CN110873088A - 一体式先导压差控制自动往复气缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体式先导压差控制自动往复气缸，包括：一气控阀模块、一气路连接板模块和一气缸模块，所述气控阀模块以螺杆连接所述气路连接板模块，所述气路连接板模块以螺杆连接所述气缸模块；其中，所述气缸模块包括气缸后盖部、缸体部和气缸前盖部，所述气缸后盖部开设一后盖气路和一后盖先导气路，所述气缸前盖部开设一前盖气路和一前盖先导气路，还包括两接触阀，两所述接触阀分别装配连接所述后盖先导气路和所述前盖先导气路。本申请气缸采用模块化设计思路，当气缸行程加长，只要加长气路连接板长度，当气缸使用形式改变时，只要气缸盖内的接触阀设计形式不改变，可以使用在任何气缸形式的改变，增加产品多样性。

Description

一体式先导压差控制自动往复气缸

技术领域

本发明涉及一种气缸技术领域，尤其涉及一种先导压差控制的一体式的自动往复气缸。

背景技术

随着气动系统在自动化领域越来越广的运用，传统的气动执行元件如气缸的控制，一般通过电磁阀来实现控制(电磁阀具有反应灵敏、气路系统简单的优点)。但在一些特殊的化工行业，如灌装液体易燃、易爆的行业，因为存在安全隐患，不允许有电磁阀在气路控制系统中存在。气缸的动作执行仍旧采用机械式或气控式。

现有技术的往复气缸(气路原理如图1所示)，动作原理是气缸活塞杆分别运动到前、后行程位置时，分别接触前、后接触式2位3通阀，使a、b分别得信号，P1和P2气压分别控制双气控2位5通阀换向，双作用气缸前、后腔分别得气和排气，实现气缸的往复运动。因其换向阀及进排气管均设于气缸外部，使气缸管路连接复杂，占用空间较大，安装和维修均不便利；亦有将2位3通阀置于气缸结构中，因其2运动位置3通道的设计需求，导致气缸内部结构过于复杂，加工成本过高。

又如专利公告号CN 206943121U的往复气缸(气路结构如下图2所示)，其气路原理是将一个2位5通机械阀置于气缸右侧，阀工作口分别连通气缸的前、后腔；阀芯通过一根刚性连接杆同气缸活塞连接，气缸分别运动至前、后端极限位置时，活塞带动连接杆，连接杆带动推板推动阀芯实现换向；气缸前、后腔分别得气和排气，实现气缸往复运动；同时为了实现阀芯运动时定位的准确性，增加了定位机构；其设计结构存在以下缺陷：

1、因阀芯10换向靠连接杆同活塞5运动带动，假如当左侧气缸行程较长时如200mm，连接杆也需要相应长度，也就是说右侧阀芯腔也需要200mm+的长度。在浪费安装空间的同时，加工存在很大问题，结构原因导致对气缸的动作行程有很大限制；

2、活塞5同阀芯10之间的连接杆穿过阀芯推动推板12带动阀芯10运动，为了稳定阀芯10位置，增加定位机构(为了防止连接杆穿动时，由于摩擦力引起带动阀芯10位置移动)。但由于同活塞间是刚性连接，在机加工或装配产生尺寸误差时，阀芯10容易在活塞力带动下，强拉脱离定位机构13位置，阀芯10定位不准确，使右侧气路串气或动作不准确。

因此，现有技术的气缸存在一些急待解决的技术问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种一体式先导压差控制自动往复气缸，以解决现有技术的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种一体式先导压差控制自动往复气缸，包括：一气控阀模块、一气路连接板模块和一气缸模块，所述气控阀模块以螺杆连接所述气路连接板模块，所述气路连接板模块以螺杆连接所述气缸模块；其中，所述气缸模块包括气缸后盖部、缸体部和气缸前盖部，所述气缸后盖部开设一后盖气路和一后盖先导气路，所述气缸前盖部开设一前盖气路和一前盖先导气路，还包括两接触阀，两所述接触阀分别装配连接所述后盖先导气路和所述前盖先导气路。

依照本申请实施例所述的气缸，所述接触阀为二位二通阀，所述接触阀包括接触阀芯、接触弹簧、接触衬套和接触外盖，所述接触阀芯为一杆体，所述接触阀芯的杆体中开设阀芯气路，所述接触阀芯贯穿连接所述接触衬套，两所述接触外盖分别插入连接所述后盖先导气路和所述前盖先导气路，所述接触弹簧插入连接所述接触阀芯，所述接触弹簧的两端分别连接所述接触外盖和所述接触阀芯。

依照本申请实施例所述的气缸，还包括一按钮阀，所述按钮阀为二位二通阀，所述按钮阀包括按钮外盖、按钮阀芯、按钮O型圈和按钮弹簧，所述按钮阀芯为一前端有径向凸出的杆体，所述按钮外盖为一中空筒体；所述气路连接板模块包括一气路连接板，所述气路连接板开设后盖连接气路、后盖先导连接气路、前盖连接气路和前盖先导连接气路，所述按钮阀装配连接所述后盖先导连接气路，所述按钮弹簧、按钮阀芯、按钮O型圈和按钮外盖依次放入连接所述后盖先导连接气路。

依照本申请实施例所述的气缸，还包括两气阻，所述气控阀模块包括一气控阀，所述气控阀为双气控二位五通阀，所述气控阀包括阀体、后气阀腔和前气阀腔，所述后气阀腔和前气阀腔分别连接所述阀体的两侧，所述阀体的进气口气路分别以后气阀先导气路和前气阀先导气路连接所述后气阀腔及前气阀腔，两所述气阻分别连接所述后气阀先导气路和前气阀先导气路。

本申请对现有气缸进行改进，改进现有技术往复气缸设计缺点的同时，为适应气缸使用的多行程，多连接形式的需求，提出了模块化设计思路，将一体式气缸分为了气控阀模块、气路连接板模块和气缸模块(包含先导控制)。

由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

第一、本申请气缸采用气控阀模块、气路连接板模块和气缸模块的模块化设计思路，当气缸行程加长，只要加长气路连接板长度，当气缸使用形式改变时，只要气缸盖内的接触阀设计形式不改变，可以使用在任何气缸形式的改变，增加产品多样性；

第二、本申请在接触阀芯内设计通气气路，同气缸前腔或后腔相通，气流通过接触阀芯进入接触阀内，形成气压平衡腔，接触阀芯只受接触弹簧的弹簧力作用，始终保持稳定的状态；

第三、本申请使用按钮阀，防止气缸失效模式，提高了气缸的稳定性。

当然，实施本发明内容的任何一个具体实施例，并不一定同时具有以上全部的技术效果。

附图说明

图1为现有技术气缸的气路原理示意图；

图2为现有技术另外一种气缸的示意图；

图3为本申请气缸的外观示意图；

图4为本申请的气动原理示意图；

图5为本申请气缸的剖开示意图；

图6为图5中接触阀放大示意图；

图7为图5中按钮阀放大示意图；

图8为本申请气路连接板剖开示意图；

图9为本申请气缸模块剖开示意图；

图10为本申请气缸模块另一角度剖开示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件等。

请参考图3，本申请的一种一体式气缸的外观示意图，本申请的气缸包括：一气控阀模块10、一气路连接板模块20和一气缸模块30，所述气控阀模块10以螺杆连接所述气路连接板模块20，所述气路连接板模块20以螺杆连接所述气缸模块30，模块之间并用O型圈形成气路密封；其中，所述气缸模块30包括气缸后盖部31、缸体部32和气缸前盖部33，请同时参考图4，本申请的气动原理示意图，所述气缸后盖部31开设一后盖气路311和一后盖先导气路312，所述气缸前盖部33开设一前盖气路331和一前盖先导气路332，还包括两接触阀40，两所述接触阀40分别装配连接所述后盖先导气路312和所述前盖先导气路332。请参考图5，所述缸体部32中，气缸活塞321及其上面的活塞密封圈把缸体部32分为气缸前腔322和气缸后腔323，后盖气路311同气缸后腔323相连通，前盖气路331同气缸前腔322相连通。

如上所述的一体式气缸采用气控阀模块10、气路连接板模块20和气缸模块30的模块化设计思路，当气缸行程加长(只要加长气路连接板长度)，气缸使用形式改变时(气缸变为双伸杆时，双轴形式，3轴形式)，只要气缸盖内的接触阀40(接触式二位二通阀)设计形式不改变，气缸仍旧采用先导压差控制自动往复气路原理，可以使用在任何气缸形式的改变。

如图5和图6所示，本申请所述接触阀40为二位二通阀，优选的，是一种接触式二位二通阀，借着和气缸活塞321接触来改变气路，所述接触阀40包括接触阀芯41、接触弹簧42、接触衬套43和接触外盖44，所述接触阀芯41为一杆体，所述接触阀芯41的杆体中开设阀芯气路，也就是开设通孔，所述接触阀芯41贯穿连接所述接触衬套43，两所述接触阀40的两所述接触外盖44分别插入连接所述后盖先导气路312和所述前盖先导气路332，如图6所示，所述接触弹簧42的一端插入连接所述接触阀芯41，所述接触弹簧42的两端分别连接所述接触外盖44和所述接触阀芯41，如图所示，所述接触弹簧42插入连接所述接触阀芯41的一端是一阶梯孔，所以所述接触弹簧42可以抵靠在阶梯上，而所述接触阀芯41的另外一端的端口是封闭的，在端口内侧开设一径向的通孔，这个径向的通孔和所述接触阀芯41的杆体中开设的阀芯气路是连通的，装配后，这个径向的通孔位于所述缸体部32中。另外，如图所示，所述接触外盖44为一杯状体，所述接触弹簧42抵靠在所述接触外盖44的内杯底部，所述接触外盖44的杯体内部形成一平衡腔。在弹簧力作用下，所述接触阀40是一个常断状态，不通气。

如上所述，本申请在接触阀芯41内设计通气气路，同气缸前腔322或气缸后腔323相通，当气缸前腔322或气缸后腔323通气或排气压力变化时，气流通过在接触阀芯41端口内侧开设的径向的通孔进入所述接触阀40内，来到平衡腔，平衡腔相等受力面积下力值平衡，接触阀芯41只受接触弹簧42的弹簧力作用，在没有气缸活塞321的作用力时，始终保持径向通孔位于所述缸体部32中的状态。假如没有平衡腔设计，当气缸腔内气压变大，作用于接触阀芯41面积上的力大于弹簧力，气路换向就会提前触发，影响气缸的正常使用；当然，我们也可以设计从气缸腔体另引气路到接触阀腔内，保持接触阀芯41两边受力平衡。

如图5和图7所示，本申请的气缸还包括一按钮阀50，所述按钮阀50为二位二通阀，所述按钮阀50包括按钮外盖51、按钮阀芯52、按钮O型圈53和按钮弹簧54，所述按钮阀芯52为一前端有径向凸出的杆体，所述按钮外盖51为一中空筒体；请同时参考图8，所述气路连接板模块20包括一气路连接板，所述气路连接板开设后盖连接气路21、后盖先导连接气路22、前盖连接气路23和前盖先导连接气路24，其中，同所述气缸后盖部31的后盖气路311和后盖先导气路312连接的分别是后盖连接气路21和后盖先导连接气路22；同所述气缸前盖部33的前盖气路331和前盖先导气路332连接的分别是前盖连接气路23和前盖先导连接气路24；所述按钮阀50装配连接所述后盖先导连接气路22，所述按钮弹簧54、按钮阀芯52、按钮O型圈53和按钮外盖51依次放入连接所述后盖先导连接气路22。如图所示，所述按钮弹簧54插入连接所述后盖先导连接气路22的位置是一阶梯孔，所以所述按钮弹簧54可以抵靠在阶梯上，所述按钮阀芯52前端的径向凸出抵靠连接所述按钮弹簧54，所述按钮O型圈53套设连接所述按钮阀芯52，所述按钮阀芯52的杆体插入连接所述按钮外盖51的中间通孔，所述按钮阀芯52前端的径向凸出受到所述按钮弹簧54弹力的影响，将所述按钮O型圈53紧紧压住所述按钮外盖51，正常状态下，按钮阀50是常断状态，防止泄气。后盖先导连接气路22中，使用按钮阀50对气路形成密封；其余3条气路在气路连接板的外端面用堵头70形成密封。

请参考图4和图5，本申请的气缸还包括两气阻60，所述气控阀模块10包括一气控阀，所述气控阀为双气控二位五通阀，所述气控阀包括阀体11、后气阀腔12和前气阀腔13，所述后气阀腔12和前气阀腔13分别连接所述阀体11的两侧，所述阀体11的进气口气路分别以后气阀先导气路14和前气阀先导气路15连接所述后气阀腔12及前气阀腔13，两所述气阻60分别连接所述后气阀先导气路14和前气阀先导气路15。

下面说明一下本申请的所述气控阀，本申请的所述气控阀是一个气动元件中常见的双气控二位五通阀，阀杆置于阀体11中，阀杆上有若干凹槽，6个阀杆扁圈置于其上，与阀体11运动时形成不同的密封腔，阀体11上有第一排气口、第一工作口、进气口、第二工作口、第二排气口共5个接口，其中第一工作口同气路连接板的前盖连接气路23相连通，第二工作口同气路连接板的后盖连接气路21相连通；阀体11左右分别有左、右盖板通过螺钉同阀体11相连，左右盖板中分别有一个后气阀腔12和前气阀腔13。后气阀腔12和前气阀腔13里分别有一个气阀活塞连同Y型圈，当后气阀腔12和前气阀腔13分别通入气体时，Y型圈形成气密封推动气阀活塞带动阀杆向另一侧运动，反之亦然，推动阀杆在2个位置上运动；从进气口进入的气体另有1路通过后气阀先导气路14和前气阀先导气路15，在经过气阻60后分别通入后气阀腔12及前气阀腔13。要说的是，气阻60在此气路原理中非常重要，因为经过气阻60的气，流量特别小，补气较慢。而此气路原理中，进入进气口的气，经过后气阀先导气路14和前气阀先导气路15、气阻60，一直补充于后气阀腔12及前气阀腔13，处于常通状态。直至后气阀腔12及前气阀腔13的气压P1＝P2＝P0(进气气压)，才会停止补充。

请参考图4，如上所述的按钮阀50的设计，在工作口处于非正常通气状态，例如在运输或安装后，通气后，气控阀阀杆不处于工作位置，这时手动按动按钮阀芯52，使按钮阀50从常断变为连通，后气阀腔12排气，P1下降，P1＜P2，存在压差，前气阀活塞将阀杆推到左极限位置。工作口进气，连通气缸后腔323，气缸后腔323通气，气腔前腔排气，气缸活塞321向前运动，完成第一轮的动作，这个手动按动按钮阀芯52的操作是防止气缸失效的操作模式，但是不能用来限制本申请，其他如手动拧螺纹排气、拔塞子排气，效果一样，都应该是本申请的保护范围，本申请一体式先导压差控制自动往复气缸，气缸输出力靠进气口气压P0控制；而自动往复速度靠进气流量控制。

请参考图4，说明一下本申请的气动原理：

气控阀为双气控二位五通阀，在气控阀的2个工作口分别连接气缸的前盖接口孔和后盖接口孔的同时，气控阀内连接孔在分别经过1个气阻60后和气控阀左右两侧的后气阀腔12和前气阀腔13相连。气控阀左右活塞的a信号和b信号保持常通状态，P1＝P2，活塞受力均匀，常态下气控阀阀杆保持不动作。气控阀左右两侧的后气阀腔12和前气阀腔13分别有1路气同气缸模块30的气缸后盖部31和气缸前盖部33内的内置的接触阀40相连。该接触阀40在正常情况下在弹簧力作用下为常断状态，当气缸活塞321运动到如图后端极限位置时，触碰接触阀40换位成为常通，造成气控阀左侧的后气阀腔12泄气，由于气阻60作用，泄气流量大于补入流量，P1气压下降，P1＜P2，在压力差的作用下，气控阀阀杆换至图示位，气缸后盖腔得气，气缸做伸出运动。反之亦然，气缸实现往复运动，所以称之为先导压差控制自动往复气缸。

下面说明一下运行状态说明：

当气控阀进气口进气时，P0气流亦会流至后气阀腔12和前气阀腔13，使后气阀腔12气压P1＝前气阀腔13气压P2，左右气阀活塞受力均匀，阀杆保持不动，此时存在2种状态：

第一种状态，阀杆处于右或左极限位置，则第一工作口或第二工作口开始进气。如第一工作口进气，第一工作口连通气缸前腔322，气缸前腔322通气，气缸后腔323排气，气缸活塞321向后运动。当气缸活塞321接触气缸后盖部31上的接触阀40时，如图，接触阀40从常断变为接通，后气阀腔12的气流通过气路排至大气，因为气控阀上气阻60的存在，补充气流量小于排气流量，P1下降，P1＜P2，存在压差，右气阀活塞将阀杆推到左极限位置。第二工作口进气，连通气缸后腔323，气缸后腔323通气，气腔前腔排气，气缸活塞321向前运动。当气缸活塞321离开气缸后腔323的接触阀芯41时，气缸后盖部31上的的接触阀40又处于常断状态。在进气口补气状态下，P1＝P2，阀杆保持位置不动。当气缸活塞321碰到气缸前盖部33的接触阀40的接触阀芯41时，又完成新一路气路切换，形成气缸往复运动。

第二种状态，当气缸运输或安装导致震动，使阀杆未处于右或左极限位置，此时亦有可能因气缸活塞杆安装无外露，无法手动置气缸活塞321于两个极限位置。这时手动按动按钮阀芯52，使按钮阀50从常断变为连通，后气阀腔12排气，P1下降，P1＜P2，存在压差，前气阀活塞将阀杆推到左极限位置。第二工作口进气，连通气缸后腔323，气缸后腔323通气，气腔前腔排气，气缸活塞321向前运动，完成第一轮的动作。

综上所述，由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

第一、本申请气缸采用气控阀模块、气路连接板模块和气缸模块的模块化设计思路，当气缸行程加长，只要加长气路连接板长度，当气缸使用形式改变时，只要气缸盖内的接触阀设计形式不改变，可以使用在任何气缸形式的改变，增加产品多样性；

第二、本申请在接触阀芯内设计通气气路，同气缸前腔或后腔相通，气流通过接触阀芯进入接触阀内，形成气压平衡腔，接触阀芯只受接触弹簧的弹簧力作用，始终保持稳定的状态；

第三、本申请使用按钮阀，防止气缸失效模式，提高了气缸的稳定性。

发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅仅是本发明的较佳实施例，但并非用来限制其本身，任何熟习本领域的技术人员在不违背本发明精神内涵的情况下，所做的均等变化和更动，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种一体式先导压差控制自动往复气缸，其特征在于，包括：一气控阀模块、一气路连接板模块和一气缸模块，所述气控阀模块以螺杆连接所述气路连接板模块，所述气路连接板模块以螺杆连接所述气缸模块；其中，

所述气缸模块包括气缸后盖部、缸体部和气缸前盖部，所述气缸后盖部开设一后盖气路和一后盖先导气路，所述气缸前盖部开设一前盖气路和一前盖先导气路，还包括两接触阀，两所述接触阀分别装配连接所述后盖先导气路和所述前盖先导气路。

2.如权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述接触阀为二位二通阀，所述接触阀包括接触阀芯、接触弹簧、接触衬套和接触外盖，所述接触阀芯为一杆体，所述接触阀芯的杆体中开设阀芯气路，所述接触阀芯贯穿连接所述接触衬套，两所述接触外盖分别插入连接所述后盖先导气路和所述前盖先导气路，所述接触弹簧插入连接所述接触阀芯，所述接触弹簧的两端分别连接所述接触外盖和所述接触阀芯。

3.如权利要求2所述的气缸，其特征在于，还包括一按钮阀，所述按钮阀为二位二通阀，所述按钮阀包括按钮外盖、按钮阀芯、按钮O型圈和按钮弹簧，所述按钮阀芯为一前端有径向凸出的杆体，所述按钮外盖为一中空筒体；所述气路连接板模块包括一气路连接板，所述气路连接板开设后盖连接气路、后盖先导连接气路、前盖连接气路和前盖先导连接气路，所述按钮阀装配连接所述后盖先导连接气路，所述按钮弹簧、按钮阀芯、按钮O型圈和按钮外盖依次放入连接所述后盖先导连接气路。

4.如权利要求3所述的气缸，其特征在于，还包括两气阻，所述气控阀模块包括一气控阀，所述气控阀为双气控二位五通阀，所述气控阀包括阀体、后气阀腔和前气阀腔，所述后气阀腔和前气阀腔分别连接所述阀体的两侧，所述阀体的进气口气路分别以后气阀先导气路和前气阀先导气路连接所述后气阀腔及前气阀腔，两所述气阻分别连接所述后气阀先导气路和前气阀先导气路。

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