CN102230484B - 一种集成的连续气驱式液压增力装置 - Google Patents

Abstract

一种集成的连续气驱式液压增力装置，由气液增压缸、液压单向阀、二位四通气控换向阀、气控单向阀、消声器组成，气液增压缸为双作用式增压缸，其活塞杆上安装有两个大活塞和两个小活塞；两个小活塞与缸体构成两个油腔；两个大活塞与缸体构成四个气腔，在两侧的两个气腔的中部有两个行程信号口。若增压缸的活塞及活塞杆向右运动，当右边的大活塞越过右边的行程信号口，则活塞及活塞杆的行程信息将以压力空气的形式经过气控单向阀的控制反馈给气控换向阀使其换向，增压缸的活塞及活塞杆也会因气控换向阀的换向而换向，这样增压缸的活塞及活塞杆在其行程末端将会自动换向。本发明的装置结构紧凑、能实现自动换向、能实现不间断供油、增压比大。

Description

一种集成的连续气驱式液压增力装置

技术领域

本发明属于液压与气动技术领域，涉及一种气液增力装置，尤其是一种集成的连续气驱式液压增力装置。

背景技术

目前气液增压缸普遍是单作用式的，而单作用式的气液增压缸的一个工作循环中有一半的时间用于从油箱吸油，只有一半的时间用于向外界有效供油，因此单作用式增压缸的效率普遍较低；市场上虽然也有双作用式的气液增压缸，但是这些现有的双作用式气液增压缸有的并不能实现自动换向，有的虽然能实现自动换向，但是其换向原理是利用机械的方式(如通过活塞在行程终点触碰行程开关)来反馈行程信号再控制换向阀换向来实现的，使用这种换向方式的气液增压缸结构偏于复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现可靠自动换向的集成的连续气驱式液压增力装置，以提高气液增压缸的对外供油效率。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种气驱式液压增力装置，包括气液增压缸、第一液压单向阀、第二液压单向阀、第三液压单向阀、第四液压单向阀、二位四通气控换向阀、第一气控单向阀、第二气控单向阀、第三气控单向阀和第四气控单向阀，气液增压缸包括分别位于两侧的第一油腔B1、第二油腔B2和位于中间的第一气腔A1、第二气腔A2、第三气腔A3、第四气腔A4，活塞杆贯通油腔和气腔，第一油腔B1、第二油腔B2分别设有第一小活塞、第二小活塞，第一气腔A1和第二气腔A2之间设有第一大活塞，第三气腔A3和第四气腔A4之间设有第二大活塞，在第一气腔A1和第四气腔A4的中部有两个行程信号口，即第一行程信号口k1、第二行程信号口k2，二位四通气控换向阀的P口与T口分别与压力空气输入口和第一消声器，二位四通气控换向阀的A口与B口分别与气液增压缸上的四个气腔的气体输入口连接。增压缸上的第一行程信号口k1与第一气控单向阀的B口连接，第二行程信号口k2与第二气控单向阀的B口连接。第一气控单向阀和第二气控单向阀的先导口分别与二位四通气控换向阀的B口和A口连接。第一气控单向阀的A口、第三气控单向阀的B口、第四气控单向阀的先导口均与二位四通气控换向阀左侧的先导口连接；第二气控单向阀的A口、第四气控单向阀的B口、第三气控单向阀的先导口均与二位四通气控换向阀右侧的先导口连接。第一液压单向阀的一端与第一油箱连接，另一端与第一油腔B1的吸油口连接；第二液压单向阀的一端与第一油腔B1的出油口连接，另一端与高压油输出端连接；第三液压单向阀的一端与第二油箱连接，另一端与第二油腔B2的吸油口连接；第四液压单向阀的一端与第二油腔B2的出油口连接，另一端与高压油输出端连接。

所述第一气腔A1与第一油腔B1相邻，第四气腔A4与第二油腔B2相邻。

所述气液增压缸包括气腔缸筒以及位于气腔缸筒两侧的油腔缸筒，气腔缸筒中间设有隔板，气腔缸筒与油腔缸筒的连接处和隔板上分别预留活塞杆穿设空间，气腔缸筒和油腔缸筒之间采用O形密封圈进行轴向和径向密封，两侧油腔缸筒内分别设有第一小活塞和第二小活塞，隔板两侧的气腔缸筒内分别设有第一大活塞和第二大活塞。

所述活塞杆的端部分别安装有唇形密封圈和抗磨环以作为第一小活塞和第二小活塞。

所述第一大活塞和第二大活塞的外圆柱面上加工有唇形密封圈和抗磨环的安装槽。

所述活塞杆两端的端部均设有缓冲柱塞。

所述气腔缸筒的顶部有一精加工的凸台，与集成块相连接，集成块上安装有所述二位四通气控换向阀、第一气控单向阀、第二气控单向阀、第三气控单向阀、第四气控单向阀、第一消声器、第二消声器和第三消声器。

所述第一大活塞和第二大活塞在活塞杆上用圆螺母及圆螺母用止动垫圈进行轴向固定。

所述第一、第二、第三和第四液压单向阀直接安装在对应的油腔缸筒上的安装孔。

所述气液增压缸还包括堵头，其安装在气腔缸筒、油腔缸筒加工时所打的工艺孔上。

所述第三气控单向阀和第四气控单向阀的A口分别与第二消声器和第三消声器连接。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：1、能实现自动换向，只要有压力空气输入，增压缸的活塞及活塞杆就能实现往复运动而不需要外界控制；2、能实现不间断供油，效率高，只要增压缸的活塞及活塞杆在运动，增压缸就有高压油输出；3、增压比大，由于有两个大活塞，该装置能容易实现较大的增压比；4、结构紧凑，所有的元件包括气控单向阀、气控换向阀、液压单向阀、消声器均可集成在增压缸上。

附图说明

图1为本发明集成的连续气驱式液压增力装置连接示意图。

图2为本发明集成的连续气驱式液压增力装置初始状态示意图。

图3为本发明集成的连续气驱式液压增力装置换向前瞬间状态示意图。

图4为本发明集成的连续气驱式液压增力装置换向后瞬间状态示意图。

图5为增压缸结构主视结构示意图。

图6为增压缸结构俯视结构示意图。

图中零部件名称：1、消声器；2、压力空气输入；3、二位四通气控换向阀；4、消声器；5、气控单向阀；6、气控单向阀；7、油箱；8、液压单向阀；9、液压单向阀；10、气液增压缸；11、高压油输出；12、液压单向阀；13、液压单向阀；14、油箱；15、气控单向阀；16、气控单向阀；17、消声器；18、蓄能器；19、减压阀；20、油腔缸筒；21、内六角圆柱头螺钉；22、堵头；23、堵头；24、气腔缸筒；25、活塞杆；26、大活塞；27、圆螺母用止动垫圈；28、圆螺母；29、O形密封圈；30、O形密封圈；31、堵头；32、油腔缸筒；33、唇形密封圈；34、抗磨环；35、唇形密封圈；36、集成块；37、大活塞。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的连接方式为：集成的连续气驱式液压增力装置，由气液增压缸10、液压单向阀8、9、12、13、二位四通气控换向阀3、气控单向阀5、6、15、16、消声器1、4、17等组成。其中，气液增压缸为双作用式增压缸，其活塞杆上安装有两个大活塞和两个小活塞；两个小活塞与缸体构成两个油腔B1、B2；两个大活塞与缸体构成四个气腔A1、A2、A3、A4，在两侧的两个气腔的中部有两个行程信号口k1、k2，行程信号口k1、k2用于反馈增压缸10活塞和活塞杆的行程信息，当增压缸10的活塞和活塞杆向左或向右运动至其行程末端时，增压缸10能通过行程信号口k1、k2将活塞和活塞杆的行程信息反馈给气控换向阀3以便使气控换向阀3换向。二位四通气控换向阀3的P口与T口分别与压力空气输入口2和消声器1连接消声器用于降低系统向大气排气时的噪声。气控换向阀3的A口与B口分别与增压缸10上的四个气体输入口连接。增压缸10上的行程信号口k1与气控单向阀6的B口连接，行程信号口k2与气控单向阀15的B口连接。气控单向阀6和气控单向阀15的先导口分别与二位四通气控换向阀3的B口和A口连接。气控单向阀6的A口、气控单向阀5的B口、气控单向阀16的先导口均与二位四通气控换向阀3左侧的先导口连接；气控单向阀15的A口、气控单向阀16的B口、气控单向阀5的先导口均与二位四通气控换向阀3右侧的先导口连接。气控单向阀5和气控单向阀16的A口分别与消声器4和消声器17连接。液压单向阀8的一端与油箱7连接，另一端与油腔B1的吸油口连接；液压单向阀9的一端与油腔B1的出油口连接，另一端与高压油输出端11连接；液压单向阀13的一端与油箱14连接，另一端与油腔B2的吸油口连接；液压单向阀12的一端与油腔B2的出油口连接，另一端与高压油输出端11连接。

气液增压缸的连接方式为：如图5、图6所示，气腔缸筒24和油腔缸筒20、32通过内六角圆柱头螺钉21以法兰的方式连接；气腔缸筒24和油腔缸筒32之间采用O形密封圈29、30进行轴向和径向密封；大活塞26、37在活塞杆25上用圆螺母28及圆螺母用止动垫圈27进行轴向固定，活塞杆25的端部安装有唇形密封圈33、35和抗磨环34以作为小活塞来用；大活塞26、37的外圆柱面上加工有唇形密封圈和抗磨环的安装槽，用来实现压力空气的隔离；活塞杆25两端的端部均有缓冲柱塞，与油腔缸筒20、32上的缓冲腔配合起到缓冲的作用；液压单向阀8、9直接安装在油腔缸筒32上的安装孔内，液压单向阀12、13直接安装在油腔钢筒20上的安装孔内使得增压缸的结构紧凑；气腔缸筒24的顶部有一精加工的凸台，用于与集成块36相连接，系统中的二位四通气控换向阀3、气控单向阀5、6、15、16、消声器1、4、17等元件均以安装在该集成块上以使系统结构紧凑。堵头22、23安装在气腔缸筒24上是为了将加工气腔缸筒24上的气路时所打的工艺孔堵死，防止漏气。堵头31安装在油腔缸筒32上是为了将加工油腔缸筒32上的油路时所打的工艺孔堵死，防止漏油。

本发明的工作原理：当二位四通气控换向阀3位于左位(图1所示位置)、气液增压缸10的活塞及活塞杆位于图1所示位置时，气控单向阀15在先导压力空气信号作用下打开，而其余三个气控换向阀5、6、16的先导空气压力均很小故关闭。此时压力空气经过二位四通气控换向阀3进入增压缸10的A1、A3腔，与此同时A2、A4腔经二位四通气控换向阀3及消声器1通大气，因此活塞及活塞杆向右运动，油腔B1经液压单向阀8从油箱7吸油，油腔B2经液压单向阀12向高压油输出口11供油。当A3、A4腔之间的大活塞越过行程信号口k2时，A3腔内的压力空气进入信号口k2，，并经过已经打开了的气控单向阀15进入到二位四通气控换向阀3右侧的先导口，此时气控单向阀5得到先导压力信号而打开6、16继续保持关闭，因此二位四通气控换向阀3在左右压差的作用下换向(换成右位)。当二位四通气控换向阀3换向后，压力空气进入气液增压缸10的A2、A4腔，A1、A3腔经二位四通气控换向阀3及消声器1通大气，因此，活塞及活塞杆先停止然后反向向左运动，油腔B2经液压单向阀13从油箱14吸油，油腔B1经液压单向阀9向高压油输出口11供油。此时，在先导压力信号的作用下气控单向阀6打开，而其余三个气控换向阀15、5、16的先导空气压力均很小故关闭，且二位四通气控换向阀3的右侧先导口处将维持压力大小约为使气控单向阀15打开的最低工作压力的空气，这一压力将使气控换向阀3稳定在右位。同理，当A1、A2腔之间的大活塞越过行程信号口k1后，在四个气控单向阀5、6、15、16的作用下，气控换向阀3将再次换向。如此，在气控单向阀5、6、15、16及气控换向阀3的作用下，增压缸10的活塞及活塞杆将作左右往复运动，并且无论活塞及活塞杆是往左还是往右运动都会有高压油输出到高压油输出口11，如此即可实现双向供油。

无论气液增压缸10的活塞与活塞杆往左或右运动，增压缸10都可将其行程信息通过两个行程信号口k1、k2经气控单向阀5、6、15、16控制以压力空气的形式反馈给二位四通气控换向阀3，以实现活塞及活塞杆自动换向。

只要气液增压缸10的活塞及活塞杆在运动，无论其运动方向如何，增压缸上的两个油腔B1、B2必有一个从油箱7、14吸油，另一个向高压油输出口11供油。即只要增压缸10的活塞及活塞杆在运动，增压缸10就能向外界供油，其效率较高。而且液压增力比可以通过调整气液增压缸10的大小活塞面积实现。

每个油腔B1或B2连接的两个液压单向阀8、9或12、13在同一时刻最多只有一个打开，分别对应于该油腔从油箱7或14吸油和向高压油输出口11供油两种工况，且由于液压单向阀9或12的存在，高压油输出端11的油液不会倒流回增压缸10内。

行程信息口k1、k2所反馈的行程信息是经过四个气控单向阀5、6、15、16在不同工况时不同的开闭组合所形成的通路反馈回气控换向阀3处的，并由此来控制气控换向阀3的换向。

只要压力空气输入口2有压力空气输入，气液增压缸10的活塞及活塞杆就能自动换向、往复运动，并且在其往复运动的过程中不间断地向高压油输出口11输出高压油。

如图2所示，为了进一步说明本发明的工作原理及使用方法，此处在本发明的基础上增加一蓄能器18和减压阀19作为一个具体的实施例来陈述。其中，蓄能器18以并联方式安装在高压油输出口11处，减压阀19串联在压力空气输入口2之后。压力空气输入口2的空气压力经减压阀19调整为一常数值，当蓄能器18内的压力大于或等于增压缸的平衡压力时，增压缸10的活塞及活塞杆再也不能推动油腔内的油液实现供油，活塞及活塞杆停止运动，达到平衡；当蓄能器18对外供油，蓄能器18内的压力下降到小于增压缸10的平衡压力时，增压缸10的活塞及活塞杆的平衡被打破并由压力空气驱动，增压缸10向蓄能器18供油使它的压力维持在平衡压力附近。

如图2所示，二位四通气控换向阀3位于左位，气控单向阀15在先导压力空气信号作用下打开，而其余三个气控换向阀5、6、16的先导空气压力均很小故关闭。此时压力空气经过二位四通气控换向阀3进入增压缸10的A1、A3腔，与此同时A2、A4腔经二位四通气控换向阀3及消声器1通大气，因此活塞及活塞杆向右运动，油腔B1经液压单向阀8从油箱7吸油，油腔B2经液压单向阀12向蓄能器18供油，使蓄能器的压力维持在平衡压力附近。

如图3所示，在换向前瞬间，当A3、A4腔之间的大活塞越过行程信号口k2时，A3腔内的压力空气进入信号口k2，，并经过已经打开了的气控单向阀15进入到二位四通气控换向阀3右侧的先导口，此时气控单向阀5得到先导压力信号而打开(气孔单向阀6、16继续保持关闭)，因此二位四通气控换向阀3在左右压差的作用下换向(换成右位)。

如图4所示，气控换向阀3换向后瞬间，在先导压力信号的作用下气控单向阀6打开，而其余三个气控换向阀15、5、16的先导空气压力均很小故关闭。二位四通气控换向阀3换向后，压力空气进入气液增压缸10的A2、A4腔，A1、A3腔经二位四通气控换向阀3及消声器1通大气，活塞及活塞杆先停止然后反向向左运动，油腔B2经液压单向阀13从油箱14吸油，油腔B1经液压单向阀9向蓄能器18供油，使蓄能器的压力维持在平衡压力附近。

本发明的装置涉及的一些控制元件，如液压单向阀8、9、12、13、二位四通气控换向阀3、气控单向阀5、6、15、16、消声器1、4、17等可选用不同厂家生产的具有相同或近似功能的元件。

本发明的气液增压缸采用的双作用的方式，其自动换向的原理是在活塞行程终点利用压力空气作为反馈信号来控制气控换向阀换向，气液增压缸上只需加工出压力空气信号反馈通路，既简化了气液增压缸结构，又能实现可靠换向。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气驱式液压增力装置，其特征在于：包括气液增压缸、第一液压单向阀、第二液压单向阀、第三液压单向阀、第四液压单向阀、二位四通气控换向阀、第一气控单向阀、第二气控单向阀、第三气控单向阀和第四气控单向阀，气液增压缸包括分别位于两侧的第一油腔B1、第二油腔B2和位于中间的第一气腔A1、第二气腔A2、第三气腔A3、第四气腔A4，活塞杆贯通油腔和气腔，第一油腔B1、第二油腔B2分别设有第一小活塞、第二小活塞，第一气腔A1和第二气腔A2之间设有第一大活塞，第三气腔A3和第四气腔A4之间设有第二大活塞，在第一气腔A1和第四气腔A4的中部分别设有第一行程信号口k1、第二行程信号口k2，二位四通气控换向阀的P口与T口分别与压力空气输入口和第一消声器，二位四通气控换向阀的A口与B口分别与气液增压缸上的四个气腔的气体输入口连接；增压缸上的第一行程信号口k1与第一气控单向阀的B口连接，第二行程信号口k2与第二气控单向阀的B口连接；第一气控单向阀和第二气控单向阀的先导口分别与二位四通气控换向阀的B口和A口连接；第一气控单向阀的A口、第三气控单向阀的B口、第四气控单向阀的先导口均与二位四通气控换向阀左侧的先导口连接；第二气控单向阀的A口、第四气控单向阀的B口、第三气控单向阀的先导口均与二位四通气控换向阀右侧的先导口连接；第一液压单向阀的一端与第一油箱连接，另一端与第一油腔B1的吸油口连接；第二液压单向阀的一端与第一油腔B1的出油口连接，另一端与高压油输出端连接；第三液压单向阀的一端与第二油箱连接，另一端与第二油腔B2的吸油口连接；第四液压单向阀的一端与第二油腔B2的出油口连接，另一端与高压油输出端连接。

2.如权利要求1所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述第一气腔A1与第一油腔B1相邻，第四气腔A4与第二油腔B2相邻。

3.如权利要求1所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述气液增压缸包括气腔缸筒以及位于气腔缸筒两侧的油腔缸筒，气腔缸筒中间设有隔板，气腔缸筒与油腔缸筒的连接处和隔板上分别预留活塞杆穿设空间，气腔缸筒和油腔缸筒之间采用O形密封圈进行轴向和径向密封，两侧油腔缸筒内分别设有第一小活塞和第二小活塞，隔板两侧的气腔缸筒内分别设有第一大活塞和第二大活塞。

4.如权利要求1或3所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述活塞杆的端部分别安装有唇形密封圈和抗磨环以作为第一小活塞和第二小活塞。

5.如权利要求1或3所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述第一大活塞和第二大活塞的外圆柱面上加工有唇形密封圈和抗磨环的安装槽。

6.如权利要求1或3所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述活塞杆两端的端部均设有缓冲柱塞。

7.如权利要求3所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述气腔缸筒的顶部有一精加工的凸台，与集成块相连接，集成块上安装有所述二位四通气控换向阀、第一气控单向阀、第二气控单向阀、第三气控单向阀、第四气控单向阀、第一消声器、第二消声器和第三消声器；所述第一、第二、第三和第四液压单向阀直接安装在对应的油腔缸筒上的安装孔。

8.如权利要求3所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述第一大活塞和第二大活塞在活塞杆上用圆螺母及圆螺母用止动垫圈进行轴向固定。

9.如权利要求3所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述气液增压缸还包括堵头，其安装在气腔缸筒、油腔缸筒加工时所打的工艺孔上。

10.如权利要求1所述的气驱式液压增力装置，其特征在于：所述第三气控单向阀和第四气控单向阀的A口分别与第二消声器和第三消声器连接。

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