CN111017785A - 用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法，该节能液压缸包括：第一缸筒，包括活塞腔；活塞组件，包括活塞和与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞将所述活塞腔分隔为正腔和反腔，所述活塞杆内设有控制油腔；储能腔，包括第一储能室和第二储能室，所述第一储能室与所述正腔连通，其中，所述第一储能室内存储有第一介质，所述第二储能室内存储有第二介质。上述的节能液压缸及其控制方法通过在活塞杆受压缩回过程中将正腔内的第一介质挤压至第一储能室，使得第一储能室的体积增大以压缩第二储能室，这样可以压缩第二储能室内的第二介质实现储能的目的，达到节能和降低能耗的效果。

Description

用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法

技术领域

本发明属于液压机械设备领域，具体涉及一种用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在国民经济中大型结构件的往复举升作业使用广泛，如石油机械磕头机，军工特种车辆举升起竖，化工炉盖开启等。举升系统由于载荷较大，大部分采用液压驱动系统，由液压泵站，控制阀组和执行机构液压缸组成。结构件被举升时，其势能增加，下降时势能恢复原样，从一个举升下降的往复过程来看，被举升物的势能并没有改变，但驱动系统却付出了大量的液压动能，并转换为热能使得液压系统和结构件发热。液压系统的节能技术主要是通过回收下降过程的液压能用于举升过程来实现。现有的液压举升系统通过配备大功率液压泵站(大于举升过程的功率需求)，平衡阀(用于消耗下降过程中的势能)，调速机构(泵或者流量阀，用于调节上升和下降速度)来实现。缺点是结构复杂、造价高、功率需求大、发热严重。虽然一个往复运动中举升系统实际做功为零(被举升物的势能没有改变)，但举升系统能源消耗基本在被举升物势能峰值的100％以上，某些不具流量调节功能的系统中甚至达到了200％。因此，节能技术的研究对长期往复运动的作业系统(如油田磕头机)意义重大。

普通液压缸一般由缸头、缸筒、活塞杆、导向套、支耳这几个主要部件和对应密封件组成，构成液压缸正腔和液压缸反腔，用以实现活塞杆的举升和收回动作，不具有节能的功能。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法，旨在降低液压缸在举升过程中的能耗。

一种用于往复举升作用的节能液压缸，包括：

第一缸筒，包括一端敞口的活塞腔；

活塞组件，包括活塞和与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞移动地设于所述活塞腔内将所述活塞腔分隔为正腔和反腔，所述活塞杆内设有控制油腔；

储能腔，包括第一储能室和第二储能室，所述第一储能室与所述正腔连通，其中，所述第一储能室内存储有第一介质，所述第二储能室内存储有第二介质；

在所述活塞杆缩回时，所述活塞推动所述正腔内的第一介质充入所述第一储能室，使得所述第一储能室的体积扩张以挤压所述第二储能室，从而压缩所述第二储能室内的第二介质；在所述控制油腔内输入油液以推动所述活塞杆伸出时，所述第二介质推动所述第二储能室的体积扩张以挤压所述第一储能室，使得所述第一储能室内的第一介质充入所述正腔内以推动所述活塞杆伸出。

优选地，还包括第二缸筒和隔套，所述储能腔设于所述第二缸筒内，所述隔套移动地设于所述储能腔内，将所述储能腔分隔成所述第一储能室和第二储能室。

优选地，所述第二缸筒套设于所述第一缸筒的外壁，使得所述第二缸筒的内壁与所述第一缸筒的外壁形成所述储能腔。

优选地，所述第一储能室和/或第二储能室为皮囊。

优选地，还包括芯管和控制油口，所述控制油腔通过所述芯管与所述控制油口连通。

优选地，所述控制油腔设于所述活塞杆内，所述芯管一端连接所述第一缸筒，另外一端插入所述控制油腔内。

优选地，还包括调速阀，所述调速阀连接于所述控制油口，所述控制油腔内油液经所述调速阀排出，用于控制所述控制油腔内油液的排出速度。

优选地，所述第一介质为油液，所述第二介质为气体，所述第一储能室内的第一介质的油压大于零，所述第二储能室内的第二介质的气压大于零。

优选地，还包括充气阀，所述充气阀连接于所述第二储能室，用于向所述第二储能室内冲入气体。

一种用于往复举升作用的节能液压缸的控制方法，包括：

在活塞杆受压缩回时，活塞挤压正腔内的第一介质进入第一储能室；

所述第一储能室的体积扩张以挤压第二储能室，使得所述第二储能室压缩所述第二储能室内的第二介质以储能；

向控制油腔内输入油液以推动所述活塞杆伸出时，所述第二介质推动所述第二储能室体积扩张以挤压所述第一储能室；

所述第一储能室将所述第一介质排入所述节能液压缸的正腔以推动所述活塞杆伸出。

相较于现有技术，上述的用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法通过在活塞杆受压缩回过程中将正腔内的第一介质挤压至第一储能室，使得第一储能室的体积增大以压缩第二储能室，这样可以压缩第二储能室内的第二介质实现储能的目的。在举升过程中，第二储能室内的第二介质释放能量，推动第二储能室挤压第一储能室，使得第一储能室内的第一介质被排入正腔内推动活塞杆举升，完成释放能量的过程，达到节能和降低能耗的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是用于往复举升作用的节能液压缸的结构示意图。

图2是用于往复举升作用的节能液压缸的剖面结构示意图。

图3是图2中A处的局部放大示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

图1是用于往复举升作用的节能液压缸的结构示意图，图2是用于往复举升作用的节能液压缸的剖面结构示意图。如图1和图2所示，该用于往复举升作用的节能液压缸包括第一缸筒10、第二缸筒20、活塞组件30和芯管14。

第一缸筒10包括一端敞口的活塞腔，用于收容活塞组件30。活塞组件30包括活塞31和与所述活塞31连接的活塞杆32，所述活塞31移动地设于所述活塞腔内将所述活塞腔分隔为正腔15和反腔。本实施方式中，正腔15为无杆腔，反腔为活塞杆32所在的腔室，即有杆腔。所述活塞杆32内部中空，设有端部敞口的控制油腔16。控制油腔16的敞口位于朝向正腔15的端部，并且沿活塞杆32的长度方向延伸，另外一端封闭。

芯管14内部有贯穿两端的空腔，一端从控制油腔16的敞口端插入控制油腔16内，另外一端穿过第一缸筒10与设置在第一缸筒10的控制油口11连通，使得油液可以经该芯管14进入到控制油腔16内，控制油腔16内的油液也可以经芯管14从控制油口11排出。图2中示出的实施方式中，芯管14穿过正腔15与控制油腔16连通，但控制油腔16与正腔15之间是相互隔绝的，并且活塞31还可以相对芯管14移动而不影响芯管14向控制油腔16传输油液。此外，控制油口11还连接有调速阀12，所述调速阀12连接于所述控制油口11，所述控制油腔16内油液经所述调速阀12排出，用于控制所述控制油腔16内油液的排出速度，起到控制活塞杆32在受压作用下缩回速度的作用。

本实施方式中，第二缸筒20内部中空，并且套设在第一缸筒10的外壁，使得第二缸筒20和第一缸筒10之间形成储能腔。本实施方式中，储能腔内设有隔套，所诉隔套将储能腔分隔为第一储能室21和第二储能室22。第一储能室21内存储有第一介质，本实施方式中，该第一介质为油液，在第一次向第一储能室21充入第一介质(油液)时，使得第一介质具有一定的初始油压。所述第一储能室21与第一缸筒10的正腔15或者反腔连通，具体而言，可以根据储能阶段确定与正腔15或者反腔连通。图3是图2中A处的局部放大示意图。作为示例性的，本实施方式中，第一储能室21与第一缸筒10的正腔15连通，第一储能室21内的第一介质可以进入正腔15内推动活塞杆32伸出，也可以在活塞31的挤压下回流至第一储能室21。第二储能室22内存储有第二介质，本实施方式中，该第二介质为气体，优选为氮气。本实施方式中，该节能液压缸还包括充气阀13，所述充气阀13连接于所述第二储能室22，用于向所述第二储能室22内冲入气体。隔套可在储能腔内来回移动，即在第一介质和第二介质压力的作用下来回移动，从而可以改变第一储能室21和第二储能室22的容积(或体积)。在第一次向第二储能室22充入第二介质(气体)时，使得第二介质具有一定的初始气压。第一储能室21中第一介质的初始油压和第二储能室22中第二介质的初始气压的大小可以根据实际情况，例如活塞杆32承受压力的大小，活塞杆32的行程等方式确定。

在另外一些实施方式中，第一储能室21和第二储能室22也可以是皮囊等结构。例如，第一储能室21和第二储能室22为相互独立的两个皮囊，并且第一储能室21和第二储能室22中的一个的体积扩张可以挤压另外一个的体积。以第一储能室21与第一缸筒10的正腔15连通为例，在活塞杆32受压缩回时，活塞31推动正腔15内的第一介质回流至第一储能室21，使得第一储能室21的体积扩张而挤压第二储能室22，导致第二储能室22内的第二介质被压缩而实现储能的目的。在伸出活塞杆32的过程中(释放存储的能量)，油液经芯管14进入控制油腔16，使得活塞杆32伸出。此时，第二介质释放能量开始扩张第二储能室22，使得第二储能室22挤压第一储能室21，将第一储能室21内的第一介质流入正腔15内推动活塞杆32伸出，达到释放能量的目的。

下面结合图2详细描述本实施方式涉及的节能液压缸的工作过程。该节能液压缸用于往复举升重物的应用场景，活塞杆32的自由端连接重物，用于举升重物或者在重物的压力作用下缓缓缩回。液压缸的工作过程包括活塞杆32在重物压力作用下缩回的过程和举升重物的过程。

在活塞杆32受压缩回时，活塞31挤压正腔15内的第一介质进入第一储能室21。

然后，储能腔内的隔套在第一介质的作用下移动，使得所述第一储能室21的体积扩张，挤压第二储能室22，使得所述第二储能室22压缩所述第二储能室22内的第二介质以将重物势能转化为第二介质的压缩能，完成储能过程。

在需要举升重物的时候，高压油液经芯管14输入至控制油腔16内，从而可以推动所述活塞杆32伸出以举升重物。

在活塞杆32伸出的过程中，由于正腔15的容积扩大，使得第一储能室21的第一介质流入正腔15内，使得第一介质的压强变小，第二介质得以推动隔套移动以扩张第二储能室22，使得所述第一储能室21被挤压而将第一介质排入正腔15内以推动活塞杆32伸出，实现释放储能的目的。

上述的用于往复举升作用的节能液压缸及其控制方法通过在活塞杆32受压缩回过程中将正腔15内的第一介质挤压至第一储能室21，使得第一储能室21的体积增大以压缩第二储能室22，这样可以压缩第二储能室22内的第二介质实现储能的目的。在举升过程中，第二储能室22内的第二介质释放能量，推动第二储能室22挤压第一储能室21，使得第一储能室21内的第一介质被排入正腔15内推动活塞杆32举升，完成释放能量的过程，达到节能和降低能耗的效果。

在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的部件和结构，可以通过其它的方式实现。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，包括：

第一缸筒，包括一端敞口的活塞腔；

活塞组件，包括活塞和与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞移动地设于所述活塞腔内将所述活塞腔分隔为正腔和反腔，所述活塞杆内设有控制油腔；

储能腔，包括第一储能室和第二储能室，所述第一储能室与所述正腔连通，其中，所述第一储能室内存储有第一介质，所述第二储能室内存储有第二介质；

在所述活塞杆缩回时，所述活塞推动所述正腔内的第一介质充入所述第一储能室，使得所述第一储能室的体积扩张以挤压所述第二储能室，从而压缩所述第二储能室内的第二介质；在所述控制油腔内输入油液以推动所述活塞杆伸出时，所述第二介质推动所述第二储能室的体积扩张以挤压所述第一储能室，使得所述第一储能室内的第一介质充入所述正腔内以推动所述活塞杆伸出。

2.如权利要求1所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，还包括第二缸筒和隔套，所述储能腔设于所述第二缸筒内，所述隔套移动地设于所述储能腔内，将所述储能腔分隔成所述第一储能室和第二储能室。

3.如权利要求2所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，所述第二缸筒套设于所述第一缸筒的外壁，使得所述第二缸筒的内壁与所述第一缸筒的外壁形成所述储能腔。

4.如权利要求1所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，所述第一储能室和/或第二储能室为皮囊。

5.如权利要求1所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，还包括芯管和控制油口，所述控制油腔通过所述芯管与所述控制油口连通。

6.如权利要求5所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，所述控制油腔设于所述活塞杆内，所述芯管一端连接所述第一缸筒，另外一端插入所述控制油腔内。

7.如权利要求6所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，还包括调速阀，所述调速阀连接于所述控制油口，所述控制油腔内油液经所述调速阀排出，用于控制所述控制油腔内油液的排出速度。

8.如权利要求1所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，所述第一介质为油液，所述第二介质为气体，所述第一储能室内的第一介质的油压大于零，所述第二储能室内的第二介质的气压大于零。

9.如权利要求8所述的用于往复举升作用的节能液压缸，其特征在于，还包括充气阀，所述充气阀连接于所述第二储能室，用于向所述第二储能室内冲入气体。

10.一种用于往复举升作用的节能液压缸的控制方法，其特征在于，包括：

在活塞杆受压缩回时，活塞挤压正腔内的第一介质进入第一储能室；

所述第一储能室的体积扩张以挤压第二储能室，使得所述第二储能室压缩所述第二储能室内的第二介质以储能；

向控制油腔内输入油液以推动所述活塞杆伸出时，所述第二介质推动所述第二储能室体积扩张以挤压所述第一储能室；

所述第一储能室将所述第一介质排入所述节能液压缸的正腔以推动所述活塞杆伸出。

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