CN106090404B - 以空气为动力的执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以空气为动力的执行机构，属于以往复运动为执行机构设备技术领域；以空气为动力的执行机构具有第一气室和第二气室；以及设置于第一气室或第二气室并穿透至气室之外的推杆；该第一气室和第二气室间存在的压差可使推杆所在的气室至少发生沿推杆轴向的可逆形变而带动推杆双向运动；本发明的以空气为动力的执行机构基于上述设计，应用于阀门后实现了无弹簧复位的功能，克服了传统以弹簧作为阀门执行机构复位原件具有的短板，通过气室的空气压力实现复位，回位的可靠性高，另外因为弹簧间的取消，也避免了因更换弹簧引起的检修，控制阀连续工作周期长，同时寿命也得到增加，同时该执行机构也适用于其他以直行程为调节的执行机构应用领域中，也具有同样的优点。

Description

以空气为动力的执行机构

技术领域

本发明涉及一种以空气为动力的执行机构，属于以往复运动为执行机构设备技术领域。

背景技术

以往复推动作为执行机构的设计在各类设备中较为常见，特别是阀门的执行机构。

阀门中，直行程调节阀的执行机构分为气动、电动、液动等，在气动中又有气缸式和膜片式。传统的膜片式一般用弹簧作为复位元件。众所周知，控制阀动作频繁，要求气动执行器的复位元件具有很高的稳定性、可靠性，而弹簧是一种易损件，疲劳后不能提供足够的回位力。影响控制精度，严重的还会导致阀门打不开，关不严，控制失效，实际工作中常因更换弹簧不得不中断生产，给企业造成大的经济损失。

相同的，其它以直行程为调节的执行机构应用领域中，弹簧的作为主要复位元件，也存在与阀门领域的上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种以空气为推动力的执行机构，以克服现有的采用弹簧作为复位元件的执行机构所存在的弊端。

本发明采用的技术方案如下：

以空气为动力的执行机构，具有第一气室和第二气室；以及，设置于第一气室或第二气室并穿透至气室之外的推杆；该第一气室和第二气室间存在的压差可使推杆所在的气室至少发生沿推杆轴向的可逆形变而带动推杆双向运动。本发明的工作原理是：利用第一气室和第二气室之间具有的压差，使推杆所在的气室发生沿推杆轴向的可恢复的体积改变，用以带动推杆在轴向双向运动，通过这种双向往复运动来实现替代弹簧的作为复位原件。

本发明的以空气为动力的执行机构，该第二气室位于第一气室内，推杆设置于第二气室。本发明中，采用两个气室设计，且第二气室位于第一气室内，通过内外气室压力的改变，产生单位面积上的力而带动推杆移动，确保了执行的有效性和稳定性。第二气室可以采用空气弹簧或者活塞气缸等结构实现。

进一步的，该第一气室由刚性或柔性的缸体构成。

进一步的，该第二气室由空气弹簧构成。空气弹簧产品在众多领域中使用，具有良好的特性和使用范围，是一种技术成熟的产品，用于本发明的执行机构，能够保证其可靠性和安全性，同时促进推杆往复运动更好的实现。空气弹簧的导向方式明确，且无活塞气缸的密封结构，可靠性高。

进一步的，该空气弹簧具有位于两端的端盖和位于两端盖之间的柔性囊体。

进一步的，该空气弹簧通过其上端的端盖固定于第一气室的内顶壁，推杆固定于空气弹簧下端的端盖的外侧，并穿过第一气室的壁至第一气室之外。

进一步的，该空气弹簧通过其下端的端盖固定于第一气室的内底壁，推杆固定于空气弹簧上端的端盖内侧，并穿过空气弹簧下端的端盖和第一气室的壁至第一气室之外。

通过上述两种具体的第一气室、第二气室和推杆具体机构设计，以保证该以空气为动力的执行机构工作的高效和结构的稳定可靠。

进一步的，该第一气室设置有用于推杆运动导向的导向套。导向套设计不仅使推杆的运动更加平稳，导向套还可以用于推杆与第一气室间的密封。

本发明的以空气为动力的执行机构，该第一气室和第二气室相连而形成相并列的气室，且在推杆的轴向上，相并列气室的总长固定，推杆设置于第一气室和第二气室的结合部。该结构不同于内外关系的第一气室和第二气室，而是第一气室和第二气室在外部相连接的关系，通过第一气室和第二气室的沿推杆轴向的总长固定，使得可通过两气室的压差来实现推杆轴向的双向运动。

进一步的，第一气室、第二气室均由空气弹簧构成。

进一步的，该第一气室空气弹簧的端盖和第二气室空气弹簧的端盖连接而形成并列的气室，该并列的气室整体设置于外箱体内，推杆设置于气室中部的端盖上，并穿过第一气室或第二气室空气弹簧的另一端盖。

进一步的，该第一气室和第二气室内的压力均可调节。

进一步的，该第一气室开设有第一进气口。以用于第一气室内气压的调节。

进一步的，该第二气室开设有第二进气口。以用于第二气室内气压的调节。

进一步的，该第一进气口设置有至第一气室的气体单向通过机构，或第二进气口设置有至第二气室的气体单向通过机构。该气体单向通过机构用以稳定其中一气室内的气压。

本发明的阀门，采用所述的以空气为动力的执行机构。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）所述以空气为动力的执行机构基于上述设计，实现了无弹簧复位的功能，克服了传统以弹簧作为执行机构复位原件具有的易损件，疲劳后不能提供足够的回位力缺点，本发明通过气室的空气压力实现复位，回位的可靠性高，另外因为弹簧间的取消，也避免了因更换弹簧引起的检修，使得机构的连续工作的周期长，同时寿命也得到增加；

（2）采用空气弹簧作为气室时，相比活塞结构，由于内外气室的分隔面间无相对滑动的密封结构，使得该结构的可靠性得到提高，且空气弹簧的往复推动作用明显；

（3）本发明的第一气室和第二气室的压力控制灵活，可通过控制气室的气压，灵活的改变执行结构的推力，而弹簧作为复位原件则无法实现推力的调整及改变；

（4）本发明的第一气室和第二气室中，可将任一气室设置为恒定气压，通过改变另一气室的压力而实现执行机构的动作，通过第一气室和第二气室这种功能性的改变，当运用于阀门时，该执行机构可实现正作用了和反作用力的互换。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的一实施方式结构示意图；

图2是本发明的另一实施方式结构示意图；

图3是本发明的另一实施方式结构示意图；

图4是本发明的另一实施方式结构示意图；

图5是本发明的另一实施方式结构示意图。

图中标记：1-第一气室、2-第二气室、3-推杆、4-缸体、5-空气弹簧、5a-端盖、5b-柔性囊体、6-导向套、7-第一进气口、8-第二进气口、9-外箱体。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的以空气为动力的执行机构，具有第一气室和第二气室；以及设置于第一气室或第二气室并穿透至气室之外的推杆；该第一气室和第二气室间存在的压差可使推杆所在的气室至少发生沿推杆轴向的可逆形变而带动推杆双向运动。第一气室和第二气室间的相对隔开的。

基于上述整体结构，进行如下几种具体实施方式的描述。

实施例1

本实施例的以空气为动力的执行机构，其结构如图1所示。

具有由一刚性的缸体4构成第一气室1，和位于第一气室1内的由空气弹簧5构成的第二气室2。

空气弹簧5具体由位于两端的端盖5a和位于两端盖之间的柔性囊体5b组成，作为第二气室2的空气弹簧5通过其上端的端盖5a固定于第一气室1的内顶壁，推杆3垂直固定于下端的端盖5a的外侧，并穿过第一气室1的壁至第一气室之外。空气弹簧5的弹性形变空间位于推杆3的轴向，下端的端盖5a与第一气室1的底壁间具有容纳弹性形变的空间。

当第一气室1和第二气室2间具有压力差时，作为第二气室2的空气弹簧5可弹性形变以推动推杆3沿轴向往复运动。

基于上述设计，另一实施方式中，第一气室1（即缸体4的底壁）还设置有用于推杆3运动导向的导向套6，导向套6上设置有密封圈以用于推杆3和缸体4间的密封，保证第一气室1的密封能力。

该第一气室1（缸体4）开设有第一进气口7。

该第二气室2（空气弹簧5）开设有第二进气口8，第二进气口8具体位于空气弹簧5上端的端盖5a上，并且第一气室1（缸体4）的顶壁开设有配套的孔以形成第二进气口8。

另外的一个实施方式中，第一进气口7或第二进气口8上设置有气体单向通过机构（如单向阀），未示意气体单向通过机构，但不影响本领域技术人员的理解。

实施例2

本实施例的以空气为动力的执行机构，其结构如图2所示。

具有由一刚性的缸体4构成第一气室1，和位于第一气室1内的由空气弹簧5构成的第二气室2。

空气弹簧5具体由位于两端的端盖5a和位于两端盖之间的柔性囊体5b组成，作为第二气室2的空气弹簧5通过其下端的端盖5a固定于第一气室1的内底壁，推杆3垂直固定于空气弹簧上端的端盖5a内侧，并穿过空气弹簧下端的端盖5a和第一气室1的壁至第一气室1之外。空气弹簧5的弹性形变空间位于推杆3的轴向，上端的端盖5a与第一气室1的顶壁间具有容纳弹性形变的空间。

当第一气室1和第二气室2间具有压力差时，作为第二气室2的空气弹簧5可弹性形变以推动推杆3沿推杆的轴向往复运动。

基于上述设计，另一实施方式中，第一气室1（即缸体4的底壁）还设置有用于推杆3运动导向的导向套6，导向套6上设置有密封圈以用于推杆3和缸体4间的密封，保证第一气室1的密封能力。

该第一气室1（缸体4）开设有第一进气口7。

该第二气室2（空气弹簧5）开设有第二进气口8，第二进气口8具体位于空气弹簧5下端的端盖5a上，并且第一气室1（缸体4）的底壁开设有配套的孔以形成第二进气口8。

另外的一个实施方式中，第一进气口7或第二进气口8上设置有气体单向通过机构（如单向阀），未示意气体单向通过机构，但不影响本领域技术人员的理解。

实施例3

本实施例的整体结构与实施例1和实施例2基本相似，所不同之处在于：第一气室1是一柔性缸体构成，具体的，第一气室1也是采用空气弹簧设计。即较大的空气弹簧作为第一气室1，内置一个较小的空气弹簧作为第二气室2，其结构如图3所示，其余设计和原理与实施例1和实施例2基本相同，也可采用第二气室2位于顶部的设计。

实施例4

本实施例采用另外一种可在推杆轴向发生可逆形变的第二气室的设计，执行机构整体结构与实施例1和实施例2或实施例3相同，所不同的在于，其中第二气室是采用活塞设计，即活塞腔固定于采用与上述实施例相同的方式固定于第一气室1内，活塞腔内的活塞用以在气压差下发生移动，活塞上的推杆3用于传递移动，其结构如图4所示，其余设计和原理与实施例1和实施例2基本相同，也可采用第二气室2位于顶部的设计，显然，本设计中第一气室1也可以采用空气弹簧。

实施例5

本实施例的以空气为动力的执行机构，其结构如图5所示。

具有均由空气弹簧5构成的第一气室1和第二气室2。

空气弹簧5具体由位于两端的端盖5a和位于两端盖之间的柔性囊体5b组成。两个空气弹簧5通过端盖5a相连形成并列的气室，并列的气室是设置于一刚性的外箱体9内，外箱体9内腔高度与两相连接的空气弹簧5总长一致以固定气室的总长度。其中，位于上方的是第一气室1，位于下方的是第二气室2，第一气室1的空气弹簧5的上端盖5a与外箱体9上顶壁相连接，第一气室1的空气弹簧5的下端盖5a与外箱体9下底壁相连接，推杆3是设置在第一气室和第二气室相重叠的端盖5a上，推杆3向下延伸，穿过第二气室2空气弹簧5的另一端盖5a和外箱体9底壁。外箱体9的侧壁具有容纳两空气弹簧的弹性形变的空间。

当第一气室1和第二气室2间具有压力差时，作为第一气室1、第二气室2的空气弹簧5可弹性形变以推动推杆3沿推杆的轴向往复运动。

基于上述设计，另一实施方式中，外箱体9的底壁还设置有用于推杆3运动导向的导向套6，导向套6上设置有密封圈以用于推杆3、外箱体9间的密封，保证第二气室2的密封能力。

该第一气室1（上空气弹簧5）开设有第一进气口7。

该第二气室2（下空气弹簧5）开设有第二进气口8。

第一进气口7、第二进气口8具体位于空气弹簧5的端盖5a上，并且外箱体9的壁开设有配套的孔以形成进气口。

另外的一个实施方式中，第一进气口7或第二进气口8上设置有气体单向通过机构（如单向阀），未示意气体单向通过机构，但不影响本领域技术人员的理解。

另外，本实施例的外箱体9也可以不为箱体结构，可以为内长固定的架体等同替换，其目的在于提供一固定的空间，而箱体结构还多空气弹簧起到了保护作用。

实施例6

实施本实施例涉及一种阀门，该阀门采用上5个实施例所描述的以空气为动力的执行机构。

以本发明的实施例2的以空气为动力的执行机构为例：

设定第二气室充入恒定气压气体，其工作原理和过程是：

（1）第二气室通入预压空气，由单向阀锁定；

（2）执行气源进入第一气室，随着气压增加，空气弹簧压缩开始向下移动，空间缩小，第二气室压力增高，带动推杆向下移动直到上下气室的压力相等；

（3）当执行气源气压下降，第二气室压力高于第一气室，空气弹簧开始向上移动，空间增加，第二气室压力降低，带动推杆向上移动直到上下气室的压力相等。

第二气室压力相当于空气代替弹簧蓄能，单向阀作用为锁定第二气室压力，并能单项补充恒定压力。

或者，设定第一气室充入恒定气压气体，其工作原理和过程是：

（1）第一气室通入预压空气，由单向阀锁定；

（2）执行气源进入第二气室，随着气压增加，空气弹簧压缩开始向上移动，空间加大，第一气室压力增高，带动推杆向上移动直到上下气室的压力相等；

（3）当执行气源气压下降，第一气室压力高于第二气室，空气弹簧开始向下移动，空间减小，第一气室压力降低，带动推杆向下移动直到上下气室的压力相等。

这时，第一气室压力相当于空气代替弹簧蓄能，单向阀作用为锁定第一气室压力，并能单项补充恒定压力。

上述两个过程实现了两个气室“空气代替弹簧蓄能”功能的互换，从而实现了在应用过程的正作用和反作用的互换。

其余实施例的过程与过程相类似。

同时，本发明的优点还在于各气室的预压力大小可调节，相当于实现了传统弹簧参数的调节，这是弹簧作为复位元件所无法具有的优势。

本发明的以空气为动力的执行机构，基于上述设计实现了无弹簧复位的功能，克服了传统以弹簧作为以空气为动力的执行机构复位原件具有的短板；本发明通过气室的空气压力实现复位，回位的可靠性高；另外因为弹簧间的取消，也避免了因更换弹簧引起的检修，机构的连续工作的周期长，同时寿命也得到增加。

通过实验表明，该以空气为动力的执行机构不仅能提供持续稳定的调节控制，还能实现长期、快速的调节控制，可以实现连续动作40万次，最快连续动作时间为3秒，完全克服了弹簧快速连续动作的发热、弹性失效，甚至断裂的风险。相对比现有执行机构，结构更加简洁，且具有巨大的技术优势。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.以空气为动力的执行机构，其特征在于：具有第一气室（1）和位于第一气室（1）内的第二气室（2）；以及设置于第二气室（2）并穿透至气室之外的推杆（3）；该第一气室（1）和第二气室（2）间存在的压差可使推杆（3）所在的气室至少发生沿推杆轴向的可逆形变而带动推杆（3）双向运动；

该第一气室（1）压力调节的第一进气口（7）设置有至第一气室的气体单向通过机构，且该第二气室（2）压力调节的第二进气口（8）设置有至第二气室的气体单向通过机构，以使第一气室（1）和第二气室（2）内的压力均可调节；

该第二气室（2）由空气弹簧（5）构成。

2.如权利要求1所述的以空气为动力的执行机构，其特征在于：该空气弹簧（5）通过其上端的端盖（5a）固定于第一气室（1）的内顶壁，推杆（3）固定于空气弹簧（5）下端的端盖（5a）的外侧，并穿过第一气室的壁至第一气室（1）之外。

3.如权利要求1所述的以空气为动力的执行机构，其特征在于：该空气弹簧（5）通过其下端的端盖（5a）固定于第一气室（1）的内底壁，推杆（3）固定于空气弹簧上端的端盖（5a）内侧，并穿过空气弹簧下端的端盖（5a）和第一气室的壁至第一气室（1）之外。

4.如权利要求1所述的以空气为动力的执行机构，其特征在于：该第一气室（1）也由空气弹簧（5）构成。