CN102062126B - 一种气动动力装置 - Google Patents

Abstract

一种气动动力装置，属于动力转换技术领域。它包括依次前后连接的执行装置、桥式整流阀、气液转换复用器、二位四通换向阀和气源，所述的桥式整流阀包括构成整流回路的第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀及第四单向阀，气液转换复用器包括第一气液转换器和第二气液转换器，第一气液转换器一端与二位四通换向阀连接，另一端分别与第一单向阀及第二单向阀连接，第二气液转换器一端与二位四通换向阀连接，另一端分别与第三单向阀及第四单向阀连接。本发明通过使用独特设计的结构，不但结构简单、体积轻巧、操作简便、而且工作可靠性高、成本低廉，可广泛应用于如自行车、三轮车、汽车等交通工具，以及机床、工程机械等动力的提供。

Description

一种气动动力装置

技术领域

本发明属于动力转换技术领域，具体涉及一种结构简单、成本低且效率高的气能转化为机械能的气动动力装置。 

背景技术

目前采用的传统功率动力装置，例如：内燃机（又叫热机），是将化学能转化为机械能的动力装置，靠消耗汽油、柴油等不可再生能源实现做功。在工作过程中，会排放有毒废气，发出工作噪声，严重影响空气质量，污染环境。而在石油资源日益紧张的当下，使用成本已越来越高。且系统结构复杂，体积笨重，与国家所倡导的绿色能源相悖。 

目前使用的气动动力装置，例如：气马达（又叫冷机），是气能—机械能直接转换，有叶片式、活塞式、摆动式等类型，利用压缩空气膨胀推动叶片转子、活塞连杆、各式螺杆等机械结构，实现压缩气体能量转化为机械能。现有的气马达结构精密，因此对于工作介质压缩气体的要求较为严格，需要做滤清杂质净化、除水干燥等预处理。且动态工作中，结构内部无法防止工作气体在工作气室间的内泄。由于气体本身不具润滑作用，国内制造技术无法有效降低气马达机械部件在转动时的磨损，工作寿命有限。因此现有气马达的应用还很局限，尤其在国内气动车辆的开发上更是近乎空白。 

目前使用的液压动力装置，例如：液压站，有开式回路和闭式回路，两种控制回路。两类传动回路中，液压油箱都必不可少，由于液压油箱中储存的油是实际工作油量的数倍，由此导致液压系统整体上，体积和重量无法缩减，动辄上百公斤甚至吨级，且不少须依靠电能工作，局限在大型工程机械中应用较多。同时因为液压传动装置中，由于负载变化，液压执行元件（如液压马达、液压缸）对所需液压油的流量和压力都会随负载变化，而电动油泵是持续泵油的，因此为确保液压执行部件不被损坏，超过需求的供油必须分流回油箱而不再进入液压执行部件。这样不但造成能源的浪费，而且必须配备溢流、过压等阀门，而这些阀门精密度高、专利多，随着工作压力的升高和流量的加大，市价昂贵，液压系统阀块上一套阀组价值数千甚至数万不等，使得目前液压动力装置（如液压站）难于低成本民用。 

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低且效率高的气能转化为机械能的气动动力装置。 

所述的一种气动动力装置，包括依次前后连接的执行装置、桥式整流阀、气液转换复用器、二位四通换向阀和气源，其特征在于所述的桥式整流阀包括构成整流回路的第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀及第四单向阀，所述的气液转换复用器包括第一气液转换器和第二气液转换器，所述的第一气液转换器一端与二位四通换向阀连接，另一端分别与第一单向阀及第二单向阀连接，所述的第二气液转换器一端与二位四通换向阀连接，另一端分别与第三单向阀及第四单向阀连接，所述的执行装置上设有进液口和出液口。 

所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的第一气液转换器和第二气液转换器包括上下开口的高压容器及固定设置在高压容器内的气囊，所述的高压容器上开口为通气口，与气囊相连，所述的高压容器下开口为通液口，与桥式整流阀相通；所述的气囊内形成一储存压缩气体的空间，所述的气囊与高压容器壁之间形成一储存液体的空间。 

所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的第一气液转换器和第二气液转换器包括上下开口的高压容器及活动设置在高压容器内的活塞，所述的高压容器上开口为通气口，与二位四通换向阀连接，所述的高压容器下开口为通液口，与桥式整流阀相通；所述的高压容器被活塞分成上下两部分，上部分形成一储存压缩气体的空间，下部分形成一储存液体的空间。 

所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的第一单向阀与第二单向阀首尾相接，连接处抽头作为输入，与第一气液转换器连接；第三单向阀与第四单向阀首尾相接，连接处抽头作为输入，与第二气液转换器连接；第一单向阀与第三单向阀首首相连，连接处抽头作为输出并与执行装置上的出液口连接；第二单向阀与第四单向阀尾尾相连，连接处抽头作为输出并与执行装置上的进液口连接；整体构成两进两出的对称式整流回路。 

所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的执行装置为控制旋转机械运动的执行马达或控制平移机械运动的油缸。 

所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的执行装置与桥式整流阀之间可配合设置二位四通换向阀。 

所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的执行装置与桥式整流阀之间还可配合设置一节流调速阀。 

与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 

1）本发明对工作介质压缩气体的品质要求低，无需做特别的预处理，从高压气瓶中减压后可直接使用，节省了气体净化、干燥的器件，从而简化的装置的结构；

2）本发明在压缩气体能量转化为液压能量的过程中，只是通过简单的气液转换器结构实现气-液能量转换，整个过程中压缩空气不存在泄漏等现象；

3）本发明在液压能转化为机械能的过程中，采用全封闭式液压回路，液压油循环使用几乎不接触空气和环境杂质，不受污染，同时因为液压油本身的润滑作用，机械运动部件磨损大为减少；

4）本发明通过一系列单向阀的桥式排列，配合气液转换器成对组合使用，使得每个气液转换器既可以泵油，又可以储油，时分复用节省了液压油箱，实现了液压油单极高压恒定输出，可连接任何液压执行部件，大大缩减了动力装置的系统体积和重量；

5）本气动动力装置，通过气能—液能—机械能的转化方式，相比现有气能—机械能直接转换的气动动力装置，可大幅提高压缩空气能量利用率和马达等机械执行机构的使用寿命；

6）本气动动力装置，相比现有内燃机可获得数倍的功率重量比，且碳排放量低，近乎为零；

7）本发明通过使用独特设计的结构，不但结构简单、体积轻巧、操作简便、而且工作可靠性高、成本低廉，可广泛应用于如自行车、三轮车、汽车等交通工具，以及机床、工程机械等动力的提供。

附图说明

图1为本发明气动动力装置的一种实施例结构示意图； 

图2为本发明气动动力装置的另一种实施例结构示意图；

图3为本发明气动动力装置的再一种实施例结构示意图；

图4为本发明气动动力装置的另一种实施例结构示意图。

图中：1-执行装置，101-进液口，102-出液口，2-桥式整流阀，201-第一单向阀，202-第二单向阀，203-第三单向阀，204-第四单向阀，3-气液转换复用器，301-第一气液转换器，302-第二气液转换器，303-高压容器，304-气囊，305-活塞，4-二位四通换向阀，5-气源，6-调速阀。 

具体实施方式

以下结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此： 

如图1-4所示，一种气动动力装置，包括依次前后连接的执行装置1、桥式整流阀2、气液转换复用器3、二位四通换向阀4和气源5，所述的桥式整流阀2包括构成整流回流的第一单向阀201、第二单向阀202、第三单向阀203及第四单向阀204，所述的气液转换复用器3包括第一气液转换器301和第二气液转换器302，所述的第一气液转换器301一端与二位四通换向阀4连接，另一端分别与第一单向阀201及第二单向阀202连接，所述的第二气液转换器302一端与二位四通换向阀4连接，另一端分别与第三单向阀203及第四单向阀204连接，所述的执行装置1上设有进液口101和出液口102。

所述的第一气液转换器301和第二气液转换器302包括上下开口的高压容器303及固定设置在高压容器303内的气囊304，所述的高压容器303上开口为通气口，与气囊304相连，再与二位四通换向阀4连接，所述的高压容器303下开口为通液口，与桥式整流阀2相通，所述的气囊304与高压容器壁303之间形成一储存液体的空间，其结构，303为高压容器壁，其内安装固定一气囊304，所述的气囊304用于将气体和液体完全隔离开，也可以用设置在高压容器内的活塞代替气囊，分离气液用。所述的气囊304与高压容器上口相通，内部用于储存气口流入的压缩气体，气囊304与高压容器壁303间储存液体，液体与高压容器下口相通，气囊内形成一储存压缩气体的空间，所述的气囊与高压容器壁之间形成一储存液体的空间。 

所述的第一气液转换器301和第二气液转换器302也可为另一种结构，包括上下开口的高压容器303及活动设置在高压容器303内的活塞305，所述的高压容器303上开口为通气口，与二位四通换向阀4连接，所述的高压容器303下开口为通液口，与桥式整流阀2相通；所述的高压容器303被活塞305分成上下两部分，上部分形成一储存压缩气体的空间，下部分形成一储存液体的空间。 

如图1或图2所示，所述的执行装置1为控制旋转机械运动的执行马达；如图3所示，所述的执行装置1为控制平移机械运动的油缸。 

所述的执行装置1与桥式整流阀2之间可根据需要配合设置二位四通换向阀4a和节流调速阀6，用于控制双向执行装置的运动方向和运动速度。所述的第一单向阀201与第三单向阀203首首相连，连接处抽头与执行装置1上的出液口102之间可配合设置一用于调节执行装置1转速的调速阀6。 

本发明气动动力装置，由执行马达1、桥式整流阀2（包括4个单向阀201、202、203、204）、气液转换复用器3（包括气液转换器301和气液转换器302）、二位四通换向阀4、气源5，五部分组成。 

本发明的气动动力装置的工作过程为：系统初始设置时，气液转换器302中满液，气液转换器301的气囊中满气，桥式整流阀2和执行装置1中满液。 

图1的工作流程如下：气源5的压缩气体，经过二位四通换向阀4，进入第二气液转换器302的上口，其中的气囊304膨胀，气囊304与气液转换器高压容器壁303间的液体因受压从下口排出，进入桥式整流阀2后，带动执行马达1转动，即，压出的液体先经过第四单向阀204，流入执行马达1进液口101，再从执行马达1的出液口102，经过第一单向阀201，回流至第一气液转换器301中储存。当第一气液转换器301储油后，第二气液转换器302空油，二位四通换向阀4换向，第二气液转换器302中的压缩空气被排出，气源5的压缩气体，经过二位四通换向阀4，改入第一气液转换器301，其下口压出的液体，经过第二单向阀202，仍然流入执行马达1进液口101，再由出液口102经过第三单向阀203，回流至第二气液转换器302中储存，此时完成一个完整的工作周期。 

图4的工作流程如下：气源5的压缩气体，经过二位四通换向阀4，进入第二气液转换器302的上口，压缩气体进入活塞305上腔，活塞305下压拥挤出液体，进入桥式整流阀2后，带动执行马达1转动，即，压出的液体先经过第四单向阀204，流入执行马达1进液口101，再从执行马达1的出液口102，经过第一单向阀201，回流至第一气液转换器301中储存。当第一气液转换器301储油后，第二气液转换器302空油，二位四通换向阀4换向，第二气液转换器302中的压缩空气被排出，气源5的压缩气体，经过二位四通换向阀4，改入第一气液转换器301，其下口压出的液体，经过第二单向阀202，仍然流入执行马达1进液口101，再由出液口102经过第三单向阀203，回流至第二气液转换器302中储存，此时完成一个完整的工作周期。 

整个工作过程重复上述周期，二位四通换向阀4节奏换向，气源5提供的压缩空气向气液转换复用器3反复充放，第一气液转换器301和第二气液转换器302中的气囊反复膨胀，交替泵出压力液体，经过桥式整流阀2整流后，变成恒定单向流动的压力液体，带动执行马达1持续转动。 

Claims (6)

1.一种气动动力装置，包括依次前后连接的执行装置（1）、桥式整流阀（2）、气液转换复用器（3）、二位四通换向阀（4）和气源（5），其特征在于所述的桥式整流阀（2）包括构成整流回路的第一单向阀（201）、第二单向阀（202）、第三单向阀（203）及第四单向阀（204），所述的气液转换复用器（3）包括第一气液转换器（301）和第二气液转换器（302），所述的第一气液转换器（301）一端与二位四通换向阀（4）连接，另一端分别与第一单向阀（201）及第二单向阀（202）连接，所述的第二气液转换器（302）一端与二位四通换向阀（4）连接，另一端分别与第三单向阀（203）及第四单向阀（204）连接，所述的执行装置（1）上设有进液口（101）和出液口（102），所述的第一单向阀（201）与第二单向阀（202）首尾相接，连接处抽头作为输入，与第一气液转换器（301）连接；第三单向阀（203）与第四单向阀（204）首尾相接，连接处抽头作为输入，与第二气液转换器（302）连接；第一单向阀（201）与第三单向阀（203）首首相连，连接处抽头作为输出并与执行装置（1）上的出液口（102）连接；第二单向阀（202）与第四单向阀（204）尾尾相连，连接处抽头作为输出并与执行装置（1）上的进液口（101）连接；整体构成两进两出的对称式整流回路。

2.根据权利要求1所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的第一气液转换器（301）和第二气液转换器（302）包括上下开口的高压容器（303）及固定设置在高压容器（303）内的气囊（304），所述的高压容器（303）上开口为通气口，与气囊（304）相连，所述的高压容器（303）下开口为通液口，与桥式整流阀（2）相通；所述的气囊（304）内形成一储存压缩气体的空间，所述的气囊（304）与高压容器壁（303）之间形成一储存液体的空间。

3.根据权利要求1所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的第一气液转换器（301）和第二气液转换器（302）包括上下开口的高压容器（303）及活动设置在高压容器（303）内的活塞（305），所述的高压容器（303）上开口为通气口，与二位四通换向阀（4）连接，所述的高压容器（303）下开口为通液口，与桥式整流阀（2）相通；所述的高压容器（303）被活塞（305）分成上下两部分，上部分形成一储存压缩气体的空间，下部分形成一储存液体的空间。

4.根据权利要求1所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的执行装置（1）为控制旋转机械运动的执行马达或控制平移机械运动的油缸。

5.根据权利要求1所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的执行装置（1）与桥式整流阀（2）之间可配合设置二位四通换向阀（4a）。

6.根据权利要求1所述的一种气动动力装置，其特征在于所述的执行装置（1）与桥式整流阀（2）之间还可配合设置一节流调速阀（6）。

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