CN1100192C - 气缸 - Google Patents

Abstract

在壳体内形成小和大直径的缸体，把带台阶的活塞插进缸体中。在小直径缸体的侧面上形成第一压力腔室，活塞在大直径缸体的侧面形成第三压力腔室，并且在活塞小直径部分上形成第二压力腔室。在活塞的内部形成中间缸体，装有一个自由滑动的活塞，该活塞形成第四压力腔室。把第四压力腔室永久地连接到第三压力腔室上。一根杆在轴向穿过带台阶的活塞。把活塞的最大行程限制为L1的止动件把台阶活塞的最大行程限制为L2。控制第一到第四压力腔室的流体压力，杆的行程可以在四个位置停住。

Description

气缸

技术领域

本发明涉及一种流体缸，它容许进行三级或四级定位。

在车辆的变速装置中，动力缸被用做驱动一个齿轮移动机构的移动驱动器和选择驱动器(例如见日本专利局在1994年发表的日本专利申请Hei5-17243)。

背景技术

在本文件中，用一台微型计算机靠通过一个电磁阀供应的流体压力控制进行移动和选择操作的气缸，当车辆发出一个改变速度的要求时，这些气缸把齿轮移动机构驱动到一个要求的位置。

在这种情况下，要求气缸有三级的定位功能。在图13中示出了一个容许三级定位的传统缸体。

两个自由活塞211，212被装在缸体206中，一个活塞210被容纳在它们之间。活塞210被固定到穿过该缸体206的一根杆201上。在该缸体206中设置了一个朝向自由活塞211的压力腔室202和一个朝向自由活塞212的压力腔室203，这些压力腔室202，203通过电磁阀204，205被连接到一个高压空气供应装置上。

在图中所示的状态下，当把高压空气通过电磁阀204供应给压力腔室202，并且，压力腔室203通过电磁阀205对大气打开的时侯，由于作用在其压力接受表面上的压力的作用，使自由活塞211和活塞210移动。

自由活塞211在图中示出的对应于一个中间阶段的一个中间位置停住，但是活塞210继续向图的右边移动，直到它与缸体206的右端部相接触为止。

当由这种状态把高压空气通过电磁阀205供应给压力腔室203，并且，压力腔室202通过电磁阀204对大气打开的时侯，由于作用在自由活塞212和活塞210的压力接受表面上的压力的作用，使自由活塞211和活塞210一起向左移动。

当达到图中所示的中间位置(空档位置)时，自由活塞212与一个台阶相接触，并在该位置停住，但是活塞210与另一个自由活塞211一起继续向左移动，直到它与缸体206的左端部相接触为止。

在另一方面，当把高压空气通过电磁阀204和电磁阀205同时供应给压力腔室202和压力腔室203时，活塞210与自由活塞211，212一起移动到空档位置，并在这一位置停住。

在这种情况下，靠打开和关闭电磁阀204，205，可以使杆201在三级定位，即，最大的伸出量，最小的伸出量，和在这两个极端之间的一个中间位置(空档位置)。

然而，当在空档位置停住电磁阀204，205之后使压力腔室202，203对大气打开，并且，电磁阀204，205的响应或通道中的压力损失有差别，或压力腔室202，203的容积有差别时，在活塞210的两侧很容易建立一个压力差，从而作用在活塞210上的工作压力不平衡，因此，活塞210朝向左或右运动或“偏移”。

为了校正这种偏移，可以使用一种高速响应的电磁阀，可以在通道中设置一个用来调节压力降的不平衡的节流阀，或可以添加连接到输出轴上的负载的阻尼件。

电磁阀的响应速度有某些差别，并且，它们的响应速度可能随着供电的电压和供应的压力而改变。常常靠设置一个高压空气排放通道，增加活塞的滑动摩擦，或采用一个可以修正偏移的控制系统，力图解决这一问题。

然而，车辆电池的电压有某种起伏是不能避免的。增加通道的阻力或降低压力腔室之间的左右压力差要求设计布局是不对称的。这限制了设计的自由度，并必然使气缸较大和较重。

在假设出现这样的偏移的控制系统中，在处于空档位置时进行选择操作的过程中，必须首先用一个移动气缸固定住此空档位置。这把一个延迟引入到控制中，也增加了压缩空气的消耗量。

另外，当变速装置有一个倒退档和七个前进档时，要求一个气缸能够做为一个移动驱动器进行三级定位，并要求一个气缸能够做为一个选择驱动器进行四级定位。

如果提供两种类型的气缸，因为它们分别有不同的部件，所以与只制作一种气缸的情况相比，制作成本增加。

因此，本发明的一个目的是提供一种流体缸，它可以严格地定位，而在任何行程位置上没有偏移。

本发明的另一个目的是制作一种容许进行三级定位的流体缸和一种容许进行四级定位的流体缸，同时通过采用大量共同的部件抑制了生产成本的提高。

发明内容

为了实现这些目的，本发明提供了一种靠流体压力操纵的流体缸，包括：一个小直径的缸体和在一个壳体内部连接到其上的一个大直径的缸体，一个带台阶的活塞，它有在大直径缸体中自由滑动的一个大直径部分和在小直径缸体中自由滑动的一个小直径部分，在小直径缸体的侧面上形成的第一压力腔室和被带台阶的活塞在大直径缸体的侧面上形成的第三压力腔室，在带台阶的活塞的小直径缸体的外圆周上形成的一个环形的第二压力腔室，在带台阶的活塞的内部形成的并通入第一压力腔室的一个中间缸体，被插入的可以自由滑动并在中间缸体中形成第四压力腔室的一个活塞，永久地把第二压力腔室和第四压力腔室连接起来的一个通道，与活塞连接并在轴向上穿过带台阶的活塞的一根杆，用来把活塞的最大行程限制为L1的一个端部止动件，用来把带台阶的活塞的最大行程限制为L2的装置，以及用来控制在第一压力腔室中的流体压力的第一阀门，用来控制在第二压力腔室和第四压力腔室中的流体压力的第二阀门，和用来控制在第三压力腔室中的流体压力的第三阀门，其中，靠通过第一，第二和第三阀门选择性地控制流体压力，使杆在四个行程位置0，L1，L2和L1+L2停住。

最好，活塞的最大行程L1和带台阶的活塞的最大行程L2被设定成L1＝L2。

进一步可取的是，有齿轮移动功能的一个移动连杆被连接到杆上。

进一步可取的是，一个间隔确定装置把活塞的最大行程L1和带台阶的活塞的最大行程L2设定成L1＝L2/2。

进一步可取的是，有齿轮移动功能的一个移动连杆被连接到杆上。

按照本发明，杆的行程可以在四个位置0，L1，L2和L1+L2停住，从而通过选择性地打开和关闭第一到第三电磁阀容许进行四级定位。

靠设定L1＝L2，通过选择性地打开和关闭第一到第三电磁阀可以使杆的行程在三个等距离的位置，即0，L1(L1＝L2)，L1+L2，停住。因此，可以控制三级定位。

还有，靠设定L1＝L2/2，通过选择性地打开和关闭第一到第三电磁阀可以使杆的行程在四个等距离的位置0，L1，L2，L1+L2停住。在这种情况下，因为除了一个间隔确定装置以外，部件与对于容许三级定位的气缸是相同的，所以此气缸可以适用于进行三级定位或进行四级定位，这取决于是否把该间隔确定装置装上。换句话说，靠对于两种类型采用相同的部件，可以提高这两种类型的缸体的生产能力。

附图说明

通过参考下面的考虑到附图的详细的描述可以更完全地理解本发明。

图1为示出了一个示例的透视图，在该示例中本发明的气缸被用于一个变速装置的一个速度改变控制器。

图2为在该缸体中可以进行三级定位的一个气缸的一部分的剖面图。

图3为在该缸体中可以进行三级定位的一个气缸的简图。

图4为示出三级定位操作的描述性的图。

图5为示出三级定位操作的描述性的图。

图6为在该缸体中可以进行四级定位的一个气缸的一部分的剖面图。

图7为在该缸体中可以进行四级定位的一个气缸的简图。

图8为示出四级定位操作的描述性的图。

图9为一个描述性的图，示出了用来进行三级定位的电磁阀的运行图景。

图10为一个描述性的图，示出了用来进行四级定位的电磁阀的运行图景。

图11(a)，(b)为描述性的图，分别示出了气缸的运行状态。

图12(a)，(b)为描述性的图，分别示出了气缸的运行状态。

图13为一个传统的气缸的简图。

具体实施方式

图1示出了一个变速装置的一个速度改变控制器，它使用了按照本发明的一个气缸。

在此变速装置中速度改变的控制可以自动地进行或手动地进行，它包括一个倒退档和七个前进档。

102是一个气缸，它可以做为一个移动驱动器进行三级定位，而101是一个气缸，它可以做为一个选择驱动器进行四级定位。

通过一根连杆104把用于移动操作的气缸102的一根输出轴109连接到一根反向杆105的一端上，该反向杆105的另一端通过一根连杆106连接到一个动力移动器116的一根输入轴107上。

通过一根连杆103把用于选择操作的气缸101的一根输出轴108连接到变速装置的一根选择连杆120上。

动力移动器116的一根输出轴(未画出)被连接到变速装置的一根移动连杆上。

一个机械的手动速度改变机构把由于在驾驶室中的一个手动速度改变的选择操作和移动操作传递到变速装置的选择连杆120和移动连杆上，该机构包括在驾驶室中的连杆119，123和在对于每一传递路径的传递侧上的连杆117，121，连杆装置118，122被夹在这些连杆之间。

通过连杆117把动力移动器116的输入轴107连接到连杆装置118的一端上，连杆119被连接到该连杆装置118的另一端上。

通过连杆121把变速装置的选择连杆120连接到连杆装置122的一端上，连杆123被连接到该连杆装置122的另一端上。

未画出的用来检测输出轴108，109的行程位置的传感器被分别装在气缸101，102中，相应的检测信号113，111被输入到控制器110中。

当控制器110根据车辆的行进状态发出一个速度改变要求，或根据一个手动操作发出一个速度改变要求时，控制信号112，114被输出到气缸101，102，从而把变速装置的齿轮位置移动到所要求的齿轮位置。

当设置了一个未画出的装置发出一个改变到手动的机械的速度改变操作的要求，并且这样一个转换要求被接收到时，控制器110停止变速装置的齿轮移动控制，并松开油缸101，102，从而使它们变成自由的。

在产生转换到手动速度改变操作的要求的过程中，由驾驶室进行速度改变的操作。这一移动操作被由连杆119通过连杆装置118传递到连杆117，并且，动力移动器116的输出驱动变速装置的移动连杆。

把一个选择操作由连杆123通过连杆装置122传递到连杆121，此选择操作驱动变速装置的选择连杆120。

换句话说，当要求进行一个手动的速度改变操作时，当气缸101，102是自由的时侯，由驾驶室的手动操纵的一个机械的速度改变机构进行变速装置的速度改变(一个倒退挡和七个前进挡)。

图2，图3示出了能为了移动操作而进行三级定位的气缸102的结构。

在壳体1中形成了一个大直径的缸体1b，一个小直径的缸体1a被同轴地连接到其后部。在壳体1中的小直径的缸体1a的前面与缸体1a，1b同轴地设置了一个支承件2a。

壳体1的大直径的缸体1 b的一端是打开的，装配上一个端部盖帽3，把此开口密封住。在该端部盖帽3中与缸体1a，1b同轴地形成了一个支承件2b，杆4穿过这些支承件2a，2b，使得该杆是自由滑动的。

把在中间部分被做成台阶状的活塞8装在缸体1a，1b中。这个带台阶的活塞8包括在小直径的缸体1a中自由滑动的一个大直径的部分8b和在大直径的缸体1b中自由滑动的一个小直径的部分8a，并且，上面提到的杆4穿过它的中心，通过一个支承件2c，使得该杆4可以自由地滑动。在小直径部分8a的外圆周与缸体1a，1b的内圆周之间形成一个环形的压力腔室14b(第二压力腔室)。小直径部分8a被做成圆柱的形状，在它的内部设置了一个中间缸体10。

在该中间缸体10中设置了一个自由滑动的活塞5。通过止动件6a，6b把该活塞5在一个预定的位置固定在杆4上。通过止动件6c，6d把一个端部止动件11在一个预定的位置固定在包住活塞5和支承件2c的相对的一侧上。

在中间缸体10中在活塞5的旁边形成了一个压力腔室14d(第四压力腔室)。在中间缸体10中形成了把这一压力腔室14d永久连接到一个输出压力腔室上的一个通道16d。

在小直径的缸体中形成了一个压力腔室14a(第一压力腔室)，并在大直径的缸体中在装着活塞5的带台阶的活塞8的旁边形成了一个压力腔室14c(第三压力腔室)。

通过通道16a到16c把这些压力腔室14a到14c连接到电磁阀15a到15c上。电磁阀15a到15c把压缩空气供应到这些压力腔室14a到14c，并由这些压力腔室14a到14c把压缩空气排放掉，这些电磁阀被连接到一个高压空气供应装置100上。该高压空气供应装置100包括一个储存来自空气压缩机(未画出)的压缩空气的空气储存室51和一个减压阀50，此阀把通到电磁阀15a，15b的供应压力调节到一个预定的值。

把减振器12c，12d装在包住带台阶的活塞8的支承件2c的两侧上，为的是减轻在带台阶的活塞8与在该带台阶的活塞8的两侧的活塞5和端部止动件11之间的振动。

把减振器12a，12b装在大直径的缸体1b的两侧上，为的是减轻与该带台阶的活塞8的大直径部分8b的碰撞。

在这种情况下，把活塞5的最大行程L1与带台阶的活塞8的最大行程L2之间的关系设定为L1＝L2，从而使该气缸可以进行三级定位。

9a是把活塞5与中间缸体10之间的滑动表面密封起来的一个密封件。7a是把带台阶的活塞8的小直径部分8a与小直径缸体1a之间的滑动表面密封起来的一个密封件。7b是把大直径部分8b与大直径缸体1b之间的滑动表面密封起来的一个密封件，9b是把支承件2c与杆4之间的滑动表面密封起来的一个密封件。13a，13b是把在缸体1a，1b的两侧的支承件2a，2b与杆之间的滑动表面密封起来的密封件。

当电磁阀15a到15c为关断时，压力腔室14a到14d对大气打开。在这种情况下，当杆4被一个外面的作用力操纵时，可以人为地设定活塞5的最大行程L1和带台阶的活塞8的最大行程L2的和(L1+L2)的范围。

当把压缩空气选择性地送入电磁阀15a到15c中时，可以进行杆4的三级定位。现在将在图3和图4的基础上描述这一操作。

图9表示电磁阀15a到15c的运行方式。

在图4中，当杆4的端部由位置F移动到位置N时，电磁阀15b切换到接通状态，并把压缩空气供应到压力腔室14b中。同时，电磁阀15a，15c切换到关断的状态，压力腔室14a，14c对大气打开。由于电磁阀15b被切换到接通的状态，压力腔室14b的压力提高，通过通道16d连接到压力腔室14b上的压力腔室14d的压力也提高。

由于压力腔室14d的压力的提高，活塞5与杆4一起在中间缸体10中运动，并当端部止动件11碰到带台阶的活塞8时停住。

由于作用在压力腔室14b上的压力，带台阶的活塞8在朝向图的右侧的方向上，即在倾向于压缩压力腔室14c的方向上，移动一个距离L2，与大直径的缸体1b的端部(减振器12b)相接触。因此，杆4与带台阶的活塞8的运动一起移动，它的端部由位置F移动一个距离L2，并在位置N处停住，如1-(1)所示。

在位置N处停住之后，电磁阀15b切换到关断的状态。

通过通道16b，16d把压力腔室14b，14d中的高压空气排放掉。在高压空气排放的过程中，压力腔室14b，14d处于比大气压力要高的压力下。

在另一方面，当压力腔室14a，14c处于大气压力下时，上面说到活塞5和8之间的关系仍被保持，这两个活塞停在这一位置。因此不出现杆4的移动(偏移)。

当杆4的端部由位置N移动到位置R时，电磁阀15a切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14a中。同时，电磁阀15b，15c切换到关断的状态，压力腔室14b，14c对大气打开。

由于作用在压力腔室14a上的压力，活塞5朝向中间缸体10的后部移动一个距离L1，并与中间缸体10的端部(减振器12c)相接触。另外，压力腔室14a的压力在这样的方向上推动带台阶的活塞8，同时压缩压力腔室14c。

当带台阶的活塞8与大直径的缸体1b的基座端相接触时，它不能在这一方向上运动。因此，杆4的端部由位置N后退一个距离L1，并在位置R处停住，如1-(2)所示。在位置R处停住之后，电磁阀15a切换到关断的状态。通过通道16a把压力腔室14a中的高压空气排放掉。

在高压空气排放的过程中，压力腔室14a的压力降到大气压力，而活塞5和带台阶的活塞8被固定，使得它们不能移动。因此，杆4在轴向方向上不移动。

当杆4的端部由位置R移动到位置N时，电磁阀15b切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14b，14d中。同时，电磁阀15a，15c切换到关断的状态，压力腔室14a，14c对大气打开。

压力作用在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14b的那个压力接受表面上，并在倾向于压缩压力腔室14c的方向上推动带台阶的活塞8，但是当它与大直径的缸体1b相接触时，它不能进一步移动。

由于压力腔室14d的压力，活塞5在使压力腔室14d变大的方向上由中间缸体10的基座移动一个距离L1，并当端部止动件11与带台阶的活塞8的压力接受表面相接触时停住。

因此，杆4的端部由位置R移动一个距离L1，并在位置N处停住，如1-(3)所示。

在位置N处停住之后，电磁阀15b切换到关断的状态。通过通道16b，16d把压力腔室14b，14d中的高压空气排放掉。在高压空气排放的过程中，因为压力腔室14b，14d降到低于大气压力，同时带台阶的活塞8和活塞5被固定不动，所以不出现杆4的偏移。

当杆4的端部由位置N移动到位置F时，电磁阀15b，15c切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14b，14c中，同时在另一方面，电磁阀15a切换到关断的状态，压力腔室14a对大气打开。

对于电磁阀15b和电磁阀15c有三种可能的操作顺序，即：(1)在电磁阀15b切换到接通状态之后，电磁阀15c切换到接通状态，(2)在电磁阀15c切换到接通状态之后，电磁阀15b切换到接通状态，(3)电磁阀15b和电磁阀15c同时切换到接通状态。

情况(1)-(3)中的任何一种情况都是可行的。

首先描述情况(1)，由于接通电磁阀15b，通过通道16b供应高压空气，使压力腔室14b和14d中的压力提高。这一压力在使压力腔室14b，14d变大的方向上起作用。这一压力在对着大直径的缸体1b的端部施加压力的方向上推带台阶的活塞8，并在离开带台阶的活塞8的方向上同时推活塞5。

当在电磁阀15b之后把电磁阀15c切换到接通的状态时，通过通道16c把高压空气供应给压力腔室14c。压力腔室14c的压力提高，这一压力使带台阶的活塞8在使压力腔室14c变大的方向上移动。在压力提高的开始阶段，在压力腔室14b的压力的基础上的工作压力是主要的，所以，带台阶的活塞8不移动。然而，当压力腔室14c的压力进一步提高，并且满足下面的表达式的条件时，带台阶的活塞8开始移动。

[压力腔室14c的压力]＞[压力腔室14b的压力]*[带台阶的活塞8的朝向压力腔室14b的压力接受表面的面积]/[带台阶的活塞8的朝向压力腔室14c的压力接受表面的面积]...1

换句话说，当1式的条件满足时，带台阶的活塞8开始在使压力腔室14c的体积变大的方向上移动，并且，它移动被大直径的缸体1b的一个台阶(减振器12a)限制的一个距离L2。

同时，压力腔室14d的压力在使该腔室的体积变大的方向上推活塞5，同时被端部止动件11限制，所以，杆4的端部由位置N移动一个距离L2，并在位置F处停住，如1-(4)所示。

在位置F处停住之后，电磁阀15b，15c被切换到关断的状态。电磁阀15b，15c的操作顺序可以是：(1)在电磁阀15b切换到关断状态之后，电磁阀15c切换到关断状态，(2)在电磁阀15c切换到关断状态之后，电磁阀15b切换到关断状态，(3)电磁阀15b和电磁阀15c同时切换到关断状态。

当压力腔室14c的压力与压力腔室14b的压力之间的关系不满足上面的表达式1的条件时，带台阶的活塞8运动。

在情况(1)中，式1的条件确定地被满足。

在情况(2)中，可能限容易出现式1的条件不被满足。

在情况(3)中，压力腔室14c的压力随着压力腔室14b的压力的下降而下降，但是由于在压力腔室14b中的压力下降较快，所以不等式1的条件被满足。

图5示出了为了进行杆4的三级定位的另一种运行方式。当杆4的端部由位置F移动到位置N时，电磁阀15a，15c切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14a，14c中。同时，电磁阀15b切换到关断的状态，压力腔室14b对大气打开。

电磁阀15a和电磁阀15c的操作顺序可以是：(1)在电磁阀15a切换到接通状态之后，电磁阀15c切换到接通状态，(2)在电磁阀15c切换到接通状态之后，电磁阀15a切换到接通状态，(3)电磁阀15a和电磁阀15c同时切换到接通状态。

如果只有最后位置是重要的，在所有上面的情况(1)-(3)中得到相同的结果，但是，为了防止在运行过程中过量的移动，必须满足下面的表达式的条件。

[压力腔室14c的压力]＞[压力腔室14a的压力]*[带台阶的活塞8的朝向压力腔室14a的压力接受表面的面积+活塞5的朝向压力腔室14a的压力接受表面的面积]/[带台阶的活塞8的朝向压力腔室14c的压力接受表面的面积]...2

情况(2)和(3)很好地满足这一条件2，但是，情况(2)是优选的。现在描述情况(2)，当电磁阀15c切换到接通状态时，通过通道16c把高压空气供应给压力腔室14c，使压力腔室14c中的压力提高。这一压力在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14c的压力接受表面上起作用，并且，带台阶的活塞8在倾向于使压力腔室14c的体积变大的方向上移动，但是这一运动被大直径的缸体1b的一个台阶限制。

当在电磁阀15c切换到接通状态之后把电磁阀15a切换到接通的状态时，通过通道16a把高压空气供应给压力腔室14a。压力腔室14a的压力提高，这一压力使带台阶的活塞8和活塞5在使压力腔室14a的体积变大的方向上移动，但是，当在压力腔室14c的那一侧的工作压力对于带台阶的活塞8是主要的时侯，带台阶的活塞8保持不动。活塞5朝向中间缸体10的后部移动一个距离L1，并与中间缸体10中的基座相接触。

接着，当压力腔室14a的压力与压力腔室14c的压力之间的关系满足上面的不等式2的条件时，带台阶的活塞8和活塞5不移动。因此，杆4的端部由位置F退回一个距离L1，并在位置N处停住，如由2-(1)所示。在位置N处停住之后，电磁阀15a，15c切换成关断状态。

这里，下面的运行顺序是可能的，即：(1)在电磁阀15a切换到关断状态之后，电磁阀15c切换到关断状态，(2)在电磁阀15c切换到关断状态之后，电磁阀15a切换到关断状态，(3)电磁阀15a和电磁阀15c同时切换到关断状态。

当电磁阀15a，15c切换到关断状态时，为了防止杆4的偏移，必须满足下面的表达式的条件。

[压力腔室14c的压力]＞[压力腔室14a的压力]*[带台阶的活塞8的朝向压力腔室14a的压力接受表面的面积+活塞5的朝向压力腔室14a的压力接受表面的面积]/[带台阶的活塞8的朝向压力腔室14c的压力接受表面的面积]...3

情况(1)和(3)满足这一表达式3的条件，但是，情况(1)是优选的。

现在描述情况(1)，当电磁阀15a切换到关断状态时，压力腔室14a的压力降低。如果在压力腔室14a中的压力足够地降低之后把电磁阀15c切换到关断的状态，可以使压力腔室14a，14c中的压力降低到大气压力，同时继续充分满足式3。当杆4的端部由位置N移动到位置R时，电磁阀15a切换到接通状态，并把压缩空气供应到压力腔室14a中。同时，电磁阀15b，15c切换到关断的状态，压力腔室14b，14c对大气打开。通过通道16a把高压空气供应给压力腔室14a，压力腔室14a的压力提高。

压力作用在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14a的压力接受表面上和活塞5的压力接受表面上。因此，带台阶的活塞8与活塞5一起在倾向于使压力腔室14a的体积增大的方向上移动一个距离L2，与大直径的缸体1b的端部相接触。因此，杆4的端部由位置N退回一个距离L2，并在位置R处停住，如2-(2)所示。在位置R处停住之后，电磁阀15a切换到关断的状态。通过通道16a把压力腔室14a中的高压空气排放掉。在高压空气排放的过程中，因为压力腔室14a的压力比压力腔室14b-14d的压力要高，所以在倾向于使压力腔室14a增大的方向上推活塞5和带台阶的活塞8。

换句话说，压力腔室14a的压力下降到大气压力，而带台阶的活塞8和活塞5的运动被限制。因此不出现杆4的偏移。

当杆4的端部由位置R移动到位置N时，电磁阀15a，15c切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14a，14c中。同时，电磁阀15b切换到关断的状态，压力腔室14b对大气打开。

这里，电磁阀15a，15c的下面的运行顺序是可能的，即：(1)在电磁阀15a切换到接通状态之后，电磁阀15c切换到接通状态，(2)在电磁阀15c切换到接通状态之后，电磁阀15a切换到接通状态，(3)电磁阀15a和电磁阀15c同时切换到接通状态。

即使当电磁阀15a是关断的状态时，由于电磁阀15c被切换成接通的状态，可以使带台阶的活塞8和活塞5一起朝向小直径的缸体1a运动一个距离L2。然而，当杆4达到位置N时，带台阶的活塞8与大直径的缸体1b的一个台阶相接触，并立即停住，而活塞5维持它的移动速度，并可能由于惯性而移动过量。

为了防止移动过量，必须使带台阶的活塞8移动，同时压力腔室14a的压力对着中间缸体10的基座推活塞5。

在情况(1)中，可以确定地防止活塞5(即杆4)发生移动过量，但是带台阶的活塞8开始运动的条件(即上面的式2的条件)不能立即被满足。

在另一方面，在情况(2)中，带台阶的活塞8在较早的时间开始运动，但是活塞5倾向于发生移动过量。

在情况(3)中，同时把高压空气供应给压力腔室14a，14c，但是由这些压力腔室14a，14c的体积看来，在压力腔室14a中压力上升较快。结果，到位置N的移动相当早地开始，同时确定地防止了活塞5的移动过量。

在停在位置N之后，电磁阀15a，15c切换到关断的状态。这时，为了防止杆4的偏移，在电磁阀15a切换到关断的状态之后，使电磁阀15c切换到关断的状态。

当杆4的端部由位置N移动到位置F时，电磁阀15b，15c切换到接通状态，并把压缩空气供应到压力腔室14b，14c中，同时，在另一方面，电磁阀15a切换到关断的状态，压力腔室14a对大气打开。

对于电磁阀15b和电磁阀15c有三种可能的操作顺序，即：(1)在电磁阀15b切换到接通状态之后，电磁阀15c切换到接通状态，(2)在电磁阀15c切换到接通状态之后，电磁阀15b切换到接通状态，(3)电磁阀15b和电磁阀15c同时切换到接通状态。

由防止在运行的过程中出现不规则的运动看来，情况(2)是最希望的，因此，在这里将描述这一情况。

当电磁阀15c切换到接通状态时，压力腔室14c的压力提高。这一压力在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14c的压力接受表面上起作用，并且，带台阶的活塞8在倾向于使压力腔室14c的体积变大的方向上移动，但是这一运动被大直径的缸体1b的一个台阶限制，并且，带台阶的活塞8被保持在不动的状态。

当在电磁阀15c切换到接通状态之后把电磁阀15b切换到接通的状态时，压力腔室14b和压力腔室14d中的压力提高。

压力作用在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14b的压力接受表面上，但是，当作用在朝向压力腔室14c的压力接受表面上的工作压力是主要的时侯，带台阶的活塞8保持不动。

压力作用在活塞5朝向压力腔室14d的压力接受表面上，活塞5在这样的方向上移动，同时使压力腔室14d增大。

当活塞5移动了一个距离L1，并且端部止动件11与带台阶的活塞8相接触时，防止了进一步的移动。

因此，杆4的端部由位置N前进一个距离L1，并在位置F处停住，如2-(4)所示。在位置F处停住之后，把电磁阀15b，15c切换到关断的状态。

运行顺序可以是：(1)在电磁阀15b切换到关断状态之后，电磁阀15c切换到关断状态，(2)在电磁阀15c切换到关断状态之后，电磁阀15b切换到关断状态，(3)电磁阀15b，15c同时切换到关断状态。

为了防止杆4的偏移，必须把压力腔室14b，14c中的高压空气排放掉，同时满足表达式1的条件。

在情况(1)中，式1的条件被最好地满足。

在情况(2)中，可能很容易出现式1的条件不被满足。

在情况(3)中，压力腔室14b，14c中的压力同时下降，然而，在压力腔室14b中的压力下降较快，不等式1的条件被满足。

图6，图7示出了本发明的另一个实施例，其中气缸101可以进行四级定位(图1)。

把一个减振器12e(间隔确定装置)装到中间缸体10的基座上，而不是装上图2的气缸102中的减振器12c，使得改变了活塞5的最大行程L1与带台阶活塞8的最大行程L2之间的关系。

把相同的标号给予如在图2中相同的部件，在这里不重复对这些部件的描述。

除了减振器12e，采用了如在进行三级定位的气缸101中相同的部件。换句话说，取决于是把减振器12c还是12e装入，装置的功能可以为移动气缸102，或者为选择气缸101。

作了各种努力采用相同的部件，从而大大地改善了制作这两种类型的气缸101，102的生产能力。

图8描述了可以四级定位的气缸101的运行。

图10示出了电磁阀15a-15c的运行方式。

当杆4的端部由位置1移动到位置2时，电磁阀15a，15c切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14a，14c中。同时，电磁阀15b切换到关断的状态，压力腔室14b对大气打开。

电磁阀15a，15c的操作顺序可以是：(1)在电磁阀15a切换到接通状态之后，电磁阀15c切换到接通状态，(2)在电磁阀15c切换到接通状态之后，电磁阀15a切换到接通状态，(3)电磁阀15a和电磁阀15c同时切换到接通状态。

为了最后定位的目的，在所有上面的情况(1)-(3)中得到相同的结果，但是，为了防止在运行过程中过量的移动，必须满足上面说到的式2的条件。

由这一观点看来，情况(2)或(3)是令人满意的，但是，情况(2)是优选的。现在描述情况(2)，当电磁阀15c切换到接通状态时，压力腔室14c中的压力提高。这一压力作用在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14c的压力接受表面上，并且，带台阶的活塞8在倾向于使压力腔室14c的体积变大的方向上移动，但是这一运动被大直径的缸体1b的一个台阶(减振器12a)限制。

当在电磁阀15c切换到接通状态之后把电磁阀15a切换到接通的状态时，通过通道16a把高压空气供应给压力腔室14a。

压力腔室14a的压力提高，这一压力使带台阶的活塞8和活塞5在使压力腔室14a的体积变大的方向上移动，但是，当在压力腔室14c的那一侧的工作压力对于带台阶的活塞8是主要的时侯，此活塞保持不动。

活塞5朝向中间缸体10的后部移动一个距离L1，并与中间缸体10的基座(减振器12e)相接触。

接着，当压力腔室14a的压力与压力腔室14c的压力之间的关系满足上面的不等式2的条件时，带台阶的活塞8和活塞5不移动。

因此，杆4的端部由位置1退回一个距离L1，并在位置2处停住，如由3-(1)所示。在位置2处停住后，电磁阀15a，15c切换成关断状态。

这里，下面的运行顺序是可能的，即：(1)在电磁阀15a切换到关断状态之后，电磁阀15c切换到关断状态，(2)在电磁阀15c切换到关断状态之后，电磁阀15a切换到关断状态，(3)电磁阀15a和电磁阀15c同时切换到关断状态。

如上面所描述的那样，为了防止杆4的偏移，必须满足不等式2的条件。由这一观点看来，情况(1)或(3)是令人满意的，但是，情况(1)是优选的。

现在描述情况(1)，当电磁阀15a切换到关断状态时，压力腔室14a中的压力降低。当压力腔室14a中的压力足够地降低，并且，电磁阀15c切换到关断的状态时，可以使压力腔室14a，14c中的压力降低到大气压力，同时充分满足不等式2的条件。

当杆4的端部由位置2移动到位置3时，电磁阀15b切换到接通状态，并把压缩空气供应到压力腔室14b中。同时，电磁阀15a，15c切换到关断的状态，压力腔室14a，14c对大气打开。

由于压力腔室14d的压力，活塞5在使压力腔室14d增大的方向上移动一个距离L1，但是它的进一步的移动被端部止动件11限制。由于压力腔室14b的压力，带台阶的活塞8在倾向于使压力腔室14c压缩的方向上移动，并与大直径的缸体的基座(减振器12b)相接触。

因此，杆4的端部退回一个距离L2-L1，并在位置3处停住，如3-(2)所示。在位置3处停住之后，电磁阀15b切换到关断的状态。通过通道16b，16d把压力腔室14b，16d中的高压空气排放掉。在高压空气排放的过程中，在倾向于使压力腔室14d增大的方向上推活塞5，并在倾向于使压力腔室14b增大的方向上推带台阶的活塞8。

换句话说，由于压力腔室14b，14d的压力下降到大气压力，而活塞5的运动被端部止动件11限制，并且，对着大直径的缸体1b的基座压带台阶的活塞8，所以不会出现杆4的偏移。当杆4的端部由位置3移动到位置4时，电磁阅15a切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14a中。同时，电磁阀15b，15c切换到关断的状态，压力腔室14b，14c对大气打开。

由于压力腔室14a的压力，活塞5在倾向于使压力腔室14d压缩的方向上移动一个距离L1，并与中间缸体10的基座相接触。

压力腔室14a的压力也在使压力腔室14c压缩的方向上作用在带台阶的活塞8上，但是，因为带台阶的活塞8与大直径的缸体的基座相接触，它仍然保持不动。

因此，杆4的端部由位置3移动一个距离L1，并在位置4处停住，如3-(3)所示。在位置4处停住之后，电磁阀15a切换到关断的状态。

当压力腔室14b，14d和14c处于大气压力时，压力腔室14a中的压力下降到大气压力，而活塞5和中间缸体10被固定，从而它们不移动(当压力腔室14a被增大到最大时)。因此，杆4的位置不会改变。

当杆4的端部由位置4移动到位置3时，电磁阀15b切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14b中。同时，电磁阀15a，15c切换到关断的状态，压力腔室14a，14c对大气打开。

由于压力腔室14b的压力，对着大直径的缸体1b的基座压带台阶的活塞8。由于压力腔室14d的压力，活塞5在倾向于使压力腔室14d变大的方向上移动一个距离L1，当端部止动件11与带台阶的活塞8相接触时，防止了进一步的移动。

因此，杆4的端部移动了一个距离L1，并在位置3处停住，如3-(3)所示。在位置3处停住之后，电磁阀15b切换到关断的状态。通过通道16b，16d把压力腔室14b，14d中的高压空气排放掉。压力腔室14b，14d中的压力降到大气压力，同时在使这些腔室的体积增大的方向上推活塞5和带台阶的活塞8。因此不出现杆4的偏移。

当杆4的端部由位置3移动到位置2时，电磁阀15a，15c切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14a，14c中。同时，电磁阀15b切换到关断的状态，压力腔室14b对大气打开。

由于压力腔室14a的压力，活塞5在倾向于使压力腔室14d压缩的方向上移动一个距离L1，并与中间缸体10的基座相接触。

由于在压力腔室14c的压力，带台阶的活塞8在倾向于使压力腔室14b压缩的方向上移动一个距离L2，并与大直径的缸体1b的基座相接触。因此，杆4的端部由位置2移动一个距离L2-L1，并在位置2处停住，如3-(5)所示。

电磁阀15a，15c的操作顺序可以是：(1)在电磁阀15a切换到接通状态之后，电磁阀15c切换到接通状态，(2)在电磁阀15c切换到接通状态之后，电磁阀15a切换到接通状态，(3)电磁阀15a，15c同时切换到接通状态。

由于惯性，当带台阶的活塞8与在大缸体1b上的台阶相接触时，活塞5的运动必然被压力腔室14a的压力抑制，从而活塞5不会移动过量。

在防止活塞5的移动过量方面，情况(1)最有效，但是随后杆4要花费较多的时间移动。在情况(2)和(3)，活塞5的移动过量仍然得到了抑制，但是由降低杆4的移动时间的观点看来，运行顺序(3)是优选的。

在杆在位置2处停住之后，电磁阀15a，1 5c切换到关断的状态。

为了防止杆4的偏移，运行顺序应该是：使压力腔室14a，14c中的压力降低到大气压力，同时满足上述的不等式2的条件，所以希望在电磁阀15a切换到关断状态之后把电磁阀15c切换到关断的状态。

当杆4由位置2移动到位置1时，电磁阀15b，15c切换到接通状态，并把高压空气供应到压力腔室14b，14c中。同时，电磁阀15a切换到关断的状态，压力腔室14a对大气打开。

关于电磁阀15b，15c的运行顺序，由防止杆4的偏移的观点看来，优选的是在电磁阀15c之后把电磁阀15b切换到接通的状态。

现在来描述这一情况，当在电磁阀15c切换到接通状态时，压力腔室14c中的压力升高。由于这一压力，在倾向于使压力腔室14b压缩的方向上推带台阶的活塞8，但是它在这一方向上的移动被在大直径的缸体1b上的一个台阶限制。

当在电磁阀15c之后把电磁阀15b切换到接通的状态时，由于压力腔室14d中的压力，活塞5在倾向于使压力腔室14d增大的方向上移动一个距离L1，但是它的进一步的移动被端部止动件11阻止。

这一压力也作用在带台阶的活塞8的朝向压力腔室14b的压力接受表面上，但是，当在压力腔室14c的压力基础上施加的作用力是主要的时侯，带台阶的活塞8保持不动。

因此，杆4的端部由位置2移动一个距离L1，并在位置1处停住，如3-(6)所示。在位置1处停住之后，电磁阀15b，15c切换到关断的状态。

运行顺序可以是：(1)在电磁阀15b切换到关断状态之后，电磁阀15c切换到关断状态，(2)在电磁阀15c切换到关断状态之后，电磁阀15b切换到关断状态，(3)电磁阀15b，15c同时切换到关断状态。

由防止杆4偏移的观点看来，情况(1)和(3)是优选的，但是情况(1)是更可取的。

在情况(2)中，可能限容易出现不等式1的条件不被满足，所以这一运行顺序不是希望的。

现在描述情况(1)，当电磁阀15b切换到关断的状态时，通过通道16b把压力腔室14b，14c中的高压空气排放掉。在这一排放过程中，因为压力腔室14d的压力比压力腔室14a中的压力要高，所以压力腔室14d中的压力对着带台阶的活塞8的压力接受表面对活塞5的端部止动件11施加压力。

当在电磁阀15b切换到关断的状态之后电磁阀15c切换到关断的状态时，压力腔室14c中的压力降低。因为压力腔室14b，14c中的压力之间的关系满足不等式1的条件，所以带台阶的活塞8在倾向于使压力腔室14c压缩的方向上不会移动。

图11，图12示出了本发明的不同的实施例。在这些图中，(a)示出了可以进行三级定位的气缸102，而(b)示出了可以进行四级定位的气缸101。

图11与前面的实施例不同，在于，大缸体1b的支承件(在图1和图6中的2b)不被用于图2的移动气缸102和图6的选择气缸101。

另外，杆4在一侧在端部止动件11处终止，从而它只在另一侧由小直径的缸体1a的支承件2a向外伸展。

在图12中，在图2和图6的气缸102，101中，杆4在一侧在活塞5处终止。大直径缸体1b的支承件(图1和图6中的2b)和带台阶的活塞8的支承件(图2和图6中的2c)被省略了。

限制活塞5的最大行程的端部止动件11被装到中间缸体10的开口上。

在图11和图12中，有与图2和图6的部件相同功能的部件被指定有相同的标号。

因为有这些另外的结构的缸体的运行与图4，图5和图8中所示出的缸体的运行相同，所以在这里略去了对它的描述。

虽然在图中已经示出了本发明的具体的实施例，并在详细的描述中描述了本发明的具体的实施例，但是，将会理解到，本发明不被限制为所公布的实施例，而力图包括落在被下面的权利要求所确定的本发明的范围内的任何改型，改进，等价物和/或部件的替代物。

Claims (5)

1.靠流体压力操纵的一种气缸，它包括：

一个小直径的缸体和在一个壳体内部连接到其上的一个大直径的缸体，

一个带台阶的活塞，它有在所述大直径缸体中自由滑动的一个大直径部分和在所述小直径缸体中自由滑动的一个小直径部分，在所述小直径缸体的侧面上形成的第一压力腔室和被所述带台阶的活塞在所述大直径缸体的侧面上形成的第三压力腔室，在所述带台阶的活塞的所述小直径缸体的外圆周上形成的一个环形的第二压力腔室，在所述带台阶的活塞的内部形成的并通入所述第一压力腔室的一个中间缸体，

被插入的可以自由滑动并在所述中间缸体中形成第四压力腔室的一个活塞，

永久地把所述第二压力腔室和所述第四压力腔室连接起来的一个通道，

与所述活塞连接并在轴向上穿过所述带台阶的活塞的一根杆，

用来把所述活塞的最大行程限制为L1的一个端部止动件，用来把所述带台阶的活塞的最大行程限制为L2的装置，

用来控制在所述第一压力腔室中的流体压力的第一阀门，

用来控制在所述第二压力腔室和所述第四压力腔室中的流体压力的第二阀门，以及

用来控制在所述第三压力腔室中的流体压力的第三阀门，

其特征在于，靠通过所述第一，第二和第三阀门选择性地控制流体压力，使所述杆在四个行程位置0，L1，L2和L1+L2停住。

2.按照权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述活塞的最大行程L1和所述带台阶的活塞的最大行程L2被设定成L1＝L2。

3.按照权利要求2所述的气缸，其特征在于，有齿轮移动功能的一个移动连杆被连接到所述杆上。

4.按照权利要求1所述的气缸，其特征在于：包括一个间隔确定装置，它把所述活塞的最大行程L1和所述带台阶的活塞的最大行程L2设定成L1＝L2/2。

5.按照权利要求4所述的气缸，其特征在于，有齿轮移动功能的一个移动连杆被连接到所述杆上。

Images