CN108331875B - 一种正负压双模缓冲装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正负压双模缓冲装置，由两个相对独立的气缸套组件和气缸柱塞组件组成的，在气缸套组件内安装有气缸套连体活塞，在气缸柱塞组件上安装有气缸柱塞连体活塞，在气缸柱塞连体活塞与气缸套组件上端之间形成正压气密仓，气缸柱塞连体活塞和气缸套连体活塞之间形成负压气密仓，气缸套连体活塞与气缸柱塞组件下端之间形成气液混合仓。本发明将正负压双模缓冲装置内部气缸分为正压气密仓、负压气密仓、气液混合仓，实现“正负气压缓冲和气液混合缓冲”的双模态缓冲，即有气压缓冲的冲击力小的优势也有液压缓冲能量吸收率大的特点，极大的改善和提升了缓冲装置的工作效果和效率。

Description

一种正负压双模缓冲装置及应用

技术领域

本发明属于通用机械领域，涉及一种正负压缓冲装置，正负压缓冲装置是在一个密闭的圆柱形空间里，利用隔仓活塞移动时产生的正负向压强、并将吸收的外部动能、在气态和液态介质中储存并释放的缓冲装置。

背景技术

现代化大生产加快了生活节奏，人们在快节奏的生产、生活中经常会受到意外冲击和伤害。比如电梯在高空被动坠落、车辆发生追尾碰撞等，巨大的失控动能给人的生命财产造成巨大伤害。为了避免或减轻动能伤害，人们使用了各种吸能缓冲装置，但仍不足以彻底解决动能伤害问题。

本发明提出一种正负压双模缓冲装置， 以不同视角，通过引入“双活塞概念及活塞前后端正负气压的形成、以及动能在气态、液态介质中存储和释放对缓冲装置影响”的论证，为缓冲装置的应用提供另一种新的备选方案。

发明内容

本发明目的是为弥补现有缓冲技术的不足，提供一种正负压双模缓冲装置，为缓冲应用提供另一种备选方案。

本发明采用了下述技术方案。一种正负压双模缓冲装置，由两个相对独立的气缸套组件和气缸柱塞组件组成的，在气缸套组件内安装有气缸套连体活塞，在气缸柱塞组件上安装有气缸柱塞连体活塞。

进一步改进，气缸柱塞组件顶端固定连接有气缸柱塞连体活塞，钢质气缸的中心设有安装有气缸套定位主杆，气缸套定位主杆固定连接在气缸柱塞组件的底端，气缸套定位主杆套装气缸套复位弹簧，气缸柱塞组件内还设有两道气缸套定位辅杆套，两道气缸套定位辅杆套对称布置在气缸套定位主杆两侧，气缸套定位辅杆套与气缸柱塞组件的两端紧固连接，两个气缸套定位辅杆套上分别开设有液体流出口，两个气缸套定位辅杆套的底部分别开设液体流入口；

所述气缸套组件内安装定位主柱杆套，定位主柱杆套上端与气缸套组件上端固定连接，定位主柱杆套下端与气缸套连体活塞固定连接，气缸套连体活塞上设有气缸套定位辅杆套通过孔，定位主柱杆套下端设有复位弹簧限位卡，气缸套组件内设有两根定位辅杆，定位辅杆连接在气缸套组件顶部并位于定位主柱杆套两侧；气缸套组件的上端外壁上设有调压阀；

气缸柱塞组件的上端自气缸套组件的下端插入气缸套组件内，气缸柱塞连体活塞置于气缸套组件内，气缸柱塞连体活塞位于气缸套连体活塞的上方，气缸套定位主杆插入所述定位主柱杆套内，并且气缸套复位弹簧上端卡合在复位弹簧限位卡中，气缸柱塞组件的气缸套定位辅杆套穿过气缸套定位辅杆套通过孔，两根定位辅杆穿过气缸柱塞连体活塞并插入气缸柱塞组件的气缸套定位辅杆套中；在气缸柱塞连体活塞与气缸套组件上端之间形成正压气密仓，气缸柱塞连体活塞和气缸套连体活塞之间形成负压气密仓，气缸套连体活塞与气缸柱塞组件下端之间形成气液混合仓。

进一步优选，气缸套定位辅杆套的上段始终与定位辅杆连接，称为实芯段气缸套定位辅杆套，气缸套定位辅杆套的下段称为空芯段气缸套定位辅杆套。

进一步优选，气缸套定位辅杆套内两个液体流出口与液体流入口之间的空芯段气缸套定位辅杆套是输送液体介质的通道。

进一步优选，气缸柱塞组件为钢质气缸，气缸套组件是钢质圆柱形中空体。

进一步优选，两个液体流出口的高度不等，使得缓冲过程可以分三个行程。

进一步优选，所述气缸柱塞连体活塞的上端设有气缸柱活塞密封圈，气缸套连体活塞下侧设有气缸套活塞密封圈。

进一步优选，所述气缸套定位辅杆套是空心柱体，内孔与定位辅杆配合，气缸套定位辅杆套外径与气缸套定位辅杆套通过孔配合。

进一步优选，气缸柱塞组件底端设有气缸柱安装孔，气缸柱安装孔采用螺纹结构。

本发明提供了的正负压双模缓冲装置，可用于各类机械缓冲卸荷。

本发明还提供了基于该正负压双模缓冲装置的缓冲卸荷方法：

把气缸套组件的活动行程等距划分为第一行程、第二行程、第三行程，共三个阶段，气缸套组件的最低点分别定义为A位置、B位置、C位置、D位置，共四个止点，当气缸套组件的最低点在A位置时，正负压双模缓冲装置为初始状态，气缸套组件是在气缸套复位弹簧的支撑下处于静止待机状态；

当气缸套组件的最低点运行至B位置时，气液混合仓內的空气被压缩，负压气密仓产生负压，在正负压强的共同作用下气液混合仓內的部分液体最先经液体流出口1注入到负压气密仓，同时在正压气密仓内也形成高压气体，并经调压阀向外排放；正负压双模缓冲装置在第一行程内，完成了部分能量吸收和能量释放；

当气缸套组件从B运位置行至C位置时，定位辅杆关闭了气缸套定位辅杆套的一个液体流出口，同时，因为气缸套连体活塞下移，使另一个液体流出口与负压气密仓连通，此时大部分液体经另一个液体流出口注入到负压气密仓，同时在正压气密仓内再次形成高压气体，并经调压阀向外排放；正负压双模缓冲装置在第二行程内，又一次完成了部分能量吸收和能量释放；

当气缸套组件从C位置运行至D位置时，气液混合仓內液体全部注入到了负压气密仓，在正压气密仓内最后一次形成高压气体，并经调压阀向外排放；定位辅杆将液体流出口全部关闭，气液混合仓內只有少量空气被压缩，可以起到气缸套组件和气缸柱塞组件软接触效果，正负压双模缓冲装置在第三行程内，最终完成了全部的能量吸收和能量释放；

当气缸套组件停止在D位置，此时若撤销外部压力，气缸套组件2在气缸套复位弹簧的作用下逐渐恢复到A位置，重新处于静止待机状态。

活塞在密闭的圆柱体内，由于活塞发生单向位移，在活塞运行方向上产生了正向压力，同时在活塞运行的反方向产生了负向压力。这两个概念对立的又同时作用在活塞上的力目的是相同的：前者是阻止活塞前行后者则拉住活塞前行。大多数缓冲装置只利用了前者而忽视了对负压的应用。本发明的正负压双模缓冲装置利用了正向压力和负向压力起到缓冲作用，并且将气缸分为正压气密仓、负压气密仓、气液混合仓。当气缸柱塞组件与气缸套组件发生相对运动时，内部产生了正负气压，并且同时作用于气缸套连体活塞上，起到阻止气缸套组件运动的阻力作用。在负压气密仓里，负仓压力差可以通过气体或液体交流进行平衡，气体或液体在负压气密仓和正压气密仓间的交流便是储能释放、压差平衡、活塞继续运行并吸储外部动能的统一过程。在负压气密仓与气液混合仓之间也发生不同介质的流动和交换，从而达到吸收和释放外部动能的效果。由此可以认定在正负压双模缓冲装置中“正负气压缓冲和气液混合缓冲”的双模态缓冲得到了实际应用。在同一个缓冲装置里，同时设置了两种缓冲模式目的是综合两种缓冲模式的优势，提升缓冲装置的工作效率。即有气压缓冲的冲击力小的优势也有液压缓冲能量吸收率大的特点，极大的改善和提升了缓冲装置的工作效果和效率。

附图说明

图1是本发明所述正负压双模缓冲装置的气缸柱塞组件结构示意图。

图2是本发明所述正负压双模缓冲装置的气缸套组件结构示意图。

图3是本发明的正负压双模缓冲装置组装示意图。

图4是本发明的正负压双模缓冲装置的缓冲行程示意图。

图5是本发明的正负压双模缓冲装置走完第一行程的状态示意图。

图6是本发明的正负压双模缓冲装置走完第二行程的状态示意图。

图7是本发明的正负压双模缓冲装置走完第三行程的状态示意图。

图中：1. 气缸柱塞组件、101.气缸柱安装孔、102.气缸柱活塞密封圈、103.气缸柱塞连体活塞、104.实芯段气缸套定位辅杆套、105.气缸套定位主杆、106.液体流出口、107.空芯段气缸套定位辅杆套、108. 气缸套复位弹簧、109.液体流入口、110.液体液面、2.气缸套组件、201.调压阀、202.气缸套连体活塞、203.复位弹簧限位卡、204.定位辅杆、205.定位主柱杆套、206.气缸套定位辅杆套通过孔、207.气缸套活塞密封圈、3.正压气密仓、4.负压气密仓、5.气液混合仓。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图进一步详细阐明发明。

正负压双模缓冲装置是由两个相对独立的气缸套组件2和气缸柱塞组件1组成的。在气缸套组件2内安装有气缸套连体活塞202，在气缸柱塞组件1上安装有气缸柱塞连体活塞103，由此，正负压双模缓冲装置采用了双活塞概念。

气缸柱塞组件1的结构如图1所示，气缸柱塞组件1为钢质气缸，气缸柱塞组件1底端设有气缸柱安装孔101，气缸柱安装孔101采用螺纹结构，组装时加密封胶紧密组合，形成的空心钢质圆柱体，气缸柱塞组件1顶端固定连接有气缸柱塞连体活塞103，气缸柱塞连体活塞103的上端设有气缸柱活塞密封圈102，气缸柱塞组件1的中心设有安装有气缸套定位主杆105，气缸套定位主杆105固定连接在气缸柱塞组件1的底端，气缸套定位主杆105套装气缸套复位弹簧108，钢质气缸内还设有两道气缸套定位辅杆套，两道气缸套定位辅杆套对称布置在气缸套定位主杆105两侧，气缸套定位辅杆套与气缸柱塞组件1的两端紧固连接，气缸套定位辅杆套可以起到关闭或开启液体流出口的作用，同时也可以定位气缸柱塞连体活塞103的活动路径，在两个气缸套定位辅杆套上分别开设有液体流出口106，两个气缸套定位辅杆套的底部分别开设液体流入口109。从液体流入口109注入液体介质，如液压油，液体液面110高度根据缓冲力大小调节。

气缸套组件2的结构如图2所示，气缸套组件2是钢质圆柱形中空体，气缸套组件2内安装定位主柱杆套205，定位主柱杆套205上端与气缸套组件2上端固定连接，定位主柱杆套205下端与气缸套连体活塞202固定连接，气缸套连体活塞202上凿有气缸套定位辅杆套通过孔206，气缸套连体活塞202下侧设有气缸套活塞密封圈207，定位主柱杆套205下端设有复位弹簧限位卡203，以限制弹簧位置，气缸套组件2内设有两根定位辅杆204，定位辅杆204连接在气缸套组件2顶部并位于定位主柱杆套205两侧；气缸套组件2的外壁上设有调压阀201。

气缸柱塞组件1的上端自气缸套组件2的下端插入气缸套组件2内，气缸柱塞连体活塞103置于气缸套组件2内，气缸柱塞连体活塞103位于气缸套连体活塞202的上方，气缸套定位主杆105插入所述定位主柱杆套205内，并且气缸套复位弹簧108上端卡合在复位弹簧限位卡203中，气缸柱塞组件1的气缸套定位辅杆套穿过气缸套定位辅杆套通过孔206，两根定位辅杆204穿过气缸柱塞连体活塞103并插入气缸柱塞组件1的气缸套定位辅杆套中。气缸套定位辅杆套的上段始终与定位辅杆204连接，称为实芯段气缸套定位辅杆套104，气缸套定位辅杆套的下段称为空芯段气缸套定位辅杆套107。气缸套定位辅杆套内两个液体流出口106与液体流入口109之间的空芯段气缸套定位辅杆套107是输送液体介质的通道。

较佳的，两个液体流出口106的高度不等，使得缓冲过程可以分三个行程。

气缸柱塞组件1与气缸套组件2的组合方式如图3所示，气缸套组件2下压过程中，在气缸柱塞连体活塞103与气缸套组件2上端之间形成正压气密仓3，气缸柱塞连体活塞103和气缸套连体活塞202相对远离，气缸柱塞连体活塞103和气缸套连体活塞202之间形成负压气密仓4，气缸套连体活塞202与气缸柱塞组件1下端之间形成气液混合仓5。

所述气缸套定位辅杆套是空心柱体，内孔与定位辅杆204配合，气缸套定位辅杆套外径与气缸套定位辅杆套通过孔206配合。

参照图3，当气缸柱塞组件1与气缸套组件2发生相对运动时，内部产生了正负气压，并且同时作用于气缸套连体活塞202上，起到阻止气缸套组件2运动的阻力作用。在负压气密仓4里，负仓压力差可以通过气体或液体交流进行平衡，气体或液体在负压气密仓4和正压气密仓3间的交流便是储能释放、压差平衡、活塞继续运行并吸储外部动能的统一过程。在负压气密仓4与气液混合仓5之间也发生不同介质的流动和交换，从而达到吸收和释放外部动能的效果。由此可以认定在正负压双模缓冲装置中“正负气压缓冲和气液混合缓冲”的双模态缓冲得到了实际应用。在同一个缓冲装置里，同时设置了两种缓冲模式目的是综合两种缓冲模式的优势，提升缓冲装置的工作效率。比如在于正压气密仓3和负压气密仓4之间，两仓压力差可以通过气体或液体交流进行平衡，气体或液体在两仓内的交流便是储能释放、压差平衡、活塞继续运行并吸储外部动能的统一过程。

正负压双模缓冲装置的具体应用与设置：如图4所示，如果把气缸套组件2的活动行程等距划分为（第一行程、第二行程、第三行程）三个阶段，气缸套组件2的最低点分别定义为（A位置、B位置、C位置、D位置）四个止点。当气缸套组件2的最低点在A位置时，正负压双模缓冲装置为初始状态，气缸套组件2是在气缸套复位弹簧8的支撑下处于静止待机状态。

如图5所示，当气缸套组件2的最低点运行至B位置时，气液混合仓5內的空气被压缩，负压气密仓4产生负压，在正负压强的共同作用下气液混合仓5內的部分液体最先经液体流出口106注入到负压气密仓4，同时在正压气密仓3内也形成高压气体，并经调压阀201向外排放。正负压双模缓冲装置在第一行程内，完成了部分能量吸收和能量释放。

如图6所示，当气缸套组件2从B运位置行至C位置时，定位辅杆204关闭了气缸套定位辅杆套的一个液体流出口106，同时，因为气缸套连体活塞202下移，使另一个液体流出口106与负压气密仓4连通，此时大部分液体经另一个液体流出口106注入到负压气密仓4，同时在正压气密仓3内再次形成高压气体，并经调压阀201向外排放。正负压双模缓冲装置在第二行程内，又一次完成了部分能量吸收和能量释放。

再由图7所示，当气缸套组件2从C位置运行至D位置时，气液混合仓5內液体全部注入到了负压气密仓4，在正压气密仓3内最后一次形成高压气体，并经调压阀201向外排放。定位辅杆204将液体流出口106全部关闭，气液混合仓5內只有少量空气被压缩，可以起到气缸套组件2和气缸柱塞组件1软接触效果，正负压双模缓冲装置在第三行程内，最终完成了全部的能量吸收和能量释放。

正负压双模缓冲装置完成了三个行程部能量到释放，最终完成了全部的能量吸收和能量释放。

当气缸套组件2停止在D位置，此时若撤销外部压力，气缸套组件2在气缸套复位弹簧108的作用下逐渐恢复到A位置，重新处于静止待机状态。

正负压双模缓冲装置的关键技术节点说明：第一，打开调压阀201压力大小的设置应当根据正负压双模缓冲装置的应用对象和使用环境作出精准设定。第二，液体流出口106位置和液体液面110高度的确定要相互对应，最佳配合是打开到关闭液体流出口106，尽可能将液体全部注入到负压气密仓4。第三，气缸柱活塞密封圈102、气缸套活塞密封圈207以及定位主柱杆套205和气缸套定位主杆105的间隙配合及密封效果要保持良好。第四，气缸套定位辅杆套与气缸套定位辅杆套通过孔206的间隙配合及密封效果也要保持良好状态。

更进一步的，为了方便负压气密仓4和正压气密仓3之间的气流交换平衡，气缸柱塞连体活塞103中可设置连通负压气密仓4和正压气密仓3的可调节可关闭的阀门；同理，气缸套连体活塞202中也可设置可调节可关闭的阀门，以进一步使负压气密仓4和气液混合仓5之间的介质交流。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种正负压双模缓冲装置，其特征是：由两个相对独立的气缸套组件和气缸柱塞组件组成的，在气缸套组件内安装有气缸套连体活塞，在气缸柱塞组件上安装有气缸柱塞连体活塞；所述气缸柱塞组件顶端固定连接有气缸柱塞连体活塞，钢质气缸的中心设有安装有气缸套定位主杆，气缸套定位主杆固定连接在气缸柱塞组件的底端，气缸套定位主杆套装气缸套复位弹簧，气缸柱塞组件内还设有两道气缸套定位辅杆套，两道气缸套定位辅杆套对称布置在气缸套定位主杆两侧，气缸套定位辅杆套与气缸柱塞组件的两端紧固连接，两个气缸套定位辅杆套上分别开设有液体流出口，两个气缸套定位辅杆套的底部分别开设液体流入口；

所述气缸套组件内安装定位主柱杆套，定位主柱杆套上端与气缸套组件上端固定连接，定位主柱杆套下端与气缸套连体活塞固定连接，气缸套连体活塞上设有气缸套定位辅杆套通过孔，定位主柱杆套下端设有复位弹簧限位卡，气缸套组件内设有两根定位辅杆，定位辅杆连接在气缸套组件顶部并位于定位主柱杆套两侧；气缸套组件的上端外壁上设有调压阀；

所述气缸柱塞组件的上端自所述气缸套组件的下端插入气缸套组件内，气缸柱塞连体活塞置于气缸套组件内，气缸柱塞连体活塞位于气缸套连体活塞的上方，气缸套定位主杆插入所述定位主柱杆套内，并且气缸套复位弹簧上端卡合在复位弹簧限位卡中，气缸柱塞组件的气缸套定位辅杆套穿过气缸套定位辅杆套通过孔，两根定位辅杆穿过气缸柱塞连体活塞并插入气缸柱塞组件的气缸套定位辅杆套中；在气缸柱塞连体活塞与气缸套组件上端之间形成正压气密仓，气缸柱塞连体活塞和气缸套连体活塞之间形成负压气密仓，气缸套连体活塞与气缸柱塞组件下端之间形成气液混合仓。

2.根据权利要求1所述的正负压双模缓冲装置，其特征是：所述气缸套定位辅杆套的上段始终与定位辅杆连接，称为实芯段气缸套定位辅杆套，气缸套定位辅杆套的下段称为空芯段气缸套定位辅杆套。

3.根据权利要求1所述的正负压双模缓冲装置，其特征是：气缸套定位辅杆套内两个液体流出口与液体流入口之间的空芯段气缸套定位辅杆套是输送液体介质的通道。

4.根据权利要求1所述的正负压双模缓冲装置，其特征是：所述气缸柱塞组件为钢质气缸，气缸套组件是钢质圆柱形中空体。

5.根据权利要求1所述的正负压双模缓冲装置，其特征是：两个液体流出口的高度不等。

6.根据权利要求1所述的正负压双模缓冲装置，其特征是：所述气缸柱塞连体活塞的上端设有气缸柱活塞密封圈，气缸套连体活塞下侧设有气缸套活塞密封圈。

7.根据权利要求1所述的正负压双模缓冲装置，其特征是：所述气缸套定位辅杆套是空心柱体，内孔与定位辅杆配合，气缸套定位辅杆套外径与气缸套定位辅杆套通过孔配合。

8.一种权利要求1-7任意一项所述正负压双模缓冲装置的应用，其特征是：用于各类机械缓冲卸荷。

9.一种基于权利要求1-7任意一项所述正负压双模缓冲装置的缓冲卸荷方法，其特征是，

把气缸套组件的活动行程等距划分为第一行程、第二行程、第三行程，共三个阶段，气缸套组件的最低点分别定义为A位置、B位置、C位置、D位置，共四个止点，当气缸套组件的最低点在A位置时，正负压双模缓冲装置为初始状态，气缸套组件是在气缸套复位弹簧的支撑下处于静止待机状态；

当气缸套组件的最低点运行至B位置时，气液混合仓內的空气被压缩，负压气密仓产生负压，在正负压强的共同作用下气液混合仓內的部分液体最先经液体流出口1注入到负压气密仓，同时在正压气密仓内也形成高压气体，并经调压阀向外排放；正负压双模缓冲装置在第一行程内，完成了部分能量吸收和能量释放；

当气缸套组件从B运位置行至C位置时，定位辅杆关闭了气缸套定位辅杆套的一个液体流出口，同时，因为气缸套连体活塞下移，使另一个液体流出口与负压气密仓连通，此时大部分液体经另一个液体流出口注入到负压气密仓，同时在正压气密仓内再次形成高压气体，并经调压阀向外排放；正负压双模缓冲装置在第二行程内，又一次完成了部分能量吸收和能量释放；

当气缸套组件从C位置运行至D位置时，气液混合仓內液体全部注入到了负压气密仓，在正压气密仓内最后一次形成高压气体，并经调压阀向外排放；定位辅杆将液体流出口全部关闭，气液混合仓內只有少量空气被压缩，可以起到气缸套组件和气缸柱塞组件软接触效果，正负压双模缓冲装置在第三行程内，最终完成了全部的能量吸收和能量释放；

当气缸套组件停止在D位置，此时若撤销外部压力，气缸套组件2在气缸套复位弹簧的作用下逐渐恢复到A位置，重新处于静止待机状态。