CN105711135A - 隐式串联节能气缸驱动的压力机 - Google Patents

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Abstract

现有的采用显式串联气缸的压力机，气缸纵向尺寸过大，拉杆长度过长，总体结构刚性差，返程耗能及冲击噪声较大。此外，现有压力机采用静模座在下、动模座在上、气缸固设在整个压力机最上端的总体布局，不仅安全性差，而且重心高，稳定性差。本发明压力机采用隐式串联节能气缸，结构刚性大幅度提高，返程耗能、返程冲击力与噪声明显降低。此外，本发明气动压力机采用动模座在下、静模座在上、气缸固设在整个压力机的最下端的总体布局，能够大幅度降低工伤事故，安全性好，重心低，稳定性好。本发明隐式串联节能气缸驱动的压力机，能够为有关经济领域，提供一种具有显著综合技术经济指标优势的新型压力加工装备。

Description

隐式串联节能气缸驱动的压力机
技术领域
本发明涉及气动压力机领域，主要涉及一种采用隐式串联节能气缸驱动的气动压力机。
背景技术
气动压力机具有生产效率高，不污染环境等优点，但由于压力低而难以产生较大的输出力。在需要较大输出力的场合，人们常使用串联气缸的气动压力机。串联气缸，俗称倍力气缸。在压力机上采用串联气缸有两大优点：（一）可以避免缸径过大而导致制造成本急剧升高。例如，2只缸径φ320的串联气缸，其输出力相当于1只缸径φ450的气缸，而其制造成本远低于后者。（二）串联气缸可以进行分级力输出。例如，二级串联气缸，根据所需要的输出力，可以让2只气缸同时工作，也可以只让1只气缸工作。因而可在一定程度上减轻压力机“大马拉小车”的现象，降低气缸的推力与系统压力冗余，提高负载率，有利于压力机的节能。
但是，现有的气动压力机采用的串联气缸，都是对相同规格的气缸进行简单的纵向叠加，后气缸活塞杆的前端，固定或顶在前气缸活塞的后端面上。我们把这种纵向简单叠加的串联气缸，称为显式串联气缸，因为可以从外观直接判断出来其属于串联气缸。纵向简单叠加的显式串联气缸，有一个被人们长期忽视的严重缺点：气缸总的纵向尺寸过大，拉杆长度过长，造成总体结构刚性很差，甚至会影响压力机的稳定性。
此外，现有串联气缸在返程时，由于存在多个返程腔，而且有杆腔横截面面积过大而造成容积过大，不仅会无谓消耗大量压缩空气，造成能源浪费，而且会造成较大的冲击力与噪声。
现有的气动压力机还有两条长期以来被人们忽视的缺点：1、压力机的静模座在下，动模座在上，操作工人的手部容易受到伤害；2、气缸固设在整个压力机的最上端，重心高，稳定性差。
发明内容
本发明的目的是，彻底解决现有气动压力机用显式串联气缸纵向尺寸过大，拉杆长度过长，总体结构刚性很差的问题，相应克服其返程耗能过多及冲击噪声较大的缺点，设计出一种总体结构刚性高，返程耗能少，冲击噪声较低的压力机用串联气缸，为有关经济领域提供一种安全性高、稳定性好、具有显著技术经济指标优势的新型气动压力机。
为达上述目的，本发明采用的技术方案是：一种隐式串联节能气缸驱动的压力机，其隐式串联节能气缸包括固定部件与运动部件，所述运动部件为一缸体，所述固定部件包括相对固定的固定缸筒与活塞-活塞杆组件；所述缸体的外表面与所述固定缸筒的内表面配合而可相对滑动，所述缸体的内表面与所述活塞-活塞杆组件配合而可相对滑动，形成提供推力的上气腔、下气腔，以及提供返程力的中间气腔。所述隐式串联节能气缸的固定部件上，分别设有通向所述上气腔、下气腔及中间气腔的孔道；所述运动部件缸体与压力机的下动梁工作台固定联接，所述压力机下动梁工作台上固设有动模座；所述压力机还设有上静梁，所述上静梁固设有静模座。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有的串联气缸驱动的气动压力机相比，具有下列显著优势：
1、现有气动压力机采用的纵向简单叠加的二级显式串联气缸，运动部件是前后两个气缸的两套活塞-活塞杆组件，而本发明隐式串联气缸的运动部件仅为1只缸体，固定部件的活塞-活塞杆组件，隐藏于运动部件的缸体之中，所以从外观上根本不能够判断其是否为串联气缸，亦即形成了隐式串联气缸。这种隐式二级串联气缸的纵向尺寸，仅为二级显式串联气缸的一半左右，故其结构刚性大幅度提高，能够使得压力机的稳定性相应提高。
2、本发明气动压力机采用的隐式串联气缸，只有一个返程气腔，且其横截面面积较小，所以其返程需要消耗的压缩空气量显著减少，不仅有利于节能，而且返程冲击力与噪声也会明显降低。
3、本发明隐式串联节能气缸驱动的压力机，由于采用动模座在下、静模座在上总体布局，动模座运动时人手会自然离开模具，能够大幅度降低工伤事故。
4、本发明隐式串联节能气缸驱动的压力机，由于气缸固设在整个压力机的最下端，重心低，稳定性好。
附图说明
附图1、2、3、4是本发明隐式串联节能气缸驱动的压力机的结构与工作原理示意图。
图中，1、固定部件：11、固定缸筒；12、活塞-活塞杆组件；13、下气腔孔道；14、中间气腔孔道；15、上气腔孔道；2、运动部件：21、运动缸体；22、力输出端头；3、下气腔4、中间气腔5、上气腔6、下动梁工作台7、动模座8、导柱9、静模座10、静上梁
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
由附图可见，本发明隐式串联节能气缸驱动的压力机的串联气缸，包括固定部件1与运动部件2。固定部件1主要包括固定缸筒11，活塞-活塞杆组件12；运动部件2主要包括运动缸体21，力输出端头22。运动缸体21的外表面，与固定缸筒11的内表面配合而可相对滑动，；运动缸体21的内表面，与活塞-活塞杆组件12的外表面配合而可相对滑动，，活塞-活塞杆组件12隐藏于运动缸体21之中；固定部件1与运动部件2的上述配合，形成了提供推力的下气腔3、上气腔5，以及提供返程力的中间气腔4；固定部件1上，分别设有通向下气腔3的孔道13，通向中间气腔4的孔道14，通向上气腔5的孔道15。
气缸运动部件的缸体21的上端，设有力输出端头22，力输出端头22与压力机的下动梁工作台6固定联接，下动梁工作台6上固定有动模座7；下动梁工作台6两侧的孔，与两侧的导柱8滑动配合。静上梁10与导柱8固定联接，下面固设有静模座9。
图1是压缩空气通过孔道13与孔道15，分别同时进入下气腔3与上气腔5，而中间气腔4通过孔道14与大气相通的工作状态。设固定缸筒11的内径、即运动缸体21的外径为D1，运动缸体21的内径为D2，活塞杆直径为d，则这种工作状态下，压力为p的压缩空气，对运动缸体21下端面产生的推力为F1=π(D1 2-d2)p/4，对运动缸体21上内端面产生的推力为F2=πD2 2p/4。在F1与F2的共同作用下，运动缸体21通过力输出端头22，推动下动梁工作台6及动模座7，以两侧的导柱8为导向，以速度V向上进行直线运动。通过动模座7与静模座9上安装的模具（图中未示出），就可进行压力加工，冲压力为F=F1+F2=π(D1 2+D2 2-d2)p/4。
图2是压缩空气通过孔道13进入下气腔3，而上气腔5通过孔道15，中间气腔4通过孔道14，与大气相通的工作状态。这种工作状态下，气缸推动下动梁工作台6及动模座7以速度V1向上运动，并进行压力加工，冲压力为F1=π(D1 2-d2)p/4。
图3是压缩空气通过孔道15进入上气腔5，而下气腔3通过孔道13，中间气腔4通过孔道14，与大气相通的工作状态。这种工作状态下，气缸推动下动梁工作台6及动模座7以速度V2向上运动，并进行压力加工，冲压力为F2=πD2 2p/4。
图4是压缩空气通过孔道14进入中间气腔4，而下气腔3通过孔道13，上气腔5通过孔道15，与大气相通的工作状态。这种工作状态下，压缩空气作用于运动缸体21的下内端面，驱动其通过力输出端头22，拉动下动梁工作台6及动模座7，以较快的速度V3向下运动进行返程，返程力为F3=π(D2 2-d2)p/4。
由附图不难分析出，本发明基于二级隐式串联节能气缸的压力机，具有下列显著的技术经济指标优势：
1、气缸纵向尺寸仅为二级显式串联气缸的一半左右，结构刚性大幅度提高，制造成本明显降低，并相应提高了压力机的总体刚性。
2、由于气缸只有一个返程气腔，且其横截面面积较小，所以其返程需要消耗的压缩空气量显著减少，有利于节能。此外，返程冲击力与噪声也会明显降低。
3、现有的二级显式串联气缸只能实现2级力输出，而本发明二级隐式串联节能气缸，可以实现3级力输出，即：F1=π(D1 2-d2)p/4，F2=πD2 2p/4，F=F1+F2=π(D1 2+D2 2-d2)p/4。因此，相对于前者能够进一步减轻压力机“大马拉小车”的现象，进一步降低了推力、系统压力冗余并提高了气缸的负载率，更加有利于压力机的节能。
4、本发明气动压力机采用动模座在下、静模座在上的总体布局，动模座运动时人手会自然离开模具，能够大幅度降低工伤事故。
5、本发明气动压力机的隐式串联节能气缸，固设在整个压力机的最下端，因而重心低，稳定性好。
综上所述，本发明隐式串联节能气缸驱动的压力机，是一种总体结构刚性与稳定性好，安全性高，具有明显节能降噪效果的新型气动压力机，能够为有关经济领域提供一种具有显著综合技术经济指标优势的新型压力加工装备。
本发明基于隐式串联节能气缸压力机的创新设计原理，同样可以用于设计基于该串联原理的液压压力机，故其保护范围亦涵盖液压压力机。

Claims (3)

1.一种隐式串联节能气缸驱动的压力机，其特征在于：隐式串联节能气缸包括固定部件与运动部件，所述运动部件为一缸体，所述固定部件包括相对固定的固定缸筒与活塞-活塞杆组件；所述缸体的外表面与所述固定缸筒的内表面配合而可相对滑动，所述缸体的内表面与所述活塞-活塞杆组件配合而可相对滑动，形成提供推力的上气腔、下气腔，以及提供返程力的中间气腔。
2.根据权利要求1所述的隐式串联节能气缸驱动的压力机，其特征在于：所述隐式串联节能气缸的固定部件上，分别设有通向所述上气腔、下气腔及中间气腔的孔道。
3.根据权利要求1所述的隐式串联节能气缸驱动的压力机，其特征在于：所述运动部件缸体与压力机的下动梁工作台固定联接，所述压力机下动梁工作台上固设有动模座；所述压力机还设有上静梁，所述上静梁固设有静模座。
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