CN109519496B - 一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧 - Google Patents
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Abstract
一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，包括缸体、活塞杆和可恢复工作状态超压超程保护装置，所述可恢复工作状态超压超程保护装置由阀杆、密封垫、压缩弹簧和阀芯组成，安装在所述缸体底面上开设的圆形通孔内，该一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧能够克服现有技术中发生超压或者超程保护时需中断生产过程以及整体更换氮气弹簧的弊端，在实现对氮气弹簧超压和可能导致氮气弹簧超压的活塞杆超程现象进行安全保护的同时，还可在压力卸减后自行将氮气弹簧恢复到初始正常工作状态，在实际生产当中，能够保持生产过程的连续性，提高生产工作效率，减少氮气弹簧的生产损耗，降低生产加工成本，具有良好的经济收益。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮气弹簧，特别涉及一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧。
背景技术
氮气弹簧是一种以高压氮气为工作介质的新型弹性组件，具有体积小、弹力大、行程长、工作平稳、制造精密、使用寿命长、弹力曲线平缓，以及不需要预紧等特点，能够完成金属弹簧、橡胶和气垫等常规弹性组件难以完成的特定工作，在冲压模具中得到了十分广泛的应用。应用氮气弹簧可以简化冲压模具的设计和制造，方便冲压模具的安装调整，延长冲压模具的使用寿命，确保产品加工的质量，实际生产中，氮气弹簧既可以作为单一构件独立使用，也可以设计成氮气弹簧系统作为冲压模具的一个组成部分参与工作，保持加工过程中压力恒定或者实现加工设备的延时动作，是一种具有柔性性能的理想弹性部件。氮气弹簧的超压和超程问题是氮气弹簧应用中的一个令人关注的安全隐患，实际应用中对氮气弹簧超压和超程的保护手段国内外普遍都以破坏缸体结构为基本思路，即使缸体破坏后产生气流通路，使内部高压氮气得以卸出排放，达到安全卸压的目的。但是，这种超压和超程的保护手段破坏了氮气弹簧缸体，在发生超压或者超程保护情况时，一方面使生产过程中断，降低了生产工作效率，另一方面还需要整体更换氮气弹簧，提高了生产加工成本，造成很大的经济损失。由于目前尚没发现任何有关可恢复工作状态的氮气弹簧超程超压保护装置研究文献和应用情况的报道，因此，研究开发带有可恢复工作状态超程超压保护装置的氮气弹簧是提高氮气弹簧使用性能的一个方向性课题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，实现对氮气弹簧超压和可能导致所述氮气弹簧超压的活塞杆超程现象实施安全保护，而且还可以在卸压后使氮气弹簧恢复或者保持正常的工作状态。
一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，包括缸体10、活塞杆20和可恢复工作状态超压超程保护装置30，在所述缸体10底部开设有内径呈阶梯变化的同轴圆形通孔，所述圆形通孔共分为3个梯次，从底部向上分别为底部圆孔A、中部圆孔B和上部圆孔C，所述圆形通孔各部分圆孔孔径依次减小，底部圆孔A内开设有内螺纹，所述可恢复工作状态超压超程保护装置30安装在所述圆形通孔内。
所述可恢复工作状态超压超程保护装置30由阀杆1、密封垫2、压缩弹簧3和阀芯4组成。
所述阀杆1的上部为圆柱形杆体，所述圆柱形杆体的直径与所述上部圆孔C的内径保持有一定的配合间隙，作为所述氮气弹簧缸体10的卸压通道，所述圆柱杆体从下端穿过所述上部圆孔C，并在所述上部圆孔C的上端延伸出一定的高度H，所述高度H需大于所述密封垫2轴向初始压缩弹性变形量△H，并且使上端面保持在所述氮气弹簧活塞杆最大设计行程水平点L之上0～△H高度范围处，所述阀杆1的下部为底端面开有圆形凹槽5的圆柱形限位底座，直径与所述中部圆孔B的内径相互配合，容置在所述中部圆孔B中，通过所述阀杆1下部限位底座的上端环形圆台面对所述阀杆1的向上行程进行限位。
所述密封垫2为圆环片结构，由弹性密封材料制成，内孔直径与所述阀杆1上部圆柱形杆体的外直径相适应，外直径大于所述上部圆孔C的内直径，所述密封垫2环套在所述阀杆1的上部圆柱形杆体上，设置在所述阀杆1下部圆柱形限位底座的上端环形圆台面上。
所述阀芯4的外部设有外螺纹，所述外螺纹与开设在底部圆孔A内的内螺纹相互配合，使所述阀芯4螺旋固定安装在所述底部圆孔A内，外侧底部设置有非凸起形式的辅助旋紧机构，例如直槽、花槽或者多边形凹槽等等，所述阀芯4的内部为环形空腔6，在所述环形空腔6中心位置设置有与所述阀芯4同轴的弹簧支撑杆7，所述弹簧支撑杆7的外径与所述压缩弹簧3的内径相适应，具有一定的高度，用以固定所述压缩弹簧3，并对所述压缩弹簧3在径向的移动或者变形进行限位。
所述压缩弹簧3套装在所述阀芯4上的所述弹簧支撑杆7上，下端承载在所述阀芯4内部环形空腔6的底面上，上端支撑在所述阀杆1上所述圆形凹槽5的顶面上。
所述一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧可恢复工作状态超压超程保护装置的安装方法如下：
步骤1、先将所述密封垫2环套在所述阀杆1上部的圆柱上，再将环套有所述密封垫2的所述阀杆1置于所述氮气弹簧缸体10底部开设的圆形通孔内，使所述阀杆1上部圆柱形杆体穿过所述上部圆孔C，并在所述上部圆孔C的上端延伸出一定的高度H，同时使所述阀杆1下部的圆柱形限位底座容置在所述中部圆孔B中；
步骤2、将所述压缩弹簧3套装在所述阀芯4上的弹簧支撑杆7上，再将套装有所述压缩弹簧3的所述阀芯4螺旋固定安装在所述底部圆孔A内，使所述压缩弹簧3下端承载在所述阀芯4内部环形空腔6的底面上，上端支撑在所述阀杆1上圆形凹槽5的顶面上，受所述压缩弹簧3弹性力的作用，所述密封垫2被挤压在所述阀杆1下部限位底座上端的环形圆台面与所述中部圆孔B的顶部环形端面之间，经挤压产生弹性变形而起到空气密封的作用；
步骤3、根据所述氮气弹簧设计最高压力阈值，调整所述阀芯4的旋进程度，使所述压缩弹簧3形成一定量的初始压缩弹性变形，产生弹性预紧力，预设所述一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧的安全保护开启压力。
使用所述一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，当所述氮气弹簧缸体10内的压力超过最高设计压力阈值形成超压状态时，所述缸体10内的压力克服所述压缩弹簧3的预紧力推动所述阀杆1下行，当行程小于所述密封垫2的轴向初始压缩弹性变形量△H时，所述压缩弹簧3保持有一定弹性预紧力，依然处于保压状态，继续下行，当行程超过所述密封垫2的轴向初始压缩弹性变形量△H时，所述压缩弹簧3丧失弹性预紧力，所述氮气弹簧缸体10内的氮气经所述氮气弹簧缸体10的卸压通道导入由所述阀杆1上圆形凹槽5和所述阀芯4内部的环形空腔6组成的卸压区内，对所述氮气弹簧超压现象实施安全保护。
使用所述一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，一旦发生所述氮气弹簧活塞杆20运动超过最大设计行程情况时，所述活塞杆20的前端面预先抵压在了所述阀杆1的上端面上，推动所述阀杆1克服所述压缩弹簧3的弹性作用力而下行，当行程小于所述密封垫2的所述轴向初始压缩弹性变形量△H时，所述压缩弹簧3保持有一定弹性预紧力，依然处于保压状态，继续下行，当行程超过所述密封垫2的所述轴向初始压缩弹性变形量△H时，所述压缩弹簧3丧失弹性预紧力，所述氮气弹簧缸体10内的氮气经所述氮气弹簧缸体10的卸压通道导入由所述阀杆1上的圆形凹槽5和所述阀芯4内的环形空腔6组成的卸压区内，对所述活塞杆20超程情况下可能导致的氮气弹簧超压以至于使所述缸体10遭到破坏的现象实施安全保护，当出现所述缸体10中压力低于额定值时，可通过氮气导入通道40及时控制补充氮气，提高所述缸体10中的压力，保证生产过程连续进行。
进一步，为了使所述卸压区及时充分卸压，在所述阀芯4的底面上开设有二次保护孔9，所述二次保护孔9为贯通所述阀芯4底面的通孔，孔径大小由所述卸压区的容积及其最大设计承压预置阈值决定；当所述卸压区容积较大并且最大设计承压阈值也较大时，还可再进一步在所述二次保护孔9内填充有弹性密封材料，所述弹性密封材料在常态下保持对所述二次保护孔9进行密封保压，当所述卸压区内的压力达到或者超过最大设计承压预置阈值时，所述卸压区内的压力可将所述二次保护孔9内的所述弹性密封材料挤压出来，使所述二次保护孔9成为内外连通的卸压通道，使所述卸压区内的压力迅速卸减降低，避免对所述可恢复工作状态超压超程保护装置30造成超压破坏；而当所述缸体10中压力因卸压而降低到额定最小压力值时，可即时通过氮气导入通道40及时控制补充氮气，提高所述缸体10中的压力，保证生产过程连续进行。
本发明的有益效果是，提供一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，能够克服现有技术中发生超压或者超程保护情况时需中断生产过程，还需整体更换氮气弹簧的弊端，在实现对氮气弹簧超压和可能导致所述氮气弹簧超压的活塞杆超程现象的安全保护的同时，还可在压力卸减到一定程度后自行将氮气弹簧恢复到初始正常工作状态，在实际生产当中，能够保持生产过程的连续性，提高生产工作效率，减少氮气弹簧的生产损耗，降低生产加工成本，具有良好的经济收益。
附图说明
图1、一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧结构简图。
图2、图1中E区可恢复工作状态超压超程保护装置的局部结构放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明请求保护的技术方案做进一步的描述。
一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，如图1和2所示，安装在所述氮气弹簧缸体10底部一侧开设的圆形通孔内，由阀杆1、密封垫2、压缩弹簧3和阀芯4组成，在所述阀芯4的底面上开设有二次保护孔9，孔体形状为圆柱形状，内部填充有弹性密封材料。
其中，所述阀杆1上部圆柱形杆体的直径与所述上部圆孔C的内直径之间的配合间隙保持为0.06～0.2毫米，穿过所述上部圆孔C的所述圆柱形杆体在所述上部圆孔C的上端延伸出的高度H为2～3毫米，同时大于所述密封垫2轴向初始压缩弹性变形量△H，并且使上端面保持在所述氮气弹簧活塞杆最大设计行程水平点L之上△H高度处，所述阀杆1下部的圆柱形限位底座直径与所述中部圆孔B的内直径相互配合，开设的所述圆形凹槽5的内直径比所述压缩弹簧3的外直径大0.1～0.5毫米，以利于更好地保持对所述压缩弹簧3一个端头的固定和限位。
所述密封垫2为圆环片结构，由弹性密封材料制成，厚度为2～5毫米，内直径与所述阀杆1上部圆柱形杆体的直径形成紧密配合，外直径与所述阀杆1下部的所述圆柱形限位底座的直径相同。
所述阀芯4外侧底部设置的非凸起形式的辅助旋紧机构为六边形凹槽，所述阀芯4内部的所述环形空腔6的内直径比所述压缩弹簧3的外直径大0.2～0.5毫米，设置在所述阀芯4内部的所述弹簧支撑杆7的直径比所述压缩弹簧3的内直径小0.1～0.5毫米，以利于更好地对所述压缩弹簧3一个端头的固定和限位，以及对所述压缩弹簧3在径向的移动或者变形进行有效地限位。
开设在所述阀芯4底面上的二次保护孔9的直径为0.5～1毫米。
本实施例所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧的技术方案适用于各种规格的氮气弹簧，对氮气弹簧超程和超压状态下的过压保护具有可靠的安全效果。
Claims (7)
1.一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，包括：缸体（10）、活塞杆（20），其特征在于：还包括可恢复工作状态超压超程保护装置（30），在所述缸体（10）底部开设有内径呈阶梯变化的同轴圆形通孔，所述圆形通孔共分为3个梯次，从底部向上分别为底部圆孔（A）、中部圆孔（B）和上部圆孔（C），所述圆形通孔各部分圆孔孔径依次减小，底部圆孔（A）内开设有内螺纹，所述可恢复工作状态超压超程保护装置（30）安装在所述圆形通孔内；
所述可恢复工作状态超压超程保护装置（30），由阀杆（1）、密封垫（2）、压缩弹簧（3）和阀芯（4）组成，在所述阀芯（4）的底面上开设有二次保护孔（9），所述二次保护孔（9）为贯通所述阀芯（4）底面的通孔；
所述阀杆（1）的上部为圆柱形杆体，所述圆柱形杆体的直径与所述上部圆孔（C）的内径保持有一定的配合间隙，所述圆柱形杆体从下端穿过所述上部圆孔（C），并在所述上部圆孔（C）的上端延伸出一定的高度H，所述高度H大于所述密封垫（2）轴向初始压缩弹性变形量△H，并且使上端面保持在所述氮气弹簧活塞杆最大设计行程水平点（L）之上△H高度范围处，所述阀杆（1）的下部为底端面开有圆形凹槽（5）的圆柱形限位底座，直径与所述中部圆孔B的内径相互配合，容置在所述中部圆孔（B）中，通过所述阀杆（1）下部限位底座的上端环形圆台面对所述阀杆（1）的向上行程进行限位；
所述密封垫（2）为圆环片结构，由弹性密封材料制成，内孔直径与所述阀杆（1）上部圆柱形杆体的外直径相适应，外直径大于所述上部圆孔（C）的内直径，所述密封垫（2）环套在所述阀杆（1）的上部圆柱形杆体上，设置在所述阀杆（1）下部圆柱形限位底座的上端环形圆台面上；
所述阀芯（4）的外部设有外螺纹，所述外螺纹与开设在底部圆孔（A）内的内螺纹相互配合，使所述阀芯（4）螺旋固定安装在所述底部圆孔（A）内，外侧底部设置有非凸起形式的辅助旋紧机构，所述阀芯（4）的内部为环形空腔（6），在所述环形空腔（6）中心位置设置有与所述阀芯（4）同轴的弹簧支撑杆（7），所述弹簧支撑杆（7）的外径与所述压缩弹簧（3）的内径相适应，具有一定的高度；
所述压缩弹簧（3）套装在所述阀芯（4）上的所述弹簧支撑杆（7）上，下端承载在所述阀芯（4）内部环形空腔（6）的底面上，上端支撑在所述阀杆（1）上所述圆形凹槽（5）的顶面上。
2.如权利要求1所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，其特征在于：在所述二次保护孔（9）内填充有弹性密封材料。
3.如权利要求1所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，其特征在于：所述阀杆（1）的上部圆柱形杆体的直径与所述上部圆孔C的内径之间的配合间隙保持为0.06～0.2毫米，穿过所述上部圆孔（C）的所述圆柱形杆体在所述上部圆孔（C）的上端延伸出的高度H为2～3毫米，开设的所述圆形凹槽（5）的内直径比所述压缩弹簧（3）的外直径大0.1～0.5毫米。
4.如权利要求1所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，其特征在于：所述密封垫（2）的厚度为2～5毫米，外直径与所述阀杆（1）下部的所述圆柱形限位底座的外直径相同。
5.如权利要求1所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，其特征在于：所述阀芯（4）外侧底部设置的非凸起形式的辅助旋紧机构为六边形凹槽，所述阀芯（4）内部的所述环形空腔（6）的内直径比所述压缩弹簧（3）的外直径大0.2～0.5毫米，设置在所述阀芯（4）内部的所述弹簧支撑杆（7）的直径比所述压缩弹簧（3）的内直径小0.1～0.5毫米。
6.如权利要求1或者2所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧，其特征在于：开设在所述阀芯（4）底面上的二次保护孔（9）的直径为0.5～1毫米。
7.权利要求1至6任一项所述的一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧上可恢复工作状态超压超程保护装置的安装方法，如下：
步骤1、先将所述密封垫（2）环套在所述阀杆（1）上部的圆柱上，再将环套有所述密封垫（2）的所述阀杆（1）置于所述氮气弹簧缸体（10）底部开设的圆形通孔内，使所述阀杆（1）上部圆柱形杆体穿过所述上部圆孔（C），并在所述上部圆孔（C）的上端延伸出一定的高度H，同时使所述阀杆（1）下部的圆柱形限位底座容置在所述中部圆孔（B）中；
步骤2、将所述压缩弹簧（3）套装在所述阀芯（4）上的弹簧支撑杆（7）上，再将套装有所述压缩弹簧（3）的所述阀芯（4）螺旋固定安装在所述底部圆孔（A）内，使所述压缩弹簧（3）下端承载在所述阀芯（4）的内部环形空腔（6）的底面上，上端支撑在所述阀杆（1）上圆形凹槽（5）的顶面上，受所述压缩弹簧（3）弹性力的作用，所述密封垫（2）被挤压在所述阀杆（1）下部限位底座上端的环形圆台面与所述中部圆孔（B）的顶部环形端面之间，经挤压产生弹性变形而起到空气密封的作用；
步骤3、根据所述氮气弹簧设计最高压力阈值，调整所述阀芯（4）的旋进程度，使所述压缩弹簧（3）形成一定量的初始压缩弹性变形，产生弹性预紧力，预设所述一种带有可恢复工作状态超压超程保护装置的氮气弹簧的安全保护开启压力。
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