CN110107633B - 液气阻尼作动器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的液气阻尼作动器，旨在提供一种解决气动作动器难以实现全行程受阻尼作用要求的机构。本发明通过下述技术方案予以实现：装有活塞杆及其它工作机构的气液工作缸及与气液工作缸同向并排相连的连体阻尼筒构成双筒体并排结构，在阻尼筒内装配的双向运动的分隔活塞将筒内的右端区域分隔为储油腔，将筒内的左端区域分隔为储气腔；通过气液工作缸端部上伸出的管嘴，向气液工作缸左端的工作气腔通入高压气体，推动活塞杆伸出时，活塞杆挤压阻尼腔中的阻尼油经过单向阻尼阀的阀芯上的阻尼孔进入储油腔，在阻尼孔作用下，阻尼腔阻尼油流通受阻，压力升高，对活塞杆产生反向阻力，活塞杆在伸出全程中受阻尼作用，实现气动作动器全运动行程带阻尼功能。

Description

液气阻尼作动器

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带阻尼作用的气动作动器。

背景技术

伸缩作动器(Actuator)是液压气动传动系统中常见的一类执行元件，工作介质一般有液体和气体两种。伸缩作动器(液压作动器、气动作动器、电磁作动器等)将液压能或气压能转变为机械能，用来操纵活动部件动作。作动器基本分为往复直线式作动器和往复摆动式作动器两种类型。现代飞机上广泛将往复直线式作动器应用于起落架、襟翼、减速板的收放以及尾喷口、进气锥的调节等活动部件上。

伸缩作动器驱动大质量的运动部件并且运动速度较大时，由于运动部件的惯性较大，当作动器的活塞/活塞杆运动到极限位置时，发生因机械碰撞引起的冲击和噪声。当作动器应用液体作为介质时，由于液体本身具有不可压缩性或可压缩性低，且液体介质受环境温度、压力等外界因素的影响较小，作动器的运动速度可通过控制流量来实现。当系统流量较大时，可通过设置节流阀等阀控组件或通过作动器本身集成缓冲功能来降低作动器的运动速度，吸收冲击载荷。缓冲装置的工作原理是把作动器排油腔内一定容积的液体封闭起来，然后使其经节流小孔或缝隙挤出造成反压，使活塞/活塞杆在收放过程中或到达终点时，由于回油腔阻力增大从而减缓活塞/活塞杆的运动速度达到缓冲目的。缓冲装置的结构型式一般有节流孔、环缝或节流孔与环缝相结合。虽然缓冲技术已在液压系统中大量应用，解决了作动筒伸出到极限位置时冲击载荷较大的问题。但液压传动有较多的能量损失，传动效率不高；液压传动对油温的变化比较敏感，在很高和很低的温度下工作液压传动出现故障不易找出原因。由于液体体积随压力变化而改变。在一定温度下，每增加一个单位压力，液体体积的相对变化值；液体弹性模量会增大。无人机作动器近年来多用气体作为动力源。与液体介质相比，气体介质本身可压缩性较大，通过阀控组件、节流小孔或缝隙等结构无法有效地控制作动器的运动速度。因此，通过在作动器内集成液压作动器型式的缓冲装置无法有效地起到缓冲、吸收冲击力的作用。对于单作用气缸而言，压缩空气使气缸朝一个方向运动，气缸另一个方向的运动由弹簧力或自重完成。此外，在应用阀控组件时，由于阀控组件的气体密封性较差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。因此现有液压缓冲技术无法很好地解决气动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问题，旨在提供一种带温度补偿的阻尼气动作动器，其在具备了作动器基本功能的前提下，能够解决气动作动器通过使用阀控组件或集成液压作动器型式的缓冲装置无法有效避免因速度过快而引起冲击载荷较大的问题，并通过温度补偿措施和阀控组件的使用，使作动器的阻尼功能不受温度变化的影响并保证作动器的结构安全。

本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种液气阻尼作动器，包括：通过气液工作缸孔口装配的封严套6，在气液工作缸中来回运动，执行气动作动器对外做功的活塞杆4，气液工作缸与活塞杆沿轴向形成的环形阻尼腔5，活塞杆端的隔离活塞将气液工作缸的左端分隔为工作气腔2，其特征在于：气液工作缸3的筒体上固联有与所述气液工作缸3同向并排相连的连体阻尼筒18，阻尼腔5通过装配在阻尼筒18孔口上的单向阻尼阀与阻尼筒18隔开，通过单向阻尼阀的开闭可实现阻尼筒18与阻尼腔5之间的通断；在阻尼筒18内装配的双向运动的分隔活塞16将筒内的右端区域分隔为储油腔15，将筒内的左端区域分隔为储气腔17；通过气液工作缸端部上伸出的管嘴1，向气液工作缸左端的工作气腔2通入高压气体，推动活塞杆4伸出时，活塞杆4挤压阻尼腔5中的阻尼油经过单向阻尼阀的阀芯8上的阻尼孔10进入储油腔15，在阻尼孔10的节流作用下，阻尼腔5中的阻尼油流通受阻，压力升高，对活塞杆4产生反向阻力，活塞杆4在伸出全程中受阻尼作用运动速度受控，从而实现气动作动器全运动行程带阻尼功能。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用装有活塞杆及其它工作机构的气液工作缸及与气液工作缸同向并排相连的连体阻尼筒18构成的双筒体并排结构，气液工作缸以高压气体为能源驱动活塞杆伸出对外做功，通过集成阻尼机构，使活塞杆4在伸出全程中受到阻尼作用，可以提供与减振对象绝对运动速度的平方值成正比的阻尼力，有效减缓了活塞杆4的运动速度，并能保证一定温度范围内阻尼系数相对稳定，解决了气动作动器通过安装阀控组件或集成液压用缓冲装置无法提供有效阻尼改善作动器运动速度过快而引起的冲击载荷较大的问题，有效地减小了设备受冲击、振动的影响，有效解决了气动作动器工作中的速度控制及全程缓冲问题。

本发明通过活塞杆4挤压阻尼腔5中的阻尼油经单向阻尼阀的阀芯8上的阻尼孔10进入储油腔15，在阻尼孔10的节流作用下，阻尼腔5中的阻尼油压力升高，对活塞杆4产生反向阻力，活塞杆4在伸出全程中受阻尼作用，减缓了活塞杆4的运动速度。通过使用阀控组件增加温度补偿措施，动态补偿克服塞杆滞后误差，可以实现温度升高阻尼腔5油液自动泄压防止零件受损，储气腔17气体自动泄压保证气压恒定、阻尼作用稳定的功能；可以实现温度降低阻尼腔5油液自动补偿，防止油液出现真空阻尼作用不稳定，储气腔17气体仍能保持合理压力值不影响阻尼作用，保证作动器正常使用的功能。通过储气腔和阀控组件的使用，可以在温度升高时使阻尼腔中的阻尼油泄压、储气腔中的气体泄压，在温度降低时使阻尼腔中的阻尼油得到补偿，使补偿后的总的系统传递函数为一个全通系统传递函数。

本发明作动器阻尼腔5中的油液受热温度升高时，体积膨胀，压力升高，多余的高压油液可以经单向阻尼阀的阀芯8上的阻尼孔10进入储油腔15，避免阻尼腔5油压过高造成零件损坏；阻尼腔5中的油液温度降低时，体积收缩，储油腔15中的油液在储气腔17气压作用下将反流一部分回阻尼腔5，避免阻尼腔5中产生真空。储气腔17中的气体受热温度升高时，体积膨胀，压力升高，高压气体可以推开阀控组件圆锥柱阀芯23排出多余的气体，动态特性补偿保证阻尼功能的稳定性，使储气腔17中的气压保持恒定；储气腔17中的气体温度降低时，压力降低，通过合理设计阀控组件圆锥柱阀芯23的开启压力和储气腔17的容积，可以保证气体仍具有合理的压力值，使工作温度接近正常工作温度。因此无论温度上升或下降，只要三者之间匹配合理就能保证阻尼稳定和动作的平稳性，确保作动器的阻尼功能不受影响。

本发明作动器各部件均为机械式连接，可靠性良好。结构紧凑、体积小，响应速度快，无特殊限制要求，可以广泛应用于有阻尼要求的气动设备。

附图说明

图1是本发明液气阻尼作动器的剖视图。

图2是图1连体阻尼筒的局部放大剖视图。

图3是本发明液气阻尼作动器的俯视剖面图。

图4是装配在气动作动器气液工作缸连体阻尼筒端上的阀控组件的局部放大剖视图。

图中：1管嘴，2工作气腔，3气液工作缸，4活塞杆，5阻尼腔，6封严套，7阀体，8阀芯，9滤芯，10阻尼孔，11滤芯，12螺堵，13弹簧，14注油管嘴，15储油腔，16分隔活塞，17储气腔，18阻尼筒，19圆柱壳体，20E型阀芯，21压缩弹簧，22阀座，23圆锥柱阀芯，24尾部弹簧，25螺纹柱塞。

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专利的保护范围。

具体实施方式

参阅图1-图3。在以下描述的实施例中，一种液气阻尼作动器，包括：由气液工作缸3和与所述气液工作缸3同向并排相连的连体阻尼筒18组成的筒体，装配于气液工作缸中执行作动器对外做功功能的活塞杆4，安装于气液工作缸孔口用以限制活塞杆运动行程的封严套6，由阀体7、阀芯8、滤芯9、滤芯11、螺堵12、弹簧13组成的安装于阻尼筒18孔口的单向阻尼阀，装配于阻尼筒18中能够双向运动的分隔活塞16，安装于阻尼筒18端部并与阻尼筒18内孔连通的由圆柱壳体19、E型阀芯20、压缩弹簧21、阀座22、圆锥柱阀芯23、尾部弹簧24、螺纹柱塞25组成的阀控组件。活塞杆4端部的隔离活塞将气液工作缸3的左端分隔为工作气腔2，气液工作缸3与活塞杆4、封严套6、单向阻尼阀之间构成阻尼腔5，阻尼筒18与分隔活塞16、单向阻尼阀之间构成储油腔15，阻尼筒18与分隔活塞16、阀控组件之间构成储气腔17。阻尼腔5与阻尼筒18之间由单向阻尼阀隔开，通过单向阻尼阀的开闭可实现阻尼筒18与阻尼腔5之间的通断。

气液工作缸3制有径向连通工作气腔2的管嘴1，通过管嘴1向工作气腔2通入高压气体，推动活塞杆4伸出时，活塞杆4挤压阻尼腔5中的阻尼油经过单向阻尼阀的阀芯8上的阻尼孔10进入储油腔15，在阻尼孔10的节流作用下，阻尼腔5中的阻尼油流通受阻，压力升高，对活塞杆4产生反向阻力，活塞杆4在伸出全程中受阻尼作用运动速度受控，从而实现气动作动器全运动行程带阻尼功能。

[z1]图2中的单向阻尼阀包括：制有连通阻尼腔5的阀体7，装配在阀体型腔中的螺堵12，装配在螺堵12中的弹簧13，受弹簧13作用与阀体7左端孔口锥面贴合的阀芯8，通过螺纹与阀芯8连接用于过滤油液的滤芯9，受弹簧13作用装配在阀芯8孔中用于过滤油液的滤芯11。阻尼筒18上制有连通单向阻尼阀的注油管嘴14，经注油管嘴14通过单向阻尼阀向阻尼腔5注入阻尼油，排出阻尼腔5中的气体，经注油管嘴14注入作动器的阻尼油量应能保证活塞杆4缩回到极限位置时，分隔活塞16距离右端极限位置有一定距离，随后封堵注油管嘴14。

在图3中，安装于阻尼筒18端部并与阻尼筒18内孔连通的阀控组件，包括制有接管嘴的圆柱壳体19，装配在所述圆柱壳体19中并套装有压缩弹簧21的E型阀芯20，以及装配在圆柱壳体19尾端，相向于E型阀芯20并同轴套装压缩弹簧21的阀座22，通过螺纹柱塞25封装在阀座22台阶孔中的圆锥柱阀芯23和装配在圆锥柱阀芯23与螺纹柱塞25盲孔中的尾部弹簧24。

气液工作缸3制有径向连通工作气腔2的管嘴1，高压气源经管嘴1向工作气腔2通入气压，推动活塞杆4伸出对外做功，活塞杆4在伸出过程中，挤压阻尼腔5中的阻尼油，阻尼油经过单向阻尼阀的阀芯8上的阻尼孔10进入储油腔15中，并推动阻尼筒18中的分隔活塞16向左运动。在阻尼孔10的节流作用下，阻尼腔5中的阻尼油压力升高，且活塞杆4运动速度越快液压力越高，阻尼腔5中的液压力反作用于活塞杆4，使活塞杆4受到与工作气腔2气压作用相反的轴向力，阻碍活塞杆4的运动，从而实现了活塞杆4伸出过程中全程带阻尼的功能；分隔活塞16向左运动使得储气腔17体积减小，气压升高，将推开阀控组件上的圆锥柱阀芯23实现排气，从而保证储气腔17内的气压保持稳定，活塞杆4所受阻尼力不受储气腔17气压的影响，从而实现了活塞杆4伸出过程中阻尼作用的稳定性。当阻尼腔5中的阻尼油温度升高时，体积增大，油液经单向阻尼阀的阀芯8上的阻尼孔10进入储油腔15，避免阻尼腔5中油压过高造成零件损坏；当阻尼腔5中的阻尼油温度降低时，体积收缩，储油腔15中的油液在储气腔17气压作用下，可经单向阻尼阀反流一部分回阻尼腔5，避免阻尼腔5中产生真空。当储气腔17中的气体受热温度升高时，体积膨胀，压力升高，高压气体可以推开阀控组件圆锥柱阀芯23排出多余的气体，使储气腔17中的气压保持恒定；当储气腔17中的气体温度降低时，压力降低，通过合理设计阀控组件圆锥柱阀芯23的开启压力和储气腔17的容积，可以保证气体仍具有合理的压力值，确保作动器的阻尼功能不受影响。

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利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种液气阻尼作动器，包括：安装于阻尼筒（18）端部并与阻尼筒（18）内孔连通的阀控组件，通过气液工作缸孔口装配的封严套（6），在气液工作缸中来回运动，执行气动作动器对外做功的活塞杆（4），气液工作缸与活塞杆沿轴向形成环形的阻尼腔（5），活塞杆端的隔离活塞将气液工作缸的左端分隔为工作气腔（2），其特征在于：所述的阀控组件包括制有接管嘴的圆柱壳体（19），装配在所述圆柱壳体（19）中并套装有压缩弹簧（21）的E型阀芯（20），以及装配在圆柱壳体（19）尾端，相向于E型阀芯（20）并同轴套装压缩弹簧（21）的阀座（22），通过螺纹柱塞（25）封装在阀座（22）台阶孔中的圆锥柱阀芯（23）和装配在圆锥柱阀芯（23）与螺纹柱塞（25）盲孔中的尾部弹簧（24），气液工作缸（3）的筒体上固联有与所述气液工作缸（3）同向并排相连的连体阻尼筒（18）；与气液工作缸同向并排相连的连体阻尼筒（18）构成双筒体并排结构，气液工作缸以高压气体为能源驱动活塞杆伸出对外做功，通过集成阻尼机构，使活塞杆（4）在伸出全程中受到阻尼作用，提供与减振对象绝对运动速度的平方值成正比的阻尼力，阻尼腔（5）通过装配在阻尼筒（18）孔口上的单向阻尼阀与阻尼筒（18）隔开，通过单向阻尼阀的开闭可实现阻尼筒（18）与阻尼腔（5）之间的通断；在阻尼筒（18）内装配的双向运动的分隔活塞（16）将筒内的右端区域分隔为储油腔（15），将筒内的左端区域分隔为储气腔（17）；分隔活塞（16）向左运动使得储气腔（17）体积减小，气压升高，将推开阀控组件上的圆锥柱阀芯（23）实现排气，从而保证储气腔（17）内的气压保持稳定，活塞杆（4）所受阻尼力不受储气腔（17）气压的影响，从而实现了活塞杆（4）伸出过程中阻尼作用的稳定性，通过气液工作缸端部上伸出的管嘴（1），向气液工作缸左端的工作气腔（2）通入高压气体，推动活塞杆（4）伸出时，活塞杆（4）挤压阻尼腔（5）中的阻尼油经过单向阻尼阀的阀芯（8）上的阻尼孔（10）进入储油腔（15），在阻尼孔（10）的节流作用下，阻尼腔（5）中的阻尼油流通受阻，压力升高，对活塞杆（4）产生反向阻力，活塞杆（4）在伸出全程中受阻尼作用，运动速度受控，从而实现气动作动器全运动行程带阻尼功能。

2.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：当阻尼腔（5）中的油液温度降低时，体积收缩，储油腔（15）中的油液在储气腔（17）气压作用下将反流一部分回至阻尼腔（5），避免阻尼腔（5）出现油液真空，保证阻尼作用的稳定。

3.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：单向阻尼阀包括：制有连通阻尼腔（5）的阀体（7），装配在阀体型腔中的螺堵（12），装配在螺堵（12）中的弹簧（13），受弹簧（13）作用与阀体（7）左端孔口锥面贴合的阀芯（8），通过螺纹与阀芯（8）连接用于过滤油液的第一滤芯（9），由弹簧（13）作用装配在阀芯（8）孔中用于过滤油液的第二滤芯（11）。

4.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：阻尼筒（18）上制有连通单向阻尼阀的注油管嘴（14），经注油管嘴（14）通过单向阻尼阀向阻尼腔（5）注入阻尼油，排出阻尼腔（5）中的气体，经注油管嘴（14）注入作动器的阻尼油量保证活塞杆（4）缩回到极限位置时，分隔活塞（16）距离右端极限位置有一定距离，随后封堵注油管嘴（14）。

5.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：气液工作缸（3）制有径向连通工作气腔（2）的管嘴（1），高压气源经管嘴（1）向工作气腔（2）通入气压，推动活塞杆（4）伸出对外做功，活塞杆（4）在伸出过程中，挤压阻尼腔（5）中的阻尼油，阻尼油经过单向阻尼阀的阀芯（8）上的阻尼孔（10）进入储油腔（15）中，并推动阻尼筒（18）中的分隔活塞（16）向左运动。

6.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：在阻尼孔（10）的节流作用下，阻尼腔（5）中的阻尼油压力升高，且活塞杆（4）运动速度越快液压力越高，阻尼腔（5）中的液压力反作用于活塞杆（4），使活塞杆（4）受到与工作气腔（2）气压作用相反的轴向力，阻碍活塞杆（4）的运动，从而实现了活塞杆（4）伸出过程中全程带阻尼的功能。

7.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：当阻尼腔（5）中的阻尼油温度升高时，体积增大，油液经单向阻尼阀的阀芯（8）上的阻尼孔（10）进入储油腔（15），避免阻尼腔（5）中油压过高造成零件损坏；当阻尼腔（5）中的阻尼油温度降低时，体积收缩，储油腔（15）中的油液在储气腔（17）气压作用下，可经单向阻尼阀反流一部分回阻尼腔（5），避免阻尼腔（5）中产生真空。

8.如权利要求1所述的液气阻尼作动器，其特征在于：当储气腔（17）中的气体受热温度升高时，体积膨胀，压力升高，高压气体推开阀控组件圆锥柱阀芯（23）排出多余的气体，使储气腔（17）中的气压保持恒定；当储气腔（17）中的气体温度降低时，压力降低，通过合理设计阀控组件圆锥柱阀芯（23）的开启压力和储气腔（17）的容积，以保证气压仍在有效范围内。