CN106438574B - 机械自锁式活塞缸及联杆机构控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械自锁式活塞缸及联杆机构控制系统，该机械自锁式活塞缸包括活塞缸筒、活塞总成、前叉总成、支座、锁杆总成和下压件。活塞总成的活塞端位于活塞缸筒内，前叉总成固定在活塞总成的活塞杆上，支座固定在活塞缸筒的前盖端面上，锁杆总成的后端铰接在支座上，下压件固定在支座上，且下压件压在锁杆总成上，活塞总成在第一位置时，锁杆总成的前端内推部抵在前叉总成的外移侧，活塞总成由第一位置外移至第二位置时，前叉总成脱离前端内推部。本发明解决了现有活塞缸自锁方式易自锁失效且易卡滞无法工作的技术问题，结构简单、性能可靠。

Description

机械自锁式活塞缸及联杆机构控制系统

技术领域

本发明涉及传动机械领域，尤其涉及一种机械自锁式活塞缸及联杆机构控制系统。

背景技术

当联杆机构控制系统(如料仓门的开与关的控制)采用活塞缸作为动力源进行驱动时，通常除了依靠机械原理特性设置机构自锁外，仍需设置二级自锁，一旦机构自锁失效，二级自锁即可发挥作用，以确保系统安全可靠。

现有实现活塞缸自锁方式大致有两种：第一种是在活塞缸管路上设置单向阀、双压阀等控制元件，通过封闭活塞缸的进出口截断流体的流动，实现了对活塞缸的自锁。第一种活塞缸自锁方式在实际应用中存在以下不足：对活塞缸的气密性要求高、长时间保压、环境温度变化较大等工况基本无法应用，且易自锁失效或因卡滞而无法工作。

第二种是在活塞缸内增设活塞杆锁紧单元，该单元在压力信号低于一定值时锁住活塞杆，当压力信号到达一定值时松开活塞杆，实现对活塞缸的自锁。

锁紧单元与活塞杆之间易卡滞无法脱离，导致活塞缸不能正常工作；因结构限制，锁紧单元锁销强度受限，易变形断裂而导致失效。

经上述可以看出，现有活塞缸自锁方式易自锁失效且易卡滞无法工作。

发明内容

本发明实施例通过提供一种机械自锁式活塞缸及联杆机构控制系统，解决了现有活塞缸自锁方式易自锁失效且易卡滞无法工作的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供的机械自锁式活塞缸，包括：活塞缸筒，活塞总成，前叉总成，支座，锁杆总成，下压件；

所述活塞总成的活塞端位于所述活塞缸筒内，所述前叉总成固定在所述活塞总成的活塞杆上，所述支座固定在所述活塞缸筒的前盖端面上，所述锁杆总成的后端铰接在所述支座上，所述下压件固定在所述支座上，且所述下压件压在所述锁杆总成上，所述活塞总成在第一位置时，所述锁杆总成的前端内推部抵在所述前叉总成的外移侧，所述活塞总成由所述第一位置外移至第二位置时，所述前叉总成脱离所述前端内推部。

优选的，所述锁杆总成包括：锁杆，锁钩，转轴；

所述锁杆的后端通过所述转轴与所述支座连接，所述锁钩固定在所述锁杆的前端，所述前端内推部位于所述锁钩的下端端部。

优选的，所述锁杆的后端端面的上部为弧面，所述锁杆的所述后端端面的下部为直面。

优选的，所述前叉总成包括：前叉本体，销轴总成；

所述前叉本体的前端为双耳板部，所述双耳板部上相对着开有腰圆孔，所述销轴总成位于所述腰圆孔内，所述前叉本体的后端开有活塞杆安装孔，所述前叉本体通过所述活塞杆安装孔紧固在所述活塞杆上，所述活塞总成在所述第一位置时，所述前端内推部抵在所述销轴总成上。

优选的，所述前叉本体上设置有外推部，所述锁杆的下缘工作面由前下降作用面、中水平作用面和后上升作用面构成，所述活塞总成在所述第一位置时，所述外推部抵在所述前下降作用面。

优选的，所述锁杆总成还包括燕尾板；

所述燕尾板焊接在所述锁杆上，所述锁钩通过可拆卸固定件紧固在所述燕尾板上。

优选的，所述销轴总成包括销轴，所述销轴位于所述前叉本体的所述腰圆孔内，所述销轴上在所述腰圆孔外侧均设置有大垫圈和小垫圈，所述销轴的两端端部设置有开口哨。

优选的，所述下压件具体为限位板簧，所述限位板簧的后端固定在所述支座上，所述限位板簧的前端压在所述锁杆的上缘面。

优选的，所述下压件为扭簧，所述扭簧的弹簧圈套在所述转轴上，所述扭簧的扭臂压在所述锁杆的上缘面。

第二方面，本发明实施例提供了一种联杆机构控制系统，包括联杆机构和如第一方面所述的机械自锁式活塞缸，所述联杆机构外接在所述机械自锁式活塞缸的前叉总成上。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过前叉总成固定在活塞总成的活塞杆上，支座固定在活塞缸筒的前盖端面上，锁杆总成的后端铰接在支座上，下压件固定在支座上，且下压件压在锁杆总成上方，活塞总成在第一位置时锁杆总成的前端内推部抵在前叉总成的外移侧，活塞总成由第一位置外移至第二位置时，带动前叉总成脱离锁杆总成的前端内推部。因此锁杆总成在下压件的作用力下呈转动趋势，使得锁杆总成与前叉总成贴合形成锁定。只要活塞总成不执行动作，前叉总成就始终被锁定，外接的联杆结构就会被锁定。因此解决了现有活塞缸自锁方式易自锁失效且易卡滞无法工作的技术问题，结构简单、性能可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中机械自锁式活塞缸的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中机械自锁式活塞缸的部分结构示意图；

图3为图2中前叉本体的结构示意图；

图4为图1中销轴总成的结构示意图；

图5为图1中锁杆总成的结构示意图；

图6为图5中锁杆的结构示意图；

图7为图5中锁钩的结构示意图；

图8为本发明实施例中机械自锁式活塞缸的锁定状态图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1～图7所示，本发明实施例提供的机械自锁式活塞缸，包括：活塞缸筒1、活塞总成2、前叉总成3、支座4、锁杆总成5和下压件6。

活塞总成2的活塞端位于活塞缸筒1内，前叉总成3固定在活塞总成2的活塞杆21上，支座4固定在活塞缸筒1的前盖端面11上，锁杆总成5的后端铰接在支座4上，下压件6固定在支座4上，且下压件6压在锁杆总成5上，活塞总成2在第一位置时，锁杆总成5的前端内推部523抵在前叉总成3的外移侧，活塞总成2由第一位置外移至第二位置时，前叉总成3脱离锁杆总成5的前端内推部523。

具体的，第一位置为活塞总成2在活塞缸筒1内的最大回缩位置。

活塞总成2包括活塞杆21和在活塞杆21后端装配的活塞，活塞杆21的前端从在活塞缸筒1的前盖端面11伸出至活塞缸筒1外。前叉总成3的后端开有活塞杆安装孔3113，前叉总成3通过活塞杆安装孔3113紧固在活塞杆21的前端。具体的，活塞杆21的前端设置有螺纹杆段，螺纹杆段旋紧在活塞杆安装孔3113中，从而实现前叉总成3紧固在活塞杆21的前端。

前叉总成3包括前叉本体31和销轴总成32，前叉本体31的结构参考图3所示，销轴总成32的结构参考图4所示。

具体的，如图3所示，前叉本体31的前端为双耳板部311，双耳板部311相对着开有腰圆孔3111、3112，销轴总成32位于腰圆孔3111、3112内，活塞杆安装孔3113开在前叉本体31的后端，前叉本体31通过活塞杆安装孔3113紧固在活塞杆21的螺杆段。

前叉本体31上设置有外推部312，外推部312与前叉本体31一体成型上或为焊接在前叉本体31上的推铁。活塞总成2在第一位置时，外推部312抵在锁杆总成5上，锁杆总成5在外推部312的作用下呈转动趋势，活塞总成2由第一位置外移时，外推部312向外移动，锁杆总成5在外推部312的作用力下转动，活塞总成2外移至在活塞总成2外移至第二位置时，锁杆总成5脱离前端内推部523。

参考图4所示，销轴总成32包括销轴321，销轴321安装在前叉本体31的一对腰圆孔3111、3112内，销轴321上在腰圆孔3111、3112外侧均设置有大垫圈322和小垫圈323，销轴321的两端端部设置有开口哨324，通过开口哨324限定销轴321在腰圆孔3111、3112内并能在腰圆孔3111、3112内转动和移动。

参考图5所示，锁杆总成5包括锁杆51、锁钩52和转轴53。锁杆51的后端通过转轴53与支座4连接，锁钩52固定在锁杆51的前端，锁钩52的下端端部设置为前端内推部523。具体的，前端内推部523为与销轴321匹配的弧形限位面。

在第一实施方式中，参考图6所示，锁杆51的下缘工作面为圆弧面，圆弧面具体由前下降作用面511、中水平作用面512和后上升作用面513构成，活塞总成2在第一位置时，前叉本体31上的外推部312抵在锁杆51的前下降作用面511。活塞总成2从第一位置外移至第二位置时，外推部312脱离锁杆51的前下降作用面511，活塞总成2继续前移，外推部312经过中水平作用面512和后上升作用面513。则圆弧面的下缘工作面使锁杆总成5的启动力小，适合机械自锁式活塞缸水平或向上安装。

在第二实施方式中，锁杆51的下缘工作面为平面，适合机械自锁式活塞缸的各种安装。利用外推部312与下缘工作面摩擦力增大解锁锁杆总成5，以解决了机械自锁式活塞缸向下安装时因活塞前移导致意外解锁。

锁杆51的后端开有圆孔514，通过转轴53穿过圆孔514安装在支座4上，锁杆51的后端端面的上部为弧面515，锁杆51的后端端面的下部为直面516。弧面515使锁杆51相对于支座4转动上抬而不被阻挡，直面516支撑锁杆51，具体的，直面516与支座4之间仅有不大于3mm的间隙，限制了锁杆51下压触碰到活塞杆21。

进一步的，锁杆总成5还包括燕尾板54；燕尾板54焊接在锁杆51上，锁钩52通过可拆卸固定件紧固在燕尾板54上。具体的，燕尾板54焊接在锁杆51的前端，燕尾板54上沿长度方向开有多个用于安装锁钩52的锁钩安装孔。

如图7所示，锁勾52的一端为燕尾槽安装面521，在燕尾槽安装面521上开有固定孔522、锁勾52的另一端设置有前端内推部523。锁勾52通过紧定螺钉等可拆卸固定件穿过固定孔522旋紧到燕尾板54上的一个或两邻多个锁钩安装孔中，锁勾52沿锁杆51根据需要紧固在燕尾板54的不同位置，实现了锁勾52沿锁杆51的长度方向的位置可调。

参考图1所示，在第一实施方式下，下压件6为限位板簧，限位板簧的后端固定在支座4上，限位板簧的前端压着锁杆51的上缘面。在第二实施方式下，下压件6还为扭簧，扭簧的弹簧圈套在转轴53上，扭簧的扭臂压在锁杆51的上缘面。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种联杆机构控制系统，包括联杆机构(未图示)和前述实施例所述的机械自锁式活塞缸，联杆机构外接在机械自锁式活塞缸的前叉总成3上。具体外接在销轴321上，由机械自锁式活塞缸作为动力源进行驱动联杆机构。

下面参考图8对本发明实施例提供的机械自锁式活塞缸的工作过程进行描述：

锁定状态：联杆机构处于锁定位(如料仓门处于关闭位)时，活塞总成2位于最大回缩位置，锁杆总成5在下压件6的作用下绕转轴53呈转动趋势，锁勾52的前端内推部523抵在销轴321上贴合形成锁定，此时只要活塞总成2不执行动作，销轴321始终被锁定，连接在销轴321上的联杆机构就会被锁定。

解锁过程：压缩流体(如气体、液体)进入活塞缸筒1的无杆腔时，活塞总成2在压力差的作用下带动前叉总成3前移，当活塞总成2的推力大于锁杆总成5的启动力时，锁杆总成5在外推部312的作用下绕转轴53转动。当外推部312继续前移至第二位置时，锁勾52与销轴321脱离，实现机械自锁式活塞缸解锁。在解锁后，活塞总成2控制联杆机构打开。

恢复锁定：当活塞总成2完成打开联杆机构的动作后，再需要执行关闭联杆机构的动作时，压缩流体(如气体、液体)进入活塞缸筒1的有杆腔，活塞总成2在压力差的作用下带动前叉总成3回缩，当外推部312回缩至与锁杆51的前下降作用面511接触时，带动锁杆总成5绕转轴53转动，直至锁勾52的前端内推部523抵在销轴321上贴合形成锁定，连接在销轴321上的联杆机构也就被锁定。

在针对锁杆51为第一实施方式时，锁杆51的下缘工作面为圆弧面，下压件6施加给锁杆51的作用力为F₁，外推部312施加给锁杆51的水平力为F₂(忽略摩擦力)，则锁定力矩为：F₁×L₁＝M₁，其中，L₁为转轴53的轴心与下压件6对锁杆51的下压接触点之间的垂直距离；开锁力矩为：F₂×L₂＝M₂，其中，L₂为转轴53的轴心与外推部312对锁杆51的接触面之间的垂直距离。当：M₁＞M₂时，机械自锁式活塞缸锁锁定；M₁＝M₂时，机械自锁式活塞缸锁锁定；M₁＜M₂时，机械自锁式活塞缸锁解锁。水平或向上安装的活塞总成2在未工作时，M₂＝0，始终M₁≥M₂。因此机械自锁式活塞缸锁锁定。

在针对锁杆51为第二实施方式时，锁杆51的下缘工作面为平面，利用下缘工作面摩擦力增大来解锁锁杆总成5，解决因活塞总成2前移导致的意外解锁隐患。下压件6施加给锁杆51的作用力为F₁，外推部312施加给锁杆51的力为F₂(当机械自锁式活塞缸朝下安装且未工作时，F₂即为活塞总成2和前叉总成3的总自身重力)，F₂可分解为F₂₁和F₂₂两个分力，F_μ为前下降作用面511与外推部312之间的摩擦力。其中，F₂₁＝F₂×cos(θ)，F₂₂＝F₂×sin(θ)，F_μ＝F₂₁×μ。θ为F₂力作用线与接触面法线间的夹角，μ为前下降作用面511与外推部312之间的摩擦系数。利用外推部312施加给锁杆51的力F₂及下压件6施加给锁杆51的作用力F₁来克服机械自锁式活塞缸自重对自身机械锁的影响，确保机械自锁式活塞缸在未工作时机械锁锁定。

在第三实施方式下，在机械自锁式活塞缸的活塞缸中心轴非水平安装，则下压件6的作用力为阻止活塞总成2和前叉总成3在自重作用下外移而引起锁杆总成5抬起的回弹力F_1min：

式中0.7g为活塞总成2和前叉总成3的垂向加速度。L₁为转轴53的轴心与下压件6对锁杆51的下压接触点之间的垂直距离；L₂为转轴53的中心与外推部312对锁杆51的接触面之间的垂直距离，L_μ为转轴53的外形至外推部312对锁杆51的接触面之间的最小垂直距离。θ为F₂力作用线与接触面法线间的夹角，α为活塞缸中心轴与水平面之间的夹角；G为活塞总成2与前叉总成3的自重，g为重力加速度。

下压件6的最大回弹力F_1max为活塞缸筒1无杆腔的压力达到启动压力时，此时活塞缸筒1的无杆腔内的压缩流体推动活塞总成2外移时的轴向推力F_T作用于锁杆51而引起锁杆51转动：

D为活塞缸筒1的缸径；p₀为启动力；β为机械自锁式活塞缸的负载率：油缸为0.9，气缸为0.6～0.9。

下面给出第三种实施方式下活塞总成2和前叉组成4的自重G共为19.2kg的一个具体举例：锁杆51和外推部312的材质均为钢，摩擦系数μ为0.15(摩擦角为8.5°)。其他参数为：θ＝12°；α＝45°；L₁＝295mm；L₂＝105mm；L_μ＝97mm；D＝200mm；p₀＝4bar；β＝0.8。则计算出：F_1min＝67.88N；F_1max＝3150.26N。为减小解锁力来防止因摩擦自锁而解锁困难，又尽量利用摩擦力，减小下压件6的作用力，则10°＜θ≤15°。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过前叉总成固定在活塞总成的活塞杆上，支座固定在活塞缸筒的前盖端面上，锁杆总成的后端铰接在支座上，下压件固定在支座上，且下压件压在锁杆总成上方，活塞总成在第一位置时锁杆总成的前端内推部抵在前叉总成的外移侧，活塞总成由第一位置外移至第二位置时前叉总成脱离前端内推部。因此锁杆总成在下压件的作用力下呈转动趋势，使得锁杆总成与前叉总成贴合形成锁定。只要活塞总成不执行动作，前叉总成就始终被锁定，外接的联杆结构就会被锁定。因此解决了现有活塞缸自锁方式易自锁失效且易卡滞无法工作的技术问题，结构简单、性能可靠。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种机械自锁式活塞缸，其特征在于，包括：活塞缸筒，活塞总成，前叉总成，支座，锁杆总成，下压件；

所述锁杆总成包括：锁杆，锁钩，转轴；

所述锁杆的后端通过所述转轴与所述支座连接，所述锁钩固定在所述锁杆的前端，所述前端内推部位于所述锁钩的下端端部；

所述前叉总成包括：前叉本体，销轴总成；

所述前叉本体的前端为双耳板部，所述双耳板部上相对着开有腰圆孔，所述销轴总成位于所述腰圆孔内，所述前叉本体的后端开有活塞杆安装孔，所述前叉本体通过所述活塞杆安装孔紧固在所述活塞杆上，所述活塞总成在第一位置时，所述前端内推部抵在所述销轴总成上；

所述前叉本体上设置有外推部，所述锁杆的下缘工作面由前下降作用面、中水平作用面和后上升作用面构成，所述活塞总成在所述第一位置时，所述外推部抵在所述前下降作用面；

所述活塞总成的活塞端位于所述活塞缸筒内，所述前叉总成固定在所述活塞总成的活塞杆上，所述支座固定在所述活塞缸筒的前盖端面上，所述锁杆总成的后端铰接在所述支座上，所述下压件固定在所述支座上，且所述下压件压在所述锁杆总成上，所述活塞总成在第一位置时，所述锁杆总成的前端内推部抵在所述前叉总成的外移侧，所述活塞总成由所述第一位置外移至第二位置时，所述前叉总成脱离所述前端内推部。

2.如权利要求1所述的机械自锁式活塞缸，其特征在于，所述锁杆的后端端面的上部为弧面，所述锁杆的所述后端端面的下部为直面。

3.如权利要求1所述的机械自锁式活塞缸，其特征在于，所述锁杆总成还包括燕尾板；

所述燕尾板焊接在所述锁杆上，所述锁钩通过可拆卸固定件紧固在所述燕尾板上。

4.如权利要求1所述的机械自锁式活塞缸，其特征在于，所述销轴总成包括销轴，所述销轴位于所述前叉本体的所述腰圆孔内，所述销轴上在所述腰圆孔外侧均设置有大垫圈和小垫圈，所述销轴的两端端部设置有开口哨。

5.如权利要求1所述的机械自锁式活塞缸，其特征在于，所述下压件具体为限位板簧，所述限位板簧的后端固定在所述支座上，所述限位板簧的前端压在所述锁杆的上缘面。

6.如权利要求1所述的机械自锁式活塞缸，其特征在于，所述下压件为扭簧，所述扭簧的弹簧圈套在所述转轴上，所述扭簧的扭臂压在所述锁杆的上缘面。

7.一种联杆机构控制系统，其特征在于，包括联杆机构和如权利要求1-6中任一权利要求所述的机械自锁式活塞缸，所述联杆机构外接在所述机械自锁式活塞缸的前叉总成上。