CN109340215B - 内置阻尼气动作动器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种内置阻尼气动作动器,旨在提供一种解决气动作动器很难实现全程阻尼工况要求的机构。本发明通过下述技术方案予以实现：阻尼筒筒体内装配有一端固定在活塞杆轴承端，另一端上装配有阻尼补偿活塞的阻尼芯轴，并且在阻尼芯轴朝向活塞杆关节轴承的固定端，装配有通过单向阀芯连接的充气管嘴及其与所述管嘴连通，对自由端阻尼补偿活塞进行气压驱动的轴向阻尼管路；自由端伸出阻尼芯轴筒体出口的阻尼补偿活塞与气缸端盖内壁筒孔形成阻尼油腔，在阻尼补偿活塞头部上还设有单向阻尼阀连通吸放油液腔构成的阻尼机构。随活塞杆反向运动的阻尼筒，通过作动器内部集成阻尼机构，对阻尼油的控制实现气动作动器全行程内带阻尼的功能。

Description

内置阻尼气动作动器

技术领域

本发明涉及一种主要用于航空、航天、船舶、车辆、大型工程设备等行业气动系统执行机构的可变阻尼气动作动器。

背景技术

作动器(Actuator)是运动控制装置进行机动动作的传动机构，它的发展经历了早期的机械传动到后来的液压传动。它在控制系统中的输出装置或转换器，可以把电，液压，气压的能量，转换成机械动作。液压作动器是液压气动传动系统中用来实现工作机构直线往复运动的能量转换装置。它作为是伺服系统的执行部分，是液压伺服系统当中损耗最突出、最核心的执行元件，尤其是要求苛刻的振动试验用高频液压缸，大多数情况下，它的寿命长短就等于伺服液压系统的良好运行周期。它的执行结果是否准确，决定了伺服系统的整体性能。它作为加载设备时会出现作动器响应的时滞问题。当液压系统流量较大或外载惯性力较大的情况下，液压作动器在收放过程中会产生较大的冲击力；在液压系统中，保证液压作动器本身承载能力不下降的情况下，通常通过降低液压作动器的运动速度来降低冲击力。

根据液压作动器的介质工况，液压作动器介质一般有液体和气体两种，而当液压作动器应用液体作为介质时，由于液体本身在理论分析时，往往当成不可压缩(可压缩性低)流体，并且液体介质受环境温度、压力等外界因素的影响较小，液压作动器的运动速度可通过控制流量来实现。当液压系统流量较大时，可通过节流阀等阀控组件或通过液压作动器本身末端集成缓冲功能来降低液压作动器的运动速度，吸收冲击载荷；而液压作动器末端集成缓冲功能的结构一般有节流孔、环缝或节流孔与环缝的组合形式，通常是在液压作动器中活塞杆运动快要到底时，活塞前端凸台进入筒体或气缸端盖环槽，挤压筒体内油液从环缝或节流孔进入回油腔，此项技术已在液压系统以及液压作动筒中大量应用，也解决了液压系统中作动筒冲击载荷较大的问题。气动作动筒具有洁净、重量轻、污染低、不易堵塞等优点,广泛应用在各大工程行业中。气动作动器的特点是利用由电气伺服马达驱动的电磁气动阀来控制活塞两侧的气缸内的高压空气的进入与排出。它是由按照外部的指令信息动作的电气伺服马达，备有旋接在受电气伺服马达驱动的进送螺杆上的螺母的活塞、匹配活塞往返动作的气缸、以及与活塞相连的为防止活塞的旋转而设置的突出在气缸外面的导杆等组成。气体继动器是提高气动执行机构动作速度的气动放大机构，即气动放大器。通常与气动薄膜式或气动活塞式执行机构配套使用；可有效解决当仪表远距离传送压力信号，或执行机构气室的容量很大时，由于传递时间滞后导致的执行机构响应时间长的问题，从而提高执行机构的响应特性。当控制系统给出信号后，虽然电信号瞬间就能传递到大气缸的先导阀上，但由于大气缸动作需要相当多的压缩空气，所以气缸动作的很慢。相对于液压作动筒,气动作动筒在行程的终端会产生很大的冲击力，在速度控制及行程末端缓冲上存在一定的弊端，常常安装缓冲。与液体介质相比，气体介质本身可压缩性较大，排气口正常排入大气的空气被封闭，只能通过可调节流口排出，通过阀控组件或节流孔很难有效地控制作动器的运动速度；因此，通过气动作动筒末端集成缓冲功能也无法有效地起到缓冲、吸收冲击力的作用，并且应用阀控组件时，由于阀控组件的密封性很难保证会引起气体的大量泄漏，对气动系统输出功率的衰减较明显。因此现有气动技术无法很好的解决作动器在运动过程中速度过快而引起的冲击力较大的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处。提出的一种旨在提供一种能够提升工作效率和准确率，温度补偿改善热能转化率，以克服因阻尼腔温度变化或压力多大的安全保护的问题，解决现有技术气动作动器很难实现全程阻尼工况要求的内置阻尼气动作动器。

本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种内置阻尼气动作动器，包括：匹配活塞往返动作的气缸和制有中空筒体的活塞杆1，以及装配在活塞杆1中空筒体中，一端在活塞杆中空筒体内运动，另一端镙接在气缸端盖3内壁筒孔上的阻尼筒4，其特征在于：阻尼筒4筒体内装配有一端固定在塞杆轴承端，另一端上装配有阻尼补偿活塞6的阻尼芯轴2，并且在阻尼芯轴2朝向活塞杆关节轴承的固定端，装配有通过单向阀芯8连接的充气管嘴7及其与所述管嘴连通，对自由端阻尼补偿活塞6进行气压驱动的轴向阻尼管路10；自由端伸出阻尼芯轴2筒体出口的阻尼补偿活塞6与气缸端盖3内壁筒孔形成阻尼油腔12，在阻尼补偿活塞6头部上还设有单向阻尼阀5连通吸放油液腔9构成的阻尼机构；随活塞杆1反向运动的阻尼筒4，通过阻尼机构控制阻尼油的单向或双向阻尼推拉缓冲行程，实现气动作动器全行程内带阻尼的功能，以准确的力量或速度控制振动阻尼器和振荡稳定。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明基于气动作动器基本功能，采用活塞杆1中空筒体内装配随活塞杆1反向运动的阻尼筒4，使活塞在整个缩回过程中，通过作动器内部集成阻尼结构的形式，对阻尼油的控制实现气动作动器全行程内带阻尼的功能，从而解决气动作动器因运动速度快引起的冲击大的问题。当速度增大时降速，可以获得平稳且能有效控制的运动速度。通过这种在气动作动器内部集成液压阻尼机构轻松完成单向或双向阻尼(推拉)缓冲行程，以准确的力量或速度控制，振动阻尼器和振荡稳定。这种采用油液阻尼降低隔振频率，阻尼油液可使活塞运动速度平稳地变化，适应快速进(退)和慢速进(退)，对诸如要求力和冲击的精密运动控制的缓冲作用，阻尼过程中无干摩擦、静摩擦力低、磨损小，可防止在敏感设备和部件所造成的冲击和振动的损害和剧烈的或不准确的反应，减少冲击噪声和磨损，有效避免了因活塞杆速度过快而引起冲击载荷较大的缺陷，解决了现有技术气动作动器通过阀控组件无法有效改善作动器运动速度过快而引起的冲击载荷较大的问题。

本发明将气动冲击力通过内置在活塞杆中的阻尼机构进行缓冲，实现了在作动筒活塞杆缩回全过程带阻尼，伸出过程中能够快放，并当受外部环境影响阻尼油体积变化时可实现排油、补油功能的内置阻尼机构，有效利用活塞杆内部空间，结构紧凑的布局了体积补偿机构，能大大提高机械的工作效率和准确率，解决现有技术气动作动器无法实现全程阻尼工况要求的机构。在温度/湿度的极端环境中稳定性优异，接近的热膨胀系数，即使老化或长期不使用性能仍然不恶化。这种内置阻尼气动作动器，改善热能转化率，克服了因温度变化或阻尼腔压力多大的安全保护的问题。

本发明可以有效地避免设备的振动，提高设备运行的可靠性。可应用于行程整个过程中及末端的准确的减震，对要求力和冲击的精密运动控制的设备。

附图说明

图1是本发明可变阻尼气动作动器的剖视图。

图2是图1的尾段局部放大剖视图。

图3是图1前段局部放大剖视图。

图中：1活塞杆，2阻尼芯轴，3气缸端盖，4阻尼筒，5单向阻尼阀，6阻尼补偿活塞，7充气管嘴，8单向阀芯，9吸放油液腔，10轴向阻尼管路，11环缝腔，12阻尼油腔，13气缸活塞，14伸出腔，15气压腔。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。

具体实施方式

参阅图1-图3。在以下描述的实施例中，一种内置阻尼气动作动器，包括：匹配活塞往返动作的气缸和制有中空筒体的活塞杆1，以及装配在活塞杆1空筒体中，一端在活塞杆中空筒体内运动，另一端镙接在气缸端盖3内壁筒孔上的阻尼筒4。其中，阻尼筒4筒体内装配有一端固定在中空活塞杆轴承端，另一端上装配有阻尼补偿活塞6的阻尼芯轴2，并且在阻尼芯轴2朝向活塞杆关节轴承的固定端，装配有通过单向阀芯8连接的充气管嘴7及其与所述管嘴连通，对自由端阻尼补偿活塞6进行气压驱动的轴向阻尼管路10；自由端伸出阻尼芯轴2筒体出口的阻尼补偿活塞6与气缸端盖3内壁筒孔形成阻尼油腔12，在阻尼补偿活塞6头部上还设有单向阻尼阀5连通吸放油液腔9构成的阻尼机构；随活塞杆1反向运动的阻尼筒4，通过阻尼机构控制阻尼油的单向或双向阻尼推拉缓冲行程，实现气动作动器全行程内带阻尼的功能，以准确的力量或速度控制振动阻尼器和振荡稳定。

在气缸活塞13做往复运动的进程中，气缸活塞13在背端形成的气压腔15气压流体作用下，带动随活塞杆1一起运动的阻尼芯轴2对气缸活塞13行进方向充满阻尼油的阻尼油腔12进行进程挤压或回程松放运动，被压缩阻尼油通过阻尼补偿活塞6轴向连通的单向阻尼阀5，通过单向阻尼阀5中心开口径向分开的阻尼孔流向阻尼补偿活塞6背端连接轴形成的环缝腔11产生阻尼力，吸收活塞杆1回进程产生的冲击力，改变活塞13的移动速度或在单向阻尼阀5单向阻流作用下回流到阻尼油腔12中，并由上述阻尼机构对阻尼油腔12受热膨胀体积进行体积补偿，阻尼机构通过注入轴向阻尼管路10中的气体驱动阻尼补偿活塞6，完成阻尼油腔12变动容腔油液的相对补充或油液挤出。当气压腔15中通气压时，推动气缸活塞13带动螺纹连接在气缸活塞13上的活塞杆1缩回，活塞杆1中空筒体内装配有相对在活塞杆1中反向运动，在气缸缩回的进程中，气缸活塞13带动活塞杆1，以及固联在活塞杆1出口端的阻尼芯轴2。活塞到达缩回终点位置，活塞杆1带动固联其上的阻尼芯轴2，在压缩行程中阻尼芯轴2挤压阻尼油腔12中充满的阻尼油，压缩阻尼油通过单向阻尼阀5内的阻尼孔流向环缝腔11，阻尼油液流过单向阻尼阀的阻尼孔产生阻尼作用，吸收活塞杆1缩回进程产生的冲击力，改变气动作动器活塞13的移动速度，从而使活塞的速率快速而平稳的变化，从而实现缩回时的单向阻尼。

在活塞杆1缩回时，活塞杆1带动固联在活塞杆1上的阻尼芯轴2，在固联在气缸端盖3上的阻尼器4内部反向运动，阻尼芯轴2挤压阻尼油腔12中的阻尼油，阻尼油通过单向阻尼阀5上的阻尼孔进入环缝腔11中，实现了活塞杆1缩回过程中全程带阻尼功能。

当系统气源向伸出腔14中通气压时，推动气缸活塞13带动活塞杆1伸出，活塞杆1中空筒体内装配有相对在活塞杆1中反向运动，在气缸伸出的进程中，气缸活塞13带动活塞杆1，伸出的阻尼芯轴2。活塞到达伸出终点位置，活塞杆1带动固联其上的阻尼芯轴2，在伸出行程中阻尼芯轴2以及活塞杆1挤压环缝腔11中的阻尼油，压缩阻尼油通过阻尼心轴2的单向阻尼阀5，通过单向阻尼阀5内的单向阀流向阻尼油腔12，阻尼油液流过单向阻尼阀时不通过阻尼孔，直接回到阻尼油腔12中，实现了快放功能。轴向阻尼管路10中的气体通过充气管嘴7上的单向阀芯8充入，通过充气管嘴7上的单向阀芯8将气体封闭在轴向阻尼管路10中。

在伸出行程活塞杆1伸出时，活塞杆1带动阻尼芯轴2，阻尼筒4内部反向运动，挤压环缝腔11中的阻尼油，阻尼油通过单向阻尼阀5进入阻尼油腔12中，实现了活塞杆1伸出过程中无阻尼的慢进快退工况。

当阻尼油腔12中的阻尼油受热体积膨胀时，阻尼油通过阻尼单向阀5进入吸放油液腔9，推动阻尼补偿活塞6压缩从单向阀芯8注入轴向阻尼管路10中的气体，轴向阻尼管路10中的气体在压力的作用下，反向推动阻尼补偿活塞6将进入阻尼单向阀5阻尼油送回阻尼油腔12，补油排油实现阻尼油腔补油。当气动作动器在环境温度以及外部因素影响，使阻尼油腔12中的阻尼油体积膨胀时，阻尼油通过阻尼单向阀5，进入吸放油液腔9，推动阻尼补偿活塞6，阻尼补偿活塞压缩由充气管嘴7上单向阀芯8注入轴向阻尼管路10中的气体，使阻尼油腔12排油，当气动作动器在环境温度以及外部因素影响，使阻尼油腔12中的阻尼油体积缩小时，轴向阻尼管路10中的气体在压力的作用下，推动阻尼补偿活塞6，阻尼油通过阻尼单向阀5进入阻尼油腔12，实现阻尼油腔补油。

当阻尼油温度升高或阻尼腔压力超过安全压力时，阻尼油腔12中的阻尼油进入吸放油液腔9，推动阻尼补偿活塞6，挤压轴向阻尼管路10中的气体，从而使阻尼油腔12压力降低，实现安全保护的功能。

本发明尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。替换和变型，本发明的范围由所附权力要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种内置阻尼气动作动器，包括：匹配活塞往返动作的气缸和制有中空筒体的活塞杆（1），以及装配在活塞杆（1）中空筒体中，一端在活塞杆中空筒体内运动，另一端螺接在气缸端盖（3）内壁筒孔上的阻尼筒（4），其特征在于：阻尼筒（4）筒体内装配有一端固定在活塞杆轴承端，另一端上装配有阻尼补偿活塞（6）的阻尼芯轴（2），并且在阻尼芯轴（2）朝向活塞杆关节轴承的固定端，装配有通过单向阀芯（8）连接的充气管嘴（7）及其与所述管嘴连通，对自由端阻尼补偿活塞（6）进行气压驱动的轴向阻尼管路（10）；自由端伸出阻尼芯轴（2）筒体出口的阻尼芯轴端盖与气缸端盖（3）内壁筒孔形成阻尼油腔（12），在阻尼芯轴端盖的头部上还设有单向阻尼阀（5）连通吸放油液腔（9）构成的阻尼机构；在气缸活塞（13）做往复运动的进程中，气缸活塞（13）在背端形成的气压腔（15）气压流体作用下，带动随活塞杆（1）一起运动的阻尼芯轴（2）对气缸活塞（13）行进方向充满阻尼油的阻尼油腔（12）进行进程挤压或回程松放运动，被压缩阻尼油通过阻尼补偿活塞（6）轴向连通的单向阻尼阀（5），通过单向阻尼阀（5）中心开口径向分开的阻尼孔流向阻尼补偿活塞（6）背端连接轴形成的环缝腔（11）产生阻尼力，吸收活塞杆（1）回进程产生的冲击力，改变活塞（13）的移动速度或在单向阻尼阀（5）单向阻流作用下回流到阻尼油腔（12）中，并由上述阻尼机构对阻尼油腔（12）受热膨胀体积进行体积补偿，阻尼机构通过注入轴向阻尼管路（10）中的气体驱动阻尼补偿活塞（6），完成阻尼油腔（12）变动容腔油液的相对补充或油液挤出；随活塞杆（1）反向运动的阻尼筒（4），通过阻尼机构控制阻尼油的单向或双向阻尼推拉缓冲行程，实现气动作动器全行程内带阻尼的功能，以准确的力量或速度控制振动阻尼器和振荡稳定。

2.如权利要求1所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：当气压腔（15）中通气压时，推动气缸活塞（13）带动螺纹连接在气缸活塞（13）上的活塞杆（1）缩回，活塞杆（1）中空筒体内装配有在气缸缩回的进程中，随活塞杆（1）一起运动，且固联在活塞杆（1）出口端的阻尼芯轴（2）。

3. 如权利要求2所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：活塞到达缩回终点位置，活塞杆（1）带动固联其上的阻尼芯轴（2），在压缩行程中阻尼芯轴（2）挤压阻尼油腔（12）中充满的阻尼油，压缩阻尼油通过单向阻尼阀（5）内的阻尼孔流向环缝腔（11），阻尼油液流过单向阻尼阀的阻尼孔产生阻尼作用，吸收活塞杆（1）缩回进程产生的冲击力，改变气动作动器活塞（13）的移动 速度，从而使活塞的速率快速而平稳的变化，从而实现缩回时的单向阻尼。

4.如权利要求1所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：在活塞杆（1）缩回时，活塞杆（1）带动固联在活塞杆（1）上的阻尼芯轴（2），在固联在气缸端盖（3）上的阻尼筒（4）内部相对阻尼筒（4）反向运动，阻尼芯轴（2）挤压阻尼油腔（12）中的阻尼油，阻尼油通过单向阻尼阀（5）上的阻尼孔进入环缝腔（11）中，实现了活塞杆（1）缩回过程中全程带阻尼功能。

5.如权利要求1所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：当系统气源向伸出腔（14）中通气压时，推动气缸活塞（13）带动活塞杆（1）伸出，活塞杆（1）中空筒体内装配有在气缸伸出的进程中，随活塞杆（1）一起运动而伸出的阻尼芯轴（2）。

6.如权利要求5所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：活塞到达伸出终点位置，活塞杆（1）带动固联其上的阻尼芯轴（2），在伸出行程中阻尼芯轴（2）以及活塞杆（1）挤压环缝腔（11）中的阻尼油，压缩阻尼油通过阻尼芯轴（2）的单向阻尼阀（5），通过单向阻尼阀（5）内的单向阀流向阻尼油腔（12），阻尼油液流过单向阻尼阀时不通过阻尼孔，直接回到阻尼油腔（12）中，实现了快放功能。

7.如权利要求6所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：轴向阻尼管路（10）中的气体通过充气管嘴（7）上的单向阀芯（8）充入，通过充气管嘴（7）上的单向阀芯（8）将气体封闭在轴向阻尼管路（10）中。

8.如权利要求1所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：在伸出行程活塞杆（1）伸出时，活塞杆（1）带动阻尼芯轴（2），在阻尼筒（4）内部相对阻尼筒（4）反向运动，挤压环缝腔（11）中的阻尼油，阻尼油通过单向阻尼阀（5）进入阻尼油腔（12）中，实现了活塞杆（1）伸出过程中无阻尼的慢进快退工况。

9.如权利要求1所述的内置阻尼气动作动器，其特征在于：当阻尼油腔（12）中的阻尼油受热体积膨胀时，阻尼油通过阻尼单向阀（5）进入吸放油液腔（9），推动阻尼补偿活塞（6）压缩从单向阀芯（8）注入轴向阻尼管路（10）中的气体，轴向阻尼管路（10）中的气体在压力的作用下，反向推动阻尼补偿活塞（6）将进入阻尼单向阀（5）阻尼油送回阻尼油腔（12），补油排油实现阻尼油腔补油；当气动作动器在环境温度以及外部因素影响，使阻尼油腔（12）中的阻尼油体积膨胀时，阻尼油通过阻尼单向阀（5），进入吸放油液腔（9），推动阻尼补偿活塞（6），阻尼补偿活塞压缩由充气管嘴（7）上单向阀芯（8）注入轴向阻尼管路（10）中的气体，使阻尼油腔（12）排油，当气动作动器在环境温度以及外部因素影响，使阻尼油腔（12）中的阻尼油体积缩小时，轴向阻尼管路（10）中的气体在压力的作用下，推动阻尼补偿活塞（6），阻尼油通过阻尼单向阀（5）进入阻尼油腔（12），实现阻尼油腔补油。