CN1084291C - 自动平衡器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自动平衡器，该平衡器的主阀部分由排气阀和供气阀构成，排气阀和供气阀上下对称地安装于主阀腔内，平衡活塞上部有背压室，平衡活塞的下部有反馈室，反馈室通过反馈通道与二次压力口相连，平衡活塞与阀杆刚性连接，同时与出力杆刚性相连，出力杆下端有一个连接机构连接负载。本发明是一种全气动的，能感知负载力变化从而自动调节其出口压力使之与负载力匹配的自动平衡装置，可以应用在气动平衡式助力系统上及其他需自动调节压力的力控制系统上。

Description

自动平衡器

本发明提出一种自动平衡器，以流体为工作介质进行力的控制，是一种为上下移动重物而对重物重量进行自动平衡的装置。

目前的气动力控制系统，均使用气动调压阀(减压阀)或电-气压力比例阀来完成气体压力的控制。气动调压阀是通过转动手柄来改变其输出压力的，它不能感知负载力的变化而自动调节压力，因此，对需要压力能自动匹配负载重量的气动平衡器来说，气动调压阀不能满足要求，此时，人们常使用一组气动调压阀及一套气动换向回路来近似地、有级地实现其压力的变化。显然，其性能差且成本高。使用电-气压力比例阀可以通过力传感器来感知负载力从而自动调节气体压力使之匹配，但这增加了一套电路并需要电源，从而影响了其使用范围。

本发明的目的是提出一种全气动的、能感知负载力变化从而自动调节其出口压力使之与负载力相匹配的自动平衡器。该平衡器不仅可以应用在气动平衡式助力系统上，还可以应用于其他需自动调节压力的力控制系统上。

本发明的上述目的是通过一种自动平衡器实现的。这种自动平衡器包括上下对称地安装于主阀腔内的提动式排气阀和提动式供气阀，一个复位弹簧安装在提动式排气阀阀芯中，而另一个复位弹簧安装在提动式供气阀阀芯中。提动式排气阀阀芯和提动式供气阀阀芯之间由中间带有凸台的阀杆通过两阀芯的中心孔连接，一个平衡活塞与一个阀杆刚性连接，该平衡活塞的上部有一个背压室，平衡活塞的下部有一个反馈室，该反馈室通过一个反馈通道与一个二次压力口A相连，该平衡活塞同时与一个出力杆刚性相连，该出力杆的下端有一个连接机构连接负载。一个操作手柄与出力杆连接并通过一个支点构成杠杆机构，该支点与阀体固连。在该自动平衡器中平衡活塞的下部有一个反馈室，它通过反馈通道与二次压力口A相连，从而可以感知二次压力。该平衡活塞还与出力杆刚性相连，从而可以将一个负载与反馈室内的二次压力在平衡活塞上实现力平衡。另外，平衡活塞还与阀杆刚性连接，从而可以将该平衡活塞的运动传递到该提动式排气阀阀芯和提动式供气阀阀芯上去。一个操作手柄与出力杆连接并通过一个支点构成杠杆机构，从而可以使排气阀阀芯和供气阀阀芯上下运动。另外该自动平衡器的阀芯可以采用滑阀式结构，而该平衡活塞也可以放在阀杆的中部或上部来驱动阀杆，该二次压力口[A]可通过一个气管与平衡气缸的进气口相连而构成自动平衡式助力系统。

本发明的其它优点及特点在结合有附图的下列实施例的描述中可以得到清楚的了解。

附图说明

图1为本发明的气体背压式自动平衡器原理结构图；

图2为本发明的弹簧背压式自动平衡器原理结构图；

图3为本发明实施例的系统回路原理图。

图3给出了利用图1或图2所示原理构成的自动平衡式助力系统。具有图1或图2结构的自动平衡器38通过绳索32及滑轮组33、35与平衡气缸30的活塞杆相连，自动平衡器38的钩子1挂有重物28，由气源来的压缩气体通过供气管路31进入自动平衡器38的P口，自动平衡器38的排气口R接大气，自动平衡器38的二次压力口A用二次压力管29与平衡气缸30的有杆腔相连，使自动平衡器38的二次压力经过二次压力管29进入平衡气缸的有杆腔。

本发明的原理是：二次压力口A和供给压力口P之间设置供气阀口15，二次压力口A和排气口R之间设置排气阀口17。在平衡活塞5上侧的背压室6内引入背压，平衡活塞5下侧的反馈室4内引入二次压力。具有一定重量的负载作用在平衡活塞5的出力杆2上。供气阀和排气阀均由提动式阀芯和阀座组成。当反馈室4内压力高于平衡所需要的压力时，平衡活塞5向上运动，阀杆9使排气阀口17打开，而供气阀口15在复位弹簧14的作用下处于关闭状态，二次压力口A的气体压力通过排气阀口17泄压而下降；而当反馈室4内压力低于平衡所需要的压力时，平衡活塞5向下运动，阀杆9使供气阀口15打开，而排气阀口17在复位弹簧18的作用下处于关闭状态，二次压力口A的气体压力通过供气阀口15充压而上升。当二次压力口A的压力与负载相匹配的时候，供气阀口15及排气阀口17均关闭从而自动平衡。因此，当出力杆2上连接有不同重量的负荷时，本自动平衡器可以保证二次压力口A的压力自动与之相适应。通过将中部有台肩的阀杆9穿过供气阀口15及排气阀口17提动阀芯的中心孔，从而与平衡活塞5及出力杆2刚性相连。出力杆2下端有一个连接机构(如图1中所示的钩子1)连接负载，从而实现前述的自动平衡。本发明与以往气动平衡器的主要不同在于在附图1所示的结构下有平衡活塞5及通过反馈通道13向平衡活塞5下侧的反馈室4内引入二次压力，从而可以感知负载的变化来自动调节二次压力，使之相互匹配。

本发明设置操作手柄3，当操作手柄3向下时，阀芯相对于阀体向上移动使排气阀口17打开，二次压力口A的压力下降；当操作手柄3向上时，阀芯相对于阀体向下移动使供气阀口15打开，二次压力口A的压力上升。因此，通过使操作手柄3向下或向上移动，就可以破坏前述的自动平衡状态而使二次压力口A的压力低于或高于平衡压力。只有当操作手柄3处于中位时，才又实现前述的自动平衡。这一结构是为了可以随意地对此自动平衡器进行操控。

按照前述原理，自动平衡器38就可以自动地产生与重物28相匹配的二次压力，并通过二次压力管29将此二次压力引入平衡气缸30的有杆腔，平衡气缸30通过支架34、绳索32及滑轮组33、35来平衡重物28的重量。当重物28的重量改变时，二次压力自动改变，重新建立起新的平衡。因此，这一系统可以自动地将负载28的重量平衡掉，使任意重量的重物在空中静止不动。当向上搬动操作手柄3时，按照前述原理，自动平衡器38会使二次压力升高，这时，上述平衡被破坏，平衡气缸30通过绳索32及滑轮组33、35使重物28上移；当向下搬动操作手柄3时，自动平衡器38会使二次压力下降，平衡气缸30通过绳索32及滑轮组33、35使重物28下移。因此，通过操纵操作手柄3就可以非常轻松地上下移动重物了。

本发明主阀部分主要由排气阀芯17b和供气阀芯15b及阀杆9构成。排气阀芯17b和供气阀15b上下对称地安装于主阀腔内。供气阀芯15b和排气阀芯17b均使用提动式结构。提动式排气阀阀芯17b与阀座17a构成排气阀口17，复位弹簧1 8安装在提动式排气阀阀芯17b中，在复位弹簧18的作用下，提动式排气阀阀芯17b压在阀座17a上使排气阀口17关闭，从而将二次压力口A和排气口R隔离；提动式供气阀阀芯15b与阀座15a构成供气阀口15，复位弹簧14安装在提动式供气阀阀芯15b中，在复位弹簧14的作用下，提动式供气阀阀芯15b压在阀座15a上使供气阀口15关闭从而将二次压力口A和供气口P隔离。提动式排气阀阀芯17b和提动式供气阀阀芯15b之间由中间带有台肩的阀杆9通过两阀芯的中心孔连接。当阀杆9向上运动时，阀杆中部的凸台使提动式排气阀阀芯17b克服复位弹簧18的作用而向上运动，排气阀口17被打开，二次压力口A和排气口R连通，二次压力口A的空气向排气口R排放，而此时提动式供气阀阀芯15b依然在复位弹簧14的作用下使供气阀口15关闭；当阀杆9向下运动时，阀杆中部的台肩使提动式供气阀阀芯15b克服复位弹簧14的作用而向下运动，供气阀口15被打开，二次压力口A和供气口P连通，供气口P向二次压力口A供气，此时提动式排气阀阀芯17b依然在复位弹簧18的作用下使排气阀口17关闭。平衡活塞5与阀杆9刚性连接，平衡活塞5的上部有背压室6，平衡活塞5的下部有反馈室4，反馈室4通过反馈通道13与二次压力口A相连，平衡活塞5同时与出力杆2刚性相连，出力杆2下端有一个连接机构即钩子1与负载连接。当平衡活塞5上下运动时，通过阀杆9将排气阀口17和供气阀口15打开或关闭，从而按前述原理使二次压力口A向排气口R排气或由供气口P供气。操作手柄3与出力杆2连接并通过支点3a构成杠杆机构，支点3A与阀体7固连。当操作手柄3上下移动时，通过出力杆2、平衡活塞5及阀杆9使排气阀口17和供气阀口15打开或关闭，从而按前述原理使二次压力口A向排气口R排气或由供气口P供气。

在本发明中，为了平衡阀体的重量，附图1中由内置式气动减压阀19、20、21、22、23、24将供气压力减压后通过背压管10引入背压室6，从而平衡阀体7、25的重量。这一方法平衡范围大、调节方便。附图2中通过背压弹簧26及可调挡片27来平衡阀体的重量，其结构简单，但平衡范围小。

本发明的具体结构是：提动式排气阀17和提动式供气阀15上下对称地安装于主阀腔内，复位弹簧18安装在提动式排气阀阀芯17b中，提动式排气阀阀芯17b和提动式供气阀阀芯15b之间由中间带有台肩的阀杆9通过两阀芯的中心孔连接，平衡活塞5与阀杆9刚性连接，平衡活塞5的上部有背压室6，平衡活塞5的下部有反馈室4，反馈室4通过反馈通道13与二次压力口A相连，平衡活塞5同时与出力杆2刚性相连，出力杆2下端有一个连接机构1连接负载，操作手柄3与出力杆2连接并通过支点3a构成杠杆机构，支点3a与阀体7固连。在图1所示的结构中，背压室6通过背压管10与内置式气动减压阀19、20、21、22、23、24的出口相连；在图2所示的结构中，背压室6与大气相连，并在出力杆2上安装有平衡弹簧26及可调挡片27。

本发明的工作原理：将自动平衡器如图示垂直安放。当钩子1上挂有重物时，向下的重量通过出力杆2、平衡活塞5及阀杆9使供气阀口15打开，由供气口P向二次压力口A充气，此时反馈室4的压力也升高，当二次压力口A和反馈室4内的压力达到平衡所需要的压力时，平衡活塞5上移自动关闭供气阀口15，保持二次压力口A的平衡压力而达到平衡；当减轻钩子1上的负载重量时，反馈室4的压力使平衡活塞5及阀杆9上移使排气阀口17打开，由二次压力口A向排气口R排气，二次压力口A和反馈室4内的压力下降，当二次压力口A和反馈室4内的压力重新达到平衡所需要的压力时，平衡活塞5下移自动将排气阀口15关闭，达到新的平衡。因此，当出力杆2上连接有不同重量的负荷时，本自动平衡器可以保证二次压力口A的压力自动与之相适应。当操作手柄3向下时，阀芯相对于阀体向上移动使排气阀口17打开，二次压力口A的压力下降；当操作手柄3向上时，阀芯相对于阀体向下移动使供气阀口15打开，二次压力口A的压力上升。因此，通过使操作手柄3向下或向上移动，就可以破坏前述的自动平衡状态而使二次压力口A的压力低于或高于平衡压力。只有当操作手柄3处于中位时，才又实现前述的自动平衡。

本发明的结构如图1、图2所示。图1、图2中主阀部分完全相同，图1的结构有背压腔，用减压阀调整背压腔内压力，从而平衡掉阀体重量，图2不用背压腔，背压腔通大气，阀体重量通过背压弹簧平衡掉。当阀体较大较重时，用图1所示结构，当阀体较小较轻时，用图2所示结构。

本发明可以应用于气体平衡式助力系统及其他需要自动适应负荷变化的力控制系统上。由于只使用一个本控制器即可实现负载的检测及压力的自动调整，所以成本低、可靠性高。

本发明具有的优点是可以自动地检测负载的重量，从而在二次压力口A给出适当的压力。同时操作方便。用操作手柄按前述方法操作时，只需克服提动式阀芯的复位弹簧的力，因此操作力很小；而当松开操作手柄时，由于平衡活塞较大，可以迅速地复位，恢复平衡。另外提动式结构的排气阀口有较大的过流能力，因此，当突然失去重物时，可以较快地排气，从而快速地达到新的平衡。

Claims (8)

1.一种自动平衡器，它包括一个上下对称地安装于主阀腔内的提动式排气阀[17]和提动式供气阀[15]，一个复位弹簧[18]安装在提动式排气阀阀芯[17b]中，一个复位弹簧[14]安装在提动式供气阀阀芯[15b]中，提动式排气阀阀芯[17b]和提动式供气阀阀芯[15b]之间由中间带有凸台的阀杆[9]通过两阀芯的中心孔连接，其特征在于：一个平衡活塞[5]与阀杆[9]刚性连接，该平衡活塞[5]的上部有一个背压室[6]，该平衡活塞[5]的下部有一个反馈室[4]，该反馈室[4]通过反馈通道[13]与二次压力口A相连，该平衡活塞[5]同时与出力杆[2]刚性相连，该出力杆[2]下端有一个连接机构[1]连接负载，而一个操作手柄[3]与出力杆[2]连接并通过支点[3a]构成杠杆机构，该支点[3a]与阀体[7]固连。

2.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述平衡活塞[5]的下部有反馈室[4]通过反馈通道[13]与二次压力口A相连，从而可以感知二次压力。

3.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述平衡活塞[5]与出力杆[2]刚性相连，从而可以将负载[28]与反馈室[4]内的二次压力在平衡活塞[5]上实现力平衡。

4.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述平衡活塞[5]与阀杆[9]刚性连接，从而可以将平衡活塞[5]的运动传递到提动式排气阀阀芯[17b]和提动式供气阀阀芯[15b]上去。

5.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述操作手柄[3]与出力杆[2]连接并通过支点[3a]构成杠杆机构，从而可以使排气阀阀芯[17b]和供气阀阀芯[15b]上下运动。

6.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述阀芯[17b]、[15b]可采用滑阀式结构。

7.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述平衡活塞[5]可以放在阀杆[9]的中部或上部来驱动阀杆[9]。

8.根据权利要求1的自动平衡器，其特征在于：所述二次压力口[A]通过气管[29]与平衡气缸[30]的进气口相连。

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