所述的气液增力装置，其特征在于：储油活塞(10)的控制腔(12)通过在开始力行程之前挤压液压油来控制工作活塞(3)快速移动，控制腔(12)内的压力在工作压力和中间压力之间变化，当工作活塞(3)快速移动时，控制腔(12)的压力为工作压力，当工作活塞(3)在加压介质的作用下处于返程状态时，控制腔(12)的压力为中间压力。

6.根据权利要求1所述的气液增力装置，其特征在于：所述工作活塞(3)具有一个快速进程腔(6)和第二返程腔(7)，快速进程腔(6)和第二返程腔(7)各有一个压缩空气接头，以分别与外界连通。

7.根据权利要求1-5之一所述的气液增力装置，其特征在于：该气液增力装置仅配置一个压缩空气接口。

8.一种气液增力装置的操作方法，该气液增力装置带有工作活塞(3)和用于给工作活塞(3)施加高压推力的增压活塞(17)，增压活塞(17)具有用于力行程的进程腔(19)和用于返回行程的返程腔(15)，在力行程中进程腔(19)处于一个工作压力下，其特征在于：在力行程和返回行程中，所述返程腔(15)内的压力环境在低压和中间压力之间切换，所述低压至少在接近大气压的范围内或等于大气压，所述中间压力介于低压和工作压力之间。

9.根据权利要求8所述的气液增力装置的操作方法，其特征在于：用于启动工作活塞(3)快速移动的储油活塞(10)具有控制腔(12)，控制腔(12)挤压液压油，使控制腔(12)在正常操作条件中总是处于一个高于中间压力的高压力作用下。

10.根据权利要求8或9所述的气液增力装置的操作方法，其特征在于：用于启动工作活塞(3)快速移动的储油活塞(10)的控制腔(12)在正常操作条件下挤压液压油，使控制腔(12)内的压力在工作压力和中间压力之间变化，当工作活塞(3)快速移动时，控制腔(12)的压力为工作压力，当工作活塞(3)在加压介质的作用下处于返程状态时，控制腔(12)的压力为中间压力。

11.根据权利要求8-10之一所述的气液增力装置的操作方法，其特征在于：当压力从作用于储油活塞(10)上的高压或工作压力变换到低压后，在工作活塞(3)的下一快速进程中，压力自动恢复为初始压力。 

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