CN103415710B - 多阶段流体操作致动器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多阶段流体操作致动器(100)。所述多阶段流体操作致动器(100)包括：壳体(101)，所述壳体(101)包括具有第一截面积的第一孔(212)和具有第二截面积的第二孔(215)。所述多阶段流体操作致动器(100)进一步包括活塞组件(210)，其包括：在所述第一孔(212)内可移动的第一活塞(210a)；和在所述第一孔和第二孔(212、215)内可移动的第二活塞(210b)。所述活塞组件(210)将所述第一和第二孔(212、215)分成：选择性地与加压流体源(220)或者排放部流体连通的第一流体室(214a)；气密的第二流体室(214b)；和选择性地与加压流体源(220)或者排放部流体连通的第三流体室(214c)。

Description

多阶段流体操作致动器
技术领域
下述实施例涉及流体操作致动器，更具体地说，涉及带有多件式活塞组件的多阶段流体操作致动器。
背景技术
流体操作致动器在本领域中众所周知的。流体操作致动器使用致动器来将流体压力转换至工件，所述致动器一般由气缸中的活塞构成。联接至活塞的活塞杆一般作用于工件，以执行一些任务。虽然存在可以被使用的各种适当的流体，但是施加至致动器的流体一般包括例如气压或者液压流体。流体操作致动器的一个特定应用是吹塑成型系统。
吹塑成型是用于将预制坯模制成所需产品的众所周知的工艺。预制坯大致呈管状，在一端带有开口，以引入加压气体，一般为空气；然而，也可以使用其它气体。吹塑成型的一个特定类型是拉伸吹塑成型(SBM)。在一典型的SBM应用中，阀组箱提供低压和高压气体来将预制坯膨胀到模具型腔中。模具型腔包括所需产品的外形。SBM可以用于各种各样的应用；然而，最广泛使用的应用之一是生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)产品，比如饮料瓶等。通常，SBM工艺使用与插入预制坯中的拉伸杆组合的低压流体源，来沿纵向方向和沿径向向外拉伸预制坯，然后使用高压流体源来将预制坯膨胀到模具型腔中。可以使用一个或多个吹塑阀来控制低压和高压源。所得产品一般是外部形状与模具型腔的形状一致的中空形状。预制坯中的气体然后经由一个或多个排气阀排放。该工艺在每个吹塑周期中重复。
对于每个吹塑周期而言，吹塑缸(也称为封盖缸)朝预制坯延伸喷嘴，以便与预制坯和/或模具型腔形成流密(fluid-tight)密封。由于在吹塑成型系统中遇到的极高压，所以重要的是喷嘴能够以精确而且可重复的方式定位。现有技术的吹塑缸一般提供相对较大的活塞头，以便增大喷嘴对于给定致动压力来说能够被下降的速度。该途径的问题是：随着活塞头尺寸的增大，系统在活塞和喷嘴被下降到预制坯上时，面对着维持同心度(活塞在孔内的对中)的难度逐渐增加的任务。另外，由于喷嘴因增大的行进速度而以相对较高的力量冲击预制坯，所以这些现有技术的途径可能导致喷嘴、预制坯或两者的过早损坏。现有技术的途径没有满意地开发出在喷嘴被下降到预制坯上时减缓冲击的方法。
下面描述的实施例克服了这些以及其它问题，从而实现了本领域中的进步。实施例提供带有多件式活塞组件的多阶段流体操作致动器。在一些实施例中，流体操作致动器包括带有多件式活塞组件的用于吹塑成型系统的吹塑缸组件。多件式活塞组件能够维持增大程度的同心度，并且同时在喷嘴到达行进末尾以接触预制坯和/或吹塑型腔时减缓喷嘴的冲击。
发明内容
根据一种实施例提供了一种多阶段流体操作致动器。所述多阶段流体操作致动器包括：壳体，所述壳体包括具有第一截面积的第一孔和具有第二截面积的第二孔；和活塞组件。根据一种实施例，所述活塞组件包括在所述第一孔内可移动的第一活塞和在所述第一孔和第二孔内可移动的第二活塞。根据一种实施例，所述活塞组件将所述第一和第二孔分成：选择性地与加压流体源或者排放部流体连通的第一流体室；气密的第二流体室；和选择性地与加压流体源或者排放部流体连通的第三流体室。
根据一种实施例提供了一种用于操作多阶段流体操作致动器的方法。根据一种实施例，所述多阶段流体操作致动器包括：壳体，其包括具有第一截面积的第一孔和具有第二截面积的第二孔；活塞组件，其包括在所述第一孔内可移动的第一活塞和在所述第一孔和第二孔内可移动的第二活塞，所述第一孔和第二孔被分成第一流体室、气密的第二流体室和第三流体室。根据一种实施例，所述方法包括以下步骤：加压所述第一流体室；和在防止流体进入或者离开所述气密的第二流体室的同时，排放所述第三流体室，以将所述第一活塞和第二活塞从第一位置致动到第二位置。根据一种实施例，所述方法进一步包括以下步骤：在防止所述第一活塞移动至第三位置的同时，加压形成于所述第一活塞中与所述第一流体室和所述第二活塞流体连通的流体通路，以将所述第二活塞从所述第二位置致动到第三位置。
方面
根据一个方面，一种设备包括：
壳体，所述壳体包括具有第一截面积的第一孔和具有第二截面积的第二孔；
活塞组件，所述活塞组件包括：
在所述第一孔内可移动的第一活塞；
在所述第一孔和第二孔内可移动的第二活塞；
其中，所述活塞组件将所述第一孔和第二孔分成：
第一流体室，其选择性地与加压流体源或者排放部流体连通；
气密的第二流体室；和
第三流体室，其选择性地与加压流体源或者排放部流体连通。
优选地，所述设备进一步包括：形成于所述第一活塞中用于接收所述第二活塞的至少一部分的活塞接收孔。
优选地，所述设备进一步包括：位置控制阀，其联接至所述壳体，并选择性地在所述加压流体源与所述第一流体室或者所述第三流体室之间提供流体连通路径。
优选地，所述第一流体室至少部分地由所述第一孔和所述第一活塞限定；所述气密的第二流体室至少部分地由所述第一孔和第二孔、所述第一活塞和所述第二活塞限定；所述第三流体室至少部分地由所述第二孔和所述第二活塞限定。
优选地，所述设备进一步包括：喷嘴，其从所述壳体延伸出来，联接至所述活塞组件，并在形成于所述壳体中的喷嘴孔内是可移动的。
优选地，所述设备进一步包括：吹塑阀组箱，其联接至所述壳体，并包括与所述喷嘴流体连通的一个或多个吹塑阀。
优选地，所述设备进一步包括延伸穿过所述活塞组件和所述喷嘴的拉伸杆。
优选地，所述设备进一步包括：双重密封配置，其定位在所述第二孔与所述喷嘴孔之间，包括暴露于所述第二孔的第一密封件和暴露于所述喷嘴孔的第二密封件。
优选地，所述设备进一步包括：位于第一和第二密封件之间的通风口。
根据另一方面，一种用于操作多阶段流体操作致动器的方法，所述多阶段流体操作致动器包括：壳体，其包括具有第一截面积的第一孔和具有第二截面积的第二孔；活塞组件，其包括在所述第一孔内可移动的第一活塞和在所述第一孔和第二孔内可移动的第二活塞，所述第一孔和第二孔被分成第一流体室、气密的第二流体室和第三流体室，所述方法包括以下步骤：
加压所述第一流体室；
在防止流体进入或者离开所述气密的第二流体室的同时，排放所述第三流体室，以将所述第一活塞和第二活塞从第一位置致动到第二位置；和
在防止所述第一活塞移动至第三位置的同时，加压形成于所述第一活塞中与所述第一流体室和所述第二活塞流体连通的流体通路，以将所述第二活塞从所述第二位置致动到第三位置。
优选地，将所述第一活塞和第二活塞从所述第一位置致动到所述第二位置的步骤通过减小所述气密的第二流体室的体积而使所述气密的第二流体室中的压力增大。
优选地，所述多阶段流体操作致动器进一步包括与所述活塞组件联接的喷嘴，并且其中，所述方法进一步包括在所述第二活塞已到达所述第三位置后向所述喷嘴供给加压流体的步骤。
优选地，向所述喷嘴供给加压流体包括致动联接至所述壳体的吹塑阀组箱的一个或多个吹塑阀。
优选地，所述方法进一步包括：致动拉伸杆的步骤，所述拉伸杆延伸穿过所述第一活塞和第二活塞以及所述喷嘴。
优选地，所述方法进一步包括以下步骤：
加压所述第三流体室；和
排放所述第一流体室，以将所述活塞组件从所述第三位置致动到所述第一位置。
附图说明
图1示出了根据一种实施例的吹塑缸组件。
图2示出了根据一种实施例的吹塑缸组件的截面图。
图3示出了根据另一实施例的吹塑缸组件的截面图。
图4示出了根据又一实施例的吹塑缸组件的截面图。
图5示出了根据一种实施例的流体操作致动器的截面图。
具体实施方式
图1～5和以下描述示出了具体示例来教导本领域的技术人员如何制作和使用流体操作致动器的实施例的最佳模式。为了教导独创性原理的目的，一些常规方面已经被简化或者省略。本领域的技术人员应理解落入本描述的范围内的这些示例的变型。本领域的技术人员应理解的是，下面描述的特征可以按各种方式组合，以形成流体操作致动器的多种变型。作为结果，流体操作致动器并不局限于下面描述的具体示例，而是只由权利要求书及其等同方案限定。
图1示出了根据一种实施例的流体操作致动器100。在图1～4所示的实施例中，流体操作致动器包括吹塑缸组件100，并被如此称呼。然而，应该理解的是，吹塑缸组件100仅仅是用于流体操作致动器100的一个示例性应用，因此，本实施例不应该局限于将流体操作致动器100用作吹塑缸组件100，例如见图5和伴随的论述。
吹塑缸组件100包括：壳体101；带有第一、第二和第三先导阀102a、102b、102c的联接至壳体101的吹塑阀组箱102；带有第一和第二先导阀103a、103b的位置控制阀103；和带有相关联先导阀104a的空气回收阀104。从壳体101延伸出的是喷嘴105，其被图示为与预制坯106处于流密配置。喷嘴105可以在模制操作中向预制坯106提供加压气体。预制坯106被图示为处于被模制成型之前。预制坯106被图示为位于模具型腔107内。如可以理解的，当预制坯106模制成型时，它取得模具型腔107的总体形状。依据吹塑喷嘴105的特定构造，吹塑喷嘴105可以与预制坯106、模具型腔107或两者形成基本上流密密封。
在图1中示出的还有拉伸杆108的一部分。在吹塑缸组件100是拉伸吹塑成型(SBM)系统的一部分的情形中，可以设置拉伸杆108。拉伸杆108可以被进一步联接至拉伸杆控制组件(未示出)，所述拉伸杆控制组件能够控制拉伸杆108的位置和/或在吹塑阶段结束时向模制产品提供冷却气体。这种系统在本领域中是众所周知的，对拉伸杆108的控制的详细论述对于本描述的目的来说并不重要。
根据一种实施例，位置控制阀103被致动以将喷嘴105下降到吹塑位置，在所述吹塑位置，喷嘴105与预制坯106、模具型腔107或两者形成基本上流密密封。一旦喷嘴105处于吹塑位置，吹塑阀组箱102可以被致动，以向喷嘴105提供加压气体，从而将预制坯106模制成所需产品。在许多实施例中，吹塑阀组箱102将在预吹塑阶段期间致动第一阀，在所述预吹塑阶段，预制坯沿纵向且沿径向向外被拉伸。该阶段可以伴随着拉伸杆108向预制坯中的延伸，以协助纵向拉伸。在预吹塑阶段期间向预制坯提供的压力一般为约20巴(290psi)；然而，其它压力也可以被使用。在吹塑阶段期间，吹塑阀组箱102致动第二阀，以将预制坯106加压至较高的压力，一般为约40巴(580psi)。在吹塑阶段期间，预制坯106向模具型腔107中膨胀，以取得模具型腔107的总体形状。在预制坯106被模制为所需产品后，型腔107中的压力被排放。在一些实施例中，这是首先使用回收阀104来实现的，在所述回收阀104中，一部分加压气体被回收。吹塑阀组箱102然后可以使用第三排放阀来将剩下的加压流体从系统排放。在模制产品被排放后，位置控制阀103可以被致动，以从型腔107撤回喷嘴105，从而为下一模制周期做好准备。作为可选步骤，可以经由拉伸杆108供给冷却气体，以加速模制产品的冷却。
图2示出了沿图1的线2-2所取的吹塑缸组件100的截面图。在图2所示的实施例中，预制坯106和模具型腔107被省略了，以简化附图。此外，在图2所示的位置，喷嘴105已被撤回，因此不与预制坯106接触。根据图2所示的实施例，吹塑缸组件100被图示为没有拉伸杆108。因此，应该理解的是，吹塑缸组件100并不局限于包括拉伸杆的实施例。
如在图2中可以看出的，喷嘴105至少部分地延伸到壳体101中。喷嘴105可以在壳体101内可移动的。更具体地说，喷嘴105可以在形成于壳体101中的喷嘴孔205内可移动的。在图2所示的位置，喷嘴105处于撤回位置。根据一种实施例，在撤回位置，联接至喷嘴105的套筒240或者一些其它类型的止动件(比如螺母等)可以接触壳体101，以防止喷嘴105向左侧的进一步移动，即，撤回到壳体101中。
根据一种实施例，喷嘴105可以联接至多件式活塞组件210。活塞组件210被图示为分成两件式组件，由此为吹塑缸组件100提供多阶段致动。根据一种实施例，活塞组件210包括第一活塞210a和第二活塞210b。虽然只示出了两个活塞210a、210b，但是应该理解的是，在另一些实施例中，活塞组件210可以包括多于两个的活塞。根据一种实施例，活塞杆211从第二活塞210b延伸，并联接喷嘴105。可以使用已知技术，比如机械紧固件、螺纹、胶粘剂、硬焊、粘结等，来联接活塞杆211和喷嘴105。用于联接喷嘴105和活塞杆211的具体方法并不重要，从而绝不应该限制本实施例的范围。虽然活塞组件210可以由任意适当的材料形成，但是在一个实施例中，活塞组件210可以由塑料或者聚合物比如PET等形成，以提供与例如金属相比更轻的活塞组件210。
根据一种实施例，活塞组件210的第一活塞210a在壳体101内可移动的。更具体地说，第一活塞210a在形成于壳体101中的第一活塞孔212内是可移动的。根据一种实施例，第一活塞孔212包括直径D1。第一活塞210a可以包括一个或多个密封构件213，其与第一活塞孔212形成基本上流密密封。
根据一种实施例，第二活塞210b在壳体101内也是可移动的。根据所示实施例，第二活塞210b在形成于壳体101中的第一孔212和第二孔215内是可移动的。在所示实施例中，第二孔215包括第二直径D2。根据一种实施例，第二直径D2小于第一直径D1。如图所示，在第一和第二孔212、215的交叉点处设置有肩部216。肩部216可以提供从第一直径D1向第二直径D2的过渡。
根据一种实施例，第二活塞210b的至少一部分可以被接收在形成于第一活塞210a中的活塞接收孔228中。然而，应该理解的是，在另一些实施例中，第二活塞210b可以仅仅接触第一活塞210a，而不进入第一活塞210a的一部分。在任一实施例中，第二活塞210b可以相对于第一和第二孔212、215以及第一活塞210a可移动的。在第二活塞210b的一部分被第一活塞210a接收的实施例中，第二活塞210b可以包括密封构件229，所述密封构件229在活塞接收孔228与被活塞接收孔228接收的第二活塞210b的部分之间形成基本上流密密封。
根据一种实施例，活塞组件210可以将第一和第二孔212、215分成第一流体室214a、第二流体室214b和第三流体室214c。根据一种实施例，第一流体室214a至少部分地由第一孔212和第一活塞210a限定。根据一种实施例，气密的第二流体室214b至少部分地由第一和第二孔212、215、第一活塞210a和第二活塞210b限定。在第二活塞210b的一部分被活塞接收孔228接收的实施例中，气密的第二流体室214b至少部分地由第一和第二孔212、215、第一活塞210a和未被活塞接收孔228接收的第二活塞210b的部分(即，从第一活塞210a延伸的第二活塞210b的部分)限定。根据一种实施例，第三流体室214c至少部分地由第二孔215和第二活塞210b限定。如可以理解的，第一活塞210a的密封构件213分隔第一流体室214a和气密的第二流体室214b。另外，密封构件229能够进一步防止第一流体室214a中的加压流体到达气密的第二流体室214b。因此，密封构件213、229能够实质上防止处于第一室214a中的流体到达第二室214b。根据一种实施例，第二活塞210b的一个或多个密封构件217可以分隔气密的第二流体室214b与第三流体室214c。有利地，被供给至第三室214c的流体实质上与第二室214b密封开。
根据一种实施例，位置控制阀103分别经由流体管线218、219与第一和第三室214a、214c流体连通。虽然流体管线218、219被图示为从壳体101在外部延伸，但是应该理解的是，如图1所示，在一些实施例中，位置控制阀103可以联接至壳体101，由此消除外部流体管线从位置控制阀103向壳体101延伸的需求。
在所示实施例中，位置控制阀103包括5/2向阀；然而，本领域的技术人员将轻松地理解的是，可以使用其它类型的阀，而仍然保持处于本实施例的范围内。例如，位置控制阀103可以包括5/3向阀。因此，所使用的阀的特定类型绝不应该限制本实施例的范围。根据一种实施例，位置控制阀103可以使用图1所示的一个或多个先导阀103a、103b得到致动。然而，在另一些实施例中，位置控制阀103可以被电致动，比如通过使用电磁线圈、压电元件、SMA元件等。用于致动位置控制阀103的具体方法对于本实施例的目的来说并不重要，因此，绝不应该限制本实施例的范围。
根据一种实施例，当位置控制阀103被致动到第一位置时，第一流体室214a得以选择性地与加压流体源220形成流体连通，而同时第三流体室214c被排放。相反地，当位置控制阀103被致动到第二位置时，第三流体室214c得以选择性地与加压流体源220形成流体连通，而同时第一流体室214a被排放。加压流体源220可以提供加压气体或者加压液体。因此，所供给的流体的特定类型不应该限制本实施例的范围。根据一种实施例，第二流体室214b既不与加压流体源220流体连通，也不被排放。相反，第二流体室214b包括气密室。根据一种实施例，气密室215b不准许流体进入或者离开。相反，气密室215b包括保持大致恒定的预定质量的流体。应该理解的是，容纳于气密室215b内的流体可以包括气体或者液体。例如，气密室215b可以包括例如空气或者液压流体。气密的第二流体室220b在以下更详细地论述。
在图2中示出的还有吹塑阀组箱102。根据一种实施例，吹塑阀组箱102联接至壳体101。类似于位置控制阀103，将吹塑阀组箱102联接至壳体101消除了对外部软管或者流体管线的需求，由此实质上对于每个模制周期来说降低了死区容积。吹塑阀组箱102被图示为包括三个阀；然而，可以提供任意数量的阀。在所示实施例中，吹塑阀组箱102包括第一阀202a、第二阀202b和第三阀202c。根据一种实施例，第一阀202a在预吹塑阶段期间被使用，第二阀202b在吹塑阶段期间被使用，而第三阀202c在排放阶段被使用。根据一种实施例，三个阀202a～202c经由形成于壳体101中(更具体地说喷嘴孔205中)的流体端口221与喷嘴105流体连通。此外，喷嘴105包括一个或多个横孔222，所述一个或多个横孔222提供与形成于喷嘴105中的内部吹塑孔223的流体连通。根据一种实施例，喷嘴孔205进一步包括第二流体端口224，所述第二流体端口224在包括有回收阀104的实施例中提供通向回收阀104的流体连通路径。吹塑阀202a～202c和回收阀104和流体端口221、224之间的各种内部流体通道在图中未示出，以简化图面。然而，本领域的技术人员将轻松地意识到可以使用已知技术形成的适当通道。具体通道和机加工通道的方法对于本描述的目的来说并不重要，因此，省略了详细论述以边缘描述的简洁。
根据一种实施例，吹塑缸组件100进一步包括密封配置225，用于在第三流体室214c与喷嘴孔205之间提供基本上流密密封。在所示实施例中，密封配置225包括带有第一和第二密封件225a、225b的双重密封配置。如图所示，第一密封件225a暴露于第三流体室214c，而第二密封件225b暴露于喷嘴孔205。双重密封配置225改善第三流体室214c中用于致动活塞组件210的例如约为6巴(87psi)的较低压力与喷嘴孔205中用于模制预制坯的例如约为40巴(580psi)的较高压力之间的分隔。在一些实施例中，可以在两个密封件225a、225b之间设置通风口250，以防止从任一密封件逸出的压力产生压力累积，并负面地影响密封件的密封性能。通风口250可以暴露于例如大气。
根据一种实施例，吹塑缸组件100可以进一步包括第二密封配置226，用以在喷嘴孔205与大气之间提供基本上流密密封。在所示实施例中，第二密封配置226包括第一和第二密封件226a、226b。第二密封配置226的第一和第二密封件226a、226b可以提供与喷嘴105的流密密封。虽然示出了两个密封件，但是应该理解的是，第二密封配置226可以包括任意数量的所需密封件，并且本实施例不应该局限于需要如所示的双重密封配置。
现在将描述根据一种实施例的吹塑缸组件100的操作。如以上提及的，图2示出了处于第一(撤回)位置的活塞组件210。根据一种实施例，在撤回位置，第一活塞210a处于第一位置，并与形成于第一流体室214a中的肩部227抵接。肩部227可以为活塞组件210提供止动部，以防止向左侧进一步移动。应该理解的是，在另一些实施例中，肩部227可以形成在第一活塞210a上，而不是第一孔212中。根据一种实施例，联接至喷嘴105的套筒240也可以抵接壳体101，以由于喷嘴105与活塞组件210之间的联接而为活塞组件210提供正止动部。此外，在所示实施例中，当活塞组件210处于撤回位置时，第二活塞210b被形成于第一活塞210a中的活塞接收孔228接收。活塞接收孔228可以接收第二活塞210b的至少一部分。如以上提及的，第二活塞210b可以包括一个或多个密封构件229，用于在活塞接收孔228与第二活塞210b之间形成基本上流密密封。第一活塞210a进一步包括流体通路230，所述流体通路230在第一流体室214a与活塞接收孔228之间提供流体连通路径。
图3示出了活塞组件210从图2所示的第一位置被致动到第二位置的吹塑缸组件100。在图3中，回收阀104已被省略，以简化附图。然而，现在示出了拉伸杆108。如图所示，拉伸杆108延伸穿过活塞组件210以及喷嘴105。
根据一种实施例，在位置控制阀103被致动到第一位置的情况下，第一流体室214a得以选择性地与加压流体源220形成流体连通，而同时第三流体室214c被排放。在加压流体被供给至第一流体室214a的情况下，活塞组件210从第一位置移动至第二位置。根据一个实施例，活塞组件210在从第一位置移动第二位置的期间，移动了大致36mm(1.4英寸)。在第一流体室214a被加压的情况下，加压流体作用于第一活塞210a，以如图所示向右侧偏压第一活塞210a。根据一种实施例，第一活塞210a也可以将第二活塞210b推动到第二位置。除了由于第一活塞210a的移动而在第二活塞210b上的机械偏压力外，第一流体室214a中的加压流体也经由流体通路230作用于第二活塞210b。因此，可以通过第一和第二活塞210a、210b之间的机械偏压力和/或作用于第二活塞210b的加压流体两者，来将第二活塞210b偏压至第二位置。
如可以理解的，在第二活塞210b的至少一部分被接收于活塞接收孔228中的情况下，加压流体横跨第一孔212的大致整个直径D1作用于活塞组件210。因此，在将活塞组件210从第一位置移动至第二位置时，加压流体提供第一偏压力(压力*由D1提供的截面积)。
根据一种实施例，在第二位置，活塞组件210已使喷嘴105朝预制坯106延伸达预定量。虽然喷嘴105的一部分插入了预制坯106中，但是喷嘴105还未与预制坯106形成流密的联接。
在朝第二位置致动活塞组件210期间，第三流体室214c被排放。然而，因为第二流体室214b包括气密室，所以它实质上与加压流体源220和排放部两者都封闭开。换言之，流体既不进入也不离开气密的第二流体室214b。密封构件213、217、229实质上防止流体进入或者离开气密的第二流体室214b。随着活塞组件210朝第二位置被致动，气密的第二流体室214b的体积减小。体积的减小主要是由于第二孔215的较小直径D2。如在图3中可以看出的，当活塞组件210朝第二位置被致动时，气密的第二流体室214b的较大部分被偏移到第二孔215中。由于气密的第二流体室214b中的大致恒定量的流体，气密的第二流体室214b中的压力增大。气密的第二流体室214b中的压力的增大部分地对抗因第一流体室214a中的加压流体而作用于活塞组件210上的偏压力，以在喷嘴105朝预制坯106被致动时产生缓冲或者制动作用。因此，喷嘴105不以现有技术系统所经受的高速影响预制坯106。此外，当气密的第二流体室214b中的压力增大时，对于被供给至第一流体室214a的大致恒定的压力来说，活塞组件210的致动速度将随着活塞组件210移动得更靠近第二位置而减小。
图4示出了根据另一实施例的吹塑缸组件100的截面图。在图4所示的实施例中，活塞组件210已从第二位置(图3)移动至第三位置。活塞组件210已移动至第三位置，是由于加压流体向第一流体室214a的连续供给。根据一种实施例，当从第二位置移动至第三位置时，活塞组件210大致移动了5mm(0.2英寸)。更具体地说，在第二活塞210b向第三位置移动时，第一活塞210a保持大致静止。
如图3和4所示，在第二位置，第一活塞210a与位于第一和第二孔212、215的交叉点处的肩部216抵接。因此，一旦第一活塞210a到达肩部216后，第一活塞210a就不能进一步向右侧行进。然而，在加压流体仍然被供给至第一流体室214a的情况下，第二活塞210b仍然被穿过形成于第一活塞210a中的流体通路230的加压流体偏压。加压流体因此将第二活塞210b偏压至第三位置，在所述第三位置，第二活塞210b至少部分地从形成于第一活塞210a中的活塞接收孔228延伸出去。当肩部330到达包括密封件225a、225b的密封配置时，第二活塞210b停止移动。在另一些实施例中，第二活塞210b可以由于喷嘴105在预制坯106和/或模具型腔107之间产生基本上流密密封而停止移动。
根据一种实施例，密封构件229在第二活塞210b与活塞接收孔228之间维持基本上流密密封，以防止第一流体室214a中的流体泄漏到气密的第二流体室214b中。如可以理解的，随着第二活塞210a相对于第一活塞210a朝第三位置移动，加压流体作用于较小的截面积。具体说，加压流体作用于由直径D3提供的截面积来提供第二力(压力*由直径D3提供的截面积)。直径D3包括第二活塞210b的被接收于活塞接收孔228中的部分的直径。替代地，在第二活塞210b的一部分不被第一活塞210a接收的实施例中，直径D3包括暴露于第一流体室214a的第二活塞210b的直径。根据一种实施例，直径D3小于直径D1。因此，在从第二位置移动至第三位置的期间，由供给至第一流体室214a的加压流体提供的偏压力小于从第一位置移动至第二位置时提供的偏压力。作为结果，可以提供第一力来使喷嘴105与预制坯106接触，并且可以使用较小的第二力来与喷嘴105形成基本上流密密封。偏压力的该减小能够进一步降低在喷嘴105冲击预制坯106时损坏喷嘴105的风险。
根据一种实施例，因为第二活塞210b具有比第一活塞210a小的截面积、和被接收于活塞接收孔228中的至少一部分，所以维持第二活塞210b的同心度比维持第一活塞210a的同心度更容易且更可靠。有利地，喷嘴105的密封相对于现有技术的设计得到了改善。
一旦活塞组件210到达了第三位置后，喷嘴105与预制坯106、模具型腔107或两者形成基本上流密密封。在活塞组件210处于第三位置的情况下，吹塑阀组箱102的各阀202a～202c可以被致动，以将预制坯106模制成所需形状。此外，拉伸杆108可以如本领域中众所周知那样被延伸，以协助模制工艺。
根据一种实施例，可以通过将位置控制阀103致动到第二位置，来将活塞组件210从而将喷嘴105撤回到第一位置。当位置控制阀103被致动到第二位置时，第三流体室214c得以选择性地与加压流体源220形成流体连通，而同时第一流体室214a被排放。根据一种实施例，气密的第二流体室214b保持与加压流体源和排放部两者封闭开。
在第三流体室214c与加压流体源220流体连通的情况下，第二活塞210b被偏压返回左侧，即被撤回直到它到达第二位置。一旦第二活塞210b到达第二位置后，第二活塞210b可以以机械方式偏压第一活塞210a返回第一位置。虽然附图示出了第一和第二活塞210a、210b处于直接的物理接触，但是应该理解的是，如本描述中所使用的物理接触并不局限于直接的物理接触，在一些实施例中，另一部件可以位于第一和第二活塞210a、210b之间，而仍然保持落于本实施例的范围内。
图5示出了根据另一实施例的流体操作致动器100的截面图。在图5所示的实施例中，流体操作致动器100不包括如在图1～4的论述中所描述的吹塑缸组件。相反，流体操作致动器100可以被采用在其它应用中，在所述其它应用中，加压流体源被传递至活塞组件210来进行工作。
在图5所示的实施例中，活塞杆211延伸到壳体101外，从而消除了对带有吹塑孔223的喷嘴105的需求。相反，活塞杆211可以联接至工件(未示出)。流体操作致动器100的操作大致与图1～4中示出的并且在以上讨论过的包括吹塑缸组件100的流体操作致动器100相同。
如上所述的流体操作致动器提供多阶段流体操作致动器100，其能够减小在其活塞组件210行程的结束时的冲击，而且还能改善活塞组件的移动的同心度。本实施例的流体操作致动器100提供包括有两个或更多个活塞210a、210b的活塞组件210。在致动的第一阶段期间，两活塞210a、210b都能够从第一位置被致动到第二位置。在致动的第二阶段，第二活塞210b可以独立于第一活塞210a移动，以移动至第三位置。有利地，在致动的第二阶段期间，作用于活塞组件210的力被减小，以降低对流体操作致动器100造成损坏的风险。此外，如以上所说明的，在活塞组件210朝第二位置被致动时，气密的第二流体室214b中的压力增大并发挥作用以对抗活塞组件210的移动，从而在活塞组件210移动时减缓冲击。
虽然以上论述的大部分描述的是呈吹塑缸组件100形式的多阶段流体操作致动器100，但是本领域的技术人员将轻松地意识到本实施例扩展超出了吹塑成型应用。因此，虽然吹塑缸组件100包括多阶段流体操作致动器100的具体示例，但是本实施例不应该局限于吹塑缸组件100。
以上实施例的详细描述不是对发明人能够想到的落入流体操作致动器的范围内的所有实施例的穷举描述。实际上，本领域的技术人员将意识到：上述实施例的某些构成要素可以按各种方式被组合或者消除以形成再一些实施例，并且这类再一些实施例落入本描述的范围和教导内。本领域技术人员还应清楚的是，上述实施例可以整体地或者部分地被组合，以形成落入本描述的范围和教导内的附加实施例。
因此，如本领域的技术人员将意识到的，虽然在本文为了说明起见而描述了流体操作致动器的特定实施例和示例，但是在本描述的范围内各种等同变型也是可能的。本文提供的教导可以应用于其它流体操作致动器，而不只是应用于以上描述且在附图中示出的实施例。因此，流体操作致动器的范围应该从后附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种设备(100)，包括：
壳体(101)，所述壳体(101)包括具有第一截面积的第一孔(212)和具有第二截面积的第二孔(215)；
活塞组件(210)，所述活塞组件(210)包括：
在所述第一孔(212)内可移动的第一活塞(210a)；
在所述第一孔和第二孔(212、215)内可移动的第二活塞(210b)；
其中，所述活塞组件(210)将所述第一孔和第二孔(212、215)分成：
第一流体室(214a)，其选择性地与加压流体源(220)或者排放部流体连通；
气密的第二流体室(214b)；和
第三流体室(214c)，其选择性地与加压流体源(220)或者排放部流体连通。
2.如权利要求1所述的设备(100)，进一步包括：形成于所述第一活塞(210a)中用于接收所述第二活塞(210b)的至少一部分的活塞接收孔(228)。
3.如权利要求1所述的设备(100)，进一步包括：位置控制阀(103)，其联接至所述壳体(101)，并选择性地在所述加压流体源(220)与所述第一流体室(214a)或者所述第三流体室(214c)之间提供流体连通路径。
4.如权利要求1所述的设备(100)，其中：所述第一流体室(214a)至少部分地由所述第一孔(212)和所述第一活塞(210a)限定；所述气密的第二流体室(214b)至少部分地由所述第一孔和第二孔(212、215)、所述第一活塞(210a)和所述第二活塞(210b)限定；所述第三流体室(214c)至少部分地由所述第二孔(215)和所述第二活塞(210b)限定。
5.如权利要求1所述的设备(100)，进一步包括：喷嘴(105)，其从所述壳体(101)延伸出来，联接至所述活塞组件(210)，并在形成于所述壳体(101)中的喷嘴孔(205)内是可移动的。
6.如权利要求5所述的设备(100)，进一步包括：吹塑阀组箱(102)，其联接至所述壳体(101)，并包括与所述喷嘴(105)流体连通的一个或多个吹塑阀(202a～202c)。
7.如权利要求5所述的设备(100)，进一步包括：延伸穿过所述活塞组件(210)和所述喷嘴(105)的拉伸杆(108)。
8.如权利要求5所述的设备(100)，进一步包括：双重密封配置(225)，其定位在所述第二孔(215)与所述喷嘴孔(205)之间，包括暴露于所述第二孔(215)的第一密封件(225a)和暴露于所述喷嘴孔(205)的第二密封件(225b)。
9.如权利要求8所述的设备(100)，进一步包括：位于所述第一密封件和第二密封件(225a、225b)之间的通风口(250)。
10.一种用于操作多阶段流体操作致动器的方法，所述多阶段流体操作致动器包括：壳体，其包括具有第一截面积的第一孔和具有第二截面积的第二孔；活塞组件，其包括在所述第一孔内可移动的第一活塞和在所述第一孔和第二孔内可移动的第二活塞，所述第一孔和第二孔被分成第一流体室、气密的第二流体室和第三流体室，所述方法包括以下步骤：
加压所述第一流体室；
在防止流体进入或者离开所述气密的第二流体室的同时，排放所述第三流体室，以将所述第一活塞和第二活塞从第一位置致动到第二位置；和
在防止所述第一活塞移动至第三位置的同时，加压形成于所述第一活塞中与所述第一流体室和所述第二活塞流体连通的流体通路，以将所述第二活塞从所述第二位置致动到第三位置。
11.如权利要求10所述的方法，其中，将所述第一活塞和第二活塞从所述第一位置致动到所述第二位置的步骤通过减小所述气密的第二流体室的体积而使所述气密的第二流体室中的压力增大。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述多阶段流体操作致动器进一步包括与所述活塞组件联接的喷嘴，并且其中，所述方法进一步包括一旦所述第二活塞已到达所述第三位置向所述喷嘴供给加压流体的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中，向所述喷嘴供给加压流体包括致动联接至所述壳体的吹塑阀组箱的一个或多个吹塑阀。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包括：致动拉伸杆的步骤，所述拉伸杆延伸穿过所述第一活塞和第二活塞以及所述喷嘴。
15.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：
加压所述第三流体室；和
排放所述第一流体室，以将所述活塞组件从所述第三位置致动到所述第一位置。
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