CN102506147A - 一种双作用双级气液增压传动装置 - Google Patents

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王明娣
钟康民
宋成法
黄颖
刘秀波
张弛
刘勇涛
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Abstract

本发明公开了一种双作用双级气液增压传动装置，包括气缸及左、右液压缸，气缸内设有活塞，活塞两端与缸体间分别构成气压腔，所述气压腔分别经换向阀与气源连接，所述左、右液压缸内分别设有左、右柱塞，左、右柱塞与缸体间分别构成左、右侧液压腔及左、右端液压腔，其特征在于：活塞与左、右柱塞间经杠杆机构连接，左侧液压腔经第一及第三单向阀分别与油箱及执行元件连接，左端液压腔经第二及第四单向阀分别与油箱及执行元件连接，右侧液压腔经第五及第七单向阀分别与执行元件及油箱连接，右端液压腔经第六及第八单向阀分别与执行元件及油箱连接。本发明结构简单、控制方便且传动性能较好。

Description

一种双作用双级气液增压传动装置
技术领域
本发明涉及一种传动装置，具体涉及一种双作用双级气液增压传动装置。
背景技术
在工业生产中，液压传动是一种常用技术，通过利用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式，液压传动系统主要由动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等构成的，液压传动具有体积小、重量轻、操控简便等优点，因而使用较为广泛。然而液压传动在使用中也存在较多的不足，由于机械元件较多，使用中噪音较大，并且机械元件的磨损也较多，对环境的污染较大。
气压传动较之液压传动，是一种“准绿色”的传动技术，它所使用的介质，是清洁的压缩空气，但是，气压传动也有一个其自身难以克服的严重缺点，即系统压力不可能太高(一般压强在0.4～0.7MPa)，太高容易造成装置体积过于庞大。因此，在要求输出压力较大的场合，人们往往面临两种选择：一是直接采用液压传动，但是传统的液压缸驱动由于存在噪声、磨损、泄漏等污染原因而成为其发展的瓶颈。二是采用气-液传动增压装置将气体压力进行放大，即气-液复合传动。在可持续发展理念不断深入人心的今天，后一种选择理论上应该日益突显出其特有的优势。
然而目前气-液复合传动在工程应用方面，仍不及液压传动应用广泛。究其原因，可以认为现有的气-液传动增压技术在性能方面不能满足需求。液压传动比较容易实现在空行程阶段提供低压大流量液体，以使执行元件快速到达工作位置，又能在工作行程阶段，根据负载变化自动转换为提供高压小流量液体，以使执行元件获得较大的输出力。而常见的单作用单级及双作用单级气-液传动增压装置，根本不具备这样的功能；单作用双级气-液传动增压装置，尽管勉强能实现上述功能，但结构上较为复杂，且由于是单向作用而导致工作效率极低。针对上述结构的不足，也有人开发出了双作用双级气-液增压装置，但其中的气缸活塞与液压缸活塞因同轴关系而难以避免气液两相混合，气腔里的高压气体很容易渗透到液体中，气体渗透到液体中容易形成气泡-“空穴”（空穴特别容易在缸体内壁及活塞杆表面形成），当液体压力很高时，空穴会发生爆炸，其爆炸应力可能导致缸体内壁及活塞杆表面出现“点蚀”。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种结构简单、控制方便且传动性能较好的一种双作用双级气液增压传动装置。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种双作用双级气液增压传动装置，包括气缸及左、右液压缸，所述气缸内设有活塞，所述活塞两端与缸体间分别构成上、下气压腔，所述上、下气压腔分别经换向阀与气源连接，所述左、右液压缸内分别设有左、右柱塞，所述左、右柱塞与缸体间分别构成左、右侧液压腔及左、右端液压腔，所述活塞与所述左、右柱塞间经杠杆机构连接，所述左侧液压腔经第一、第三单向阀分别与油箱及执行元件连接，所述左端液压腔经第二、第四单向阀分别与油箱及执行元件连接，所述右侧液压腔经第五、第七单向阀分别与执行元件及油箱连接，所述右端液压腔经第六、第八单向阀分别与执行元件及油箱连接。
进一步的技术方案，所述杠杆机构包括与支座铰接的杠杆，所述杠杆上位于支座两侧分别连接有连杆，所述连杆的另一端分别与左、右柱塞连接，所述杠杆远离支座一端与设置于活塞内的圆球连接。
进一步的技术方案，所述左侧液压腔与第三单向阀间及所述右侧液压腔与所述第五单向阀间分别连接有第一、第二顺序阀。
本发明的工作原理：该增压传动装置有两个液压缸和一个气缸，液压缸内的柱塞通过杠杆与气缸内的活塞中的圆球相连，两个柱塞分别将液压缸分隔成四个密闭腔：左侧液压腔、左端液压腔、右侧液压腔、右端液压腔。当气缸下气压腔进气时，杠杆绕固定铰链轴即支座逆时针转动，驱动左柱塞向下运动，右柱塞向上运动，右侧液压腔及右端液压腔通过第七、第八单向阀吸入液体，左侧液压腔与左端液压腔通过第三、第四单向阀同时向外排出低压液体；反之，当换向阀换向，气缸上气压腔进气，通过杠杆驱动右柱塞向下运动，左柱塞向上运动，则左侧液压腔及左端液压腔通过第一、第二单向阀吸入液体，右侧液压腔及右端液压腔通过第五、第六单向阀同时向外排出低压液体；气缸内活塞上下行程中均有低压液体输出，排出的低压液体汇合后进入执行元件，因此，该泵的工作效率显著高，使执行元件快速趋近工作部位。一旦执行元件遇到负载，系统压力便会升高，此时第三或第五单向阀会自动关闭，而第一或第二顺序阀会自动打开，左、右侧液压腔的液体经相应的顺序阀流回油箱，实现所谓卸荷；左、右端液压腔经第四或第六单向阀排出的高压小流量液体，进入执行装置，使执行元件获得所需要的输出力。
本装置在使用中，低压大流量供油时的输出流量为q1,高压小流量供油时的输出流量为q2，可由以下两式计算：
Figure 649700DEST_PATH_IMAGE001
             (1)
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE002
            (2) 
式中：
Figure 255256DEST_PATH_IMAGE003
为液压缸端液压腔活塞直径；
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE004
为液压缸侧液压腔活塞直径；
Figure 785726DEST_PATH_IMAGE005
为杠杆支座与活塞内圆球的圆心的距离；
为杠杆支座与连杆的距离；
Figure 118618DEST_PATH_IMAGE007
为单位时间内气缸活塞往返运动次数； 
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE008
为气动肌腱工作行程；（气动肌腱类似于人的肌肉，可以收缩和释放，这里相当于一次活塞往返，表示一个工作行程）
Figure 621406DEST_PATH_IMAGE009
别为低压大流量供油与高压小流量供油时的容积效率。（一般可以查机械设计手册，在80%-90%左右）
低压供油时的输出压力
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE010
．，高压供油时的输出压力
Figure 206320DEST_PATH_IMAGE011
 ，计算公式分别如下：
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE012
              (3)
Figure 411036DEST_PATH_IMAGE013
             (4)
式中：
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE014
为气缸内气体压力；
为气缸直径；
Figure 201110371288X100002DEST_PATH_IMAGE016
分别为低压供油时与高压供油时机械效率。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明通过气缸经杠杆机构驱动液压缸动作，气缸在往复运动中，均会驱动液压缸输出压力液体，较之以往的传动装置使得整个装置传动效率得到较大提高，且结构也较为简单，控制方便；
2．本发明通过气缸驱动，传动介质无污染，并且液压缸内的液体采用封闭式循环，减少了液体的泄露和挥发，对环境污染较小；
3．本发明具有两个液压缸，实现双级液体压力输出，高低压的切换可根据负载变化进行，能较好的满足大多数工况对传动装置的性能要求。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
其中：1、气缸；2、左液压缸；3、右液压缸；4、活塞；5、上气压腔；6、下气压腔；7、换向阀；8、左柱塞；9、右柱塞；10、左侧液压腔；11、右侧液压腔；12、左端液压腔；13、右端液压腔；14、第一单向阀；15、第二单向阀；16、第三单向阀；17、第四单向阀；18、第五单向阀；19、第六单向阀；20、第七单向阀；21、第八单向阀；22、支座；23、杠杆；24、连杆；25、圆球；26、第一顺序阀；27、第二顺序阀。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种双作用双级气液增压传动装置，包括一气缸1及左、右液压缸2、3，所述气缸1内设有活塞4，所述活塞4两端与缸体间分别构成上、下气压腔5、6，所述上、下气压腔5、6分别经换向阀7与气源连接，所述左、右液压缸2、3内分别设有左、右柱塞8、9，所述左、右柱塞8、9与缸体间分别构成左、右侧液压腔10、11及左、右端液压腔12、13，所述活塞4与所述左、右柱塞8、9间经杠杆机构连接，所述左侧液压腔10经第一、第三单向阀14、16分别与油箱及执行元件连接，所述左端液压腔12经第二、第四单向阀15、17分别与油箱及执行元件连接，所述右侧液压腔11经第五、第七单向阀18、20分别与执行元件及油箱连接，所述右端液压腔13经第六、第八单向阀19、21分别与执行元件及油箱连接，所述杠杆机构包括与支座22铰接的杠杆23，所述杠杆23上位于支座22两侧分别连接有连杆24，所述连杆24的另一端分别与左、右柱塞8、9连接，所述杠杆23远离支座22一端与设置于活塞4内的圆球25连接，所述左侧液压腔10与第三单向阀16间及所述右侧液压腔11与所述第五单向阀18间分别连接有第一、第二顺序阀26、27。
本装置在使用时，下气压腔6进气时，杠杆23绕支座22逆时针转动，驱动左柱塞8向下运动，右柱塞9向上运动，右侧液压腔11及右端液压腔13通过第七、第八单向20、21阀吸入液体，左侧液压腔10与左端液压腔12通过第三、第四单向16、17阀同时向外排出低压液体至执行元件；反之，上气压腔5进气，右柱塞9向下运动，左柱塞8向上运动，则左侧液压腔10及左端液压腔12通过第一、第二单向阀吸入液体，右侧液压腔11及右端液压腔13通过第五、第六单向阀18、19同时排出低压液体至执行元件。当执行元件负载，系统压力便会升高，此时第三或第五单向阀会关闭，而第一或第二顺序阀会打开，左、右侧液压腔的液体经相应的顺序阀流回油箱，实现卸荷；左、右端液压腔经第四或第六单向阀排出的高压小流量液体，进入执行装置，使执行元件获得所需要的输出力。

Claims (3)

1.一种双作用双级气液增压传动装置，包括气缸(1)及左、右液压缸(2、3)，所述气缸(1)内设有活塞(4)，所述活塞(4)两端与缸体间分别构成上、下气压腔(5、6)，所述上、下气压腔(5、6)分别经换向阀(7)与气源连接，所述左、右液压缸(2、3)内分别设有左、右柱塞(8、9)，所述左、右柱塞(8、9)与缸体间分别构成左、右侧液压腔(10、11)及左、右端液压腔(12、13)，其特征在于：所述活塞(4)与所述左、右柱塞(8、9)间经杠杆机构连接，所述左侧液压腔(10)经第一、第三单向阀（14、16）分别与油箱及执行元件连接，所述左端液压腔(12)经第二、第四单向阀(15、17)分别与油箱及执行元件连接，所述右侧液压腔(11)经第五、第七单向阀(18、20)分别与执行元件及油箱连接，所述右端液压腔(13)经第六、第八单向阀(19、21)分别与执行元件及油箱连接。
2.根据权利要求1所述的一种双作用双级气液增压传动装置，其特征在于：所述杠杆机构包括与支座(22)铰接的杠杆(23)，所述杠杆(23)上位于支座(22)两侧分别连接有连杆(24)，所述连杆(24)的另一端分别与左、右柱塞(8、9)连接，所述杠杆(23)远离支座(22)一端与设置于活塞(4)内的圆球(25)连接。
3.根据权利要求1所述的一种双作用双级气液增压传动装置，其特征在于：所述左侧液压腔(10)与第三单向阀(16)间及所述右侧液压腔(11)与所述第五单向阀(18)间分别连接有第一、第二顺序阀(26、27)。
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