CN111051706A - 气缸用流体回路 - Google Patents

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Abstract

气缸用流体回路(10)具备切换阀(14)、空气供给源(16)、排气口(18)及止回阀(20)，在切换阀的第一位置，一方的缸室(32)与空气供给源连通并且另一方的缸室(34)与排气口连通，在切换阀的第二位置，一方的缸室经由止回阀与另一方的缸室连通，并且一方的缸室与排气口连通，将一方的缸室的气缸端口部(36)与切换阀之间连接起来的配管(40)的声速流导比一方的缸室的气缸端口部以及切换阀的声速流导小。

Description

气缸用流体回路
技术领域
本发明涉及气缸用流体回路，尤其涉及在回退工序中不需要大的驱动力的双作用式气缸的流体回路。
背景技术
以往，已知有一种利用了空气压力的双作用致动器的驱动装置，该驱动装置在驱动工序中需要大的输出、在回退工序中不需要大的输出(参照日本实公平02-002965号公报)。
该致动器驱动装置将从双作用气缸装置的驱动侧压力室排出的排气的一部分回收、蓄积于蓄能器，并将该排气用于双作用气缸装置的回退动力。具体而言，当对切换阀进行切换时，驱动侧压力室内的高压排气通过回收阀的回收端口而蓄积于蓄能器。当排气压力降低而排气压力与蓄能器压力之差变小时，驱动侧压力室内的残留空气从回收阀的排出端口排出到大气，同时蓄能器的蓄压空气流入到回退侧压力室。
上述致动器驱动装置中，即使对切换阀进行切换，在排气压力与蓄能器压力之差变小之前，驱动侧压力室内的高压空气也不排出到大气，因此存在如下的问题：需要花费时间来获得使双作用气缸装置回退所需的推力。另外，必需复杂构造的回收阀。
鉴于上述的问题，本申请人对如下的驱动装置的发明进行了专利申请(日本特愿2016-184211号)：该驱动装置是对排气压力进行再利用来使流体压力缸回退的驱动装置，其目的在于缩短回退所需的时间，并且简化回路。
另外，本申请人对如下的气缸用流体回路的发明进行了专利申请(日本特愿2017-165113号)：该气缸用流体回路设计成流体回路的基准阻力由配管决定，以谋求降低空气消耗量。
发明内容
本发明是与这些专利申请相关联而做出的，其目的在于提供一种尽可能地降低空气消耗量的气缸用流体回路。
本发明所涉及的气缸用流体回路的特征在于，具备切换阀、空气供给源、排气口及止回阀，在切换阀的第一位置，一方的缸室与空气供给源连通并且另一方的缸室与排气口连通，在切换阀的第二位置，一方的缸室经由止回阀与另一方的缸室连通并且一方的缸室与排气口连通，将一方的缸室的气缸端口部与切换阀之间连接起来的配管的声速流导比一方的缸室的气缸端口部以及切换阀的声速流导小。
根据上述的气缸用流体回路，蓄积于一方的缸室的空气朝向另一方的缸室供给的同时排出至外部。因此，通过对从空气供给源供给到一方的缸室的空气进行再利用，从而能够既实现空气消耗量的降低，又缩短气缸的回退所需的时间并简化用于使气缸回退的回路。另外，能够设计成从一方的缸室的气缸端口部到切换阀为止的流路的阻力由连接该气缸端口部与切换阀之间的配管大致决定，不再需要在气缸设置固定节流孔。而且，使连接一方的缸室的气缸端口部与切换阀之间的配管的内径减小，因此该配管内的空气排出至外部的量变少，能够实现空气消耗量的降低。
在上述的气缸用流体回路中，优选在切换阀与排气口之间设置有可变节流阀。由此，能够对将蓄积于一方的缸室的空气朝向另一方的缸室供给的量与将蓄积于一方的缸室的空气排出至外部的量的比例进行变更。
另外，优选的是，止回阀的上游侧与从将一方的缸室的气缸端口部与切换阀之间连接起来的配管分支的配管连接，这些配管的内径比将止回阀的下游侧与切换阀之间连接起来的配管以及将切换阀与另一方的缸室的气缸端口部之间连接起来的配管的内径小。由此，能够取得较大的将止回阀的下游侧与切换阀之间连接起来的配管的容积以及将切换阀与另一方的缸室的气缸端口部之间连接起来的配管的容积。因此，能够将从一方的缸室排出的空气蓄积于这些配管内，能够抑制在气缸的回退工序时另一方的缸室的容积增大的情况下其压力降低。
并且，还优选在将切换阀与另一方的缸室的气缸端口部之间连接起来的配管的中途设置有气罐。由此，能够将从一方的缸室排出的空气蓄积于气罐，能够抑制在气缸的回退工序时另一方的缸室的容积增大的情况下其压力降低。
根据本发明所涉及的气缸用流体回路，能够通过对供给到一方的缸室的空气进行再利用来降低空气消耗量，能够通过使规定的配管内的空气排出至外部的量变少来进一步降低空气消耗量。另外，除了能够简化用于使气缸回退的回路以外，还不再需要在气缸设置固定节流孔。
由与附图相互参照的以下的优选实施方式例的说明，上述的目的、特征以及优点定会变得更加明确。
附图说明
图1是以回路图表示本发明的实施方式所涉及的气缸用流体回路的图。
图2是图1的切换阀位于其他位置时的回路图。
图3是表示配管的内径、长度与声速流导的关系的图。
图4是图1的气缸用流体回路的局部详图。
图5是表示对图1的气缸动作时的各缸室的空气压力和活塞行程进行测量而得到的结果的图。
具体实施方式
以下，对本发明所涉及的气缸用流体回路举出优选的实施方式，并一边参照附图一边进行详细说明。在图1中，附图标记10表示本发明的实施方式所涉及的气缸用流体回路。
如图1所示，气缸用流体回路10应用于双作用式气缸12，具备切换阀14、空气供给源16(压缩机)、排气口18、止回阀20、可变节流阀22以及气罐24。
气缸12具有以往复滑动自如的方式配设于缸主体26的内部的活塞28。一端部与活塞28连结的活塞杆30的另一端部从缸主体26延伸至外部。气缸12在活塞杆30的推出时(伸长时)进行未图示的工件的定位等工作，在活塞杆30的拉入时不进行工作。缸主体26具有由活塞28划分出的两个缸室、即位于与活塞杆30相反的一侧的缸盖侧缸室32以及位于与活塞杆30同一侧的杆侧缸室34。
切换阀14具有第一端口14A至第五端口14E，构成为能够在第一位置与第二位置之间切换的电磁阀。第一端口14A通过第一配管40而与缸盖侧缸室32的气缸端口部36连接，并且通过从第一配管40的中途分支的第二配管42而与止回阀20的上游侧连接。第二端口14B通过在中途设置有气罐24的第三配管44而与杆侧缸室34的气缸端口部38连接。第三端口14C通过第四配管46而与空气供给源16连接。第四端口14D经由可变节流阀22而与排气口18相连。第五端口14E通过第五配管48而与止回阀20的下游侧连接。
如图1所示，在切换阀14位于第一位置时，第一端口14A与第四端口14D相连，且第二端口14B与第五端口14E相连。如图2所示，在切换阀14位于第二位置时，第一端口14A与第三端口14C相连，且第二端口14B与第四端口14D相连。切换阀14在不通电时利用弹簧的作用力而保持于第一位置，在通电时从第一位置切换到第二位置。
在切换阀14的第一位置上，止回阀20允许从缸盖侧缸室32朝向杆侧缸室34的空气的流动，阻止从杆侧缸室34朝向缸盖侧缸室32的空气的流动。
可变节流阀22能够调节从排气口18排出的空气的量。通过操作可变节流阀22，能够对将蓄积于缸盖侧缸室32中的空气排出至外部的量与将蓄积于缸盖侧缸室32中的空气朝向杆侧缸室34供给的量的比例进行变更。
气罐24是为了蓄积从缸盖侧缸室32向杆侧缸室34供给的空气而设置的。通过设置气罐24，能够使杆侧缸室34的容积实质上增大。
从缸盖侧缸室32的气缸端口部36到切换阀14为止的流路的阻力是左右气缸12的驱动工序时的动作速度的重要因素，但被设计成该阻力最受第一配管40的影响。即，第一配管40的声速流导被设计成比缸盖侧缸室32的气缸端口部36以及切换阀14的各声速流导小。特别是在第一配管40的声速流导为上述各回路要素的声速流导的1/2以下的情况下，从缸盖侧缸室32的气缸端口部36到切换阀14为止的流路的阻力由第一配管40决定，不被上述各回路要素所左右。
此外，声速流导是2000年的JIS标准(JIS B 8390-2000)中采用的基于ISO方式的流量表示式的规定的系数，与有效截面积或CV值同样地是表示空气的流动容易度的指标。声速流导的单位为dm3/(s·bar)。声速流导越小，意味着空气流动时的阻力越大。
在此，对配管的声速流导进行叙述。图3是表示配管的内径、配管的长度与配管的声速流导的关系的图。具体而言，示出了针对配管的内径为5.0mm、4.0mm、3.0mm、2.0mm、1.0mm的各个情况而将配管的长度在0.1～5.0m的范围内进行了改变时的声速流导的值。如图3所示，配管的内径越小则声速流导越小，配管越长则声速流导越小。例如，在将配管的长度设为2m的情况下，将配管的内径设为上述各值时的声速流导分别为1.63、0.92、0.44、0.15、0.02。
包括第一配管40在内的、从缸盖侧缸室32的气缸端口部36到切换阀14为止的流路中的回路要素的声速流导例如如下这样设计。
对于第一配管40，将内径设定为3.0mm，将长度设定为2.0m。由此，第一配管40的声速流导为0.44。此外，第一配管40的长度基本上是根据气缸12和切换阀14的设置环境(气缸12与切换阀14之间的设置距离)来决定的。
如图4所示，缸盖侧缸室32的气缸端口部36具有用于连接第一配管40的开口部36a和与其相连的孔部36b。通过将该孔部36b的直径设定为10.9mm，缸盖侧缸室32的气缸端口部36的声速流导成为16.8。在以往，为了使气缸端口部作为固定节流孔发挥功能，将该孔部的直径设定为2mm左右。切换阀14采用声速流导为1.92的切换阀。此外，在图4中，附图标记37所示的部件是接头。
根据上述设计例，第一配管40的声速流导为缸盖侧缸室32的气缸端口部36以及切换阀14的各声速流导的1/2以下。因此，从缸盖侧缸室32的气缸端口部36到切换阀14为止的流路的阻力由第一配管40决定。
第二配管42的内径是与第一配管40的内径相同的程度。另一方面，第三配管44、第四配管46及第五配管48的内径比第一配管40的内径大。第三配管44、第四配管46及第五配管48的内径例如为5.0mm。通过增大第三配管44及第五配管48的内径来充分地确保它们的容积，从而除了能够将从缸盖侧缸室32朝向杆侧缸室34供给的空气蓄积于气罐24之外，还能够将该空气蓄积于第三配管44及第五配管48。此外，不需要使杆侧缸室34的气缸端口部38具有作为固定节流孔的功能，该孔部的直径可以为与缸盖侧缸室32的气缸端口部36相同的程度。
本实施方式所涉及的气缸用流体回路10及其设计例如上所述，接着对其动作和作用效果进行说明。此外，如图1所示，将活塞杆30最大程度地被拉入的状态设为初始状态。
在该初始状态下，当对切换阀14通电而将切换阀14从第一位置切换到第二位置时，来自空气供给源16的空气通过第一配管40被供给到缸盖侧缸室32，并且杆侧缸室34的空气通过第三配管44和可变节流阀22从排气口18排出。如图2所示，活塞杆30伸长至最大位置，并以较大的推力而被保持于该位置。
在活塞杆30伸长而进行了工件的定位等作业之后，当停止向切换阀14的通电时，切换阀14从第二位置切换到第一位置。于是，蓄积于缸盖侧缸室32中的空气的一部分通过第一配管40、第二配管42以及止回阀20而朝向杆侧缸室34供给。与此同时，蓄积于缸盖侧缸室32中的空气的另一部分通过第一配管40以及可变节流阀22从排气口18排出。此时，朝向杆侧缸室34供给的空气首先蓄积于第五配管48、第三配管44及气罐24。这是因为，在活塞杆30的拉入开始之前杆侧缸室34的容积极小。其后，当缸盖侧缸室32的空气压力P1减少、杆侧缸室34的空气压力P2上升而杆侧缸室34的空气压力P2比缸盖侧缸室32的空气压力P1大规定以上时，开始拉入活塞杆30。然后，活塞杆30回退到最大程度地被拉入的初始状态。
对上述一系列动作中的缸盖侧缸室32的空气压力P1、杆侧缸室34的空气压力P2以及活塞行程进行了测量，得到图5所示的结果。以下，参照图5来对气缸12的动作原理进行详细说明。此外，在图5中，空气压力的零点表示空气压力与大气压力相等，活塞行程的零点表示活塞杆30处于最大程度地被拉入的位置。
在向切换阀14发出通电指令的时刻t1，缸盖侧缸室32的空气压力P1与大气压力相等，杆侧缸室34的空气压力P2比大气压力稍大。
当在向切换阀14发出了通电指令之后切换阀14从第一位置切换到第二位置时，缸盖侧缸室32的空气压力P1开始上升。在时刻t2，缸盖侧缸室32的空气压力P1超过杆侧缸室34的空气压力P2相当于克服活塞28的静摩擦阻力的量，活塞杆30向推出方向的移动开始。其后，在时刻t3，活塞杆30伸长到最大限度。缸盖侧缸室32的空气压力P1进一步上升了之后变为恒定，杆侧缸室34的空气压力P2下降而与大气压力相等。此外，在时刻t2与时刻t3之间，缸盖侧缸室32的空气压力P1暂时下降，杆侧缸室34的空气压力P2暂时上升，认为这是因缸盖侧缸室32的容积增加、杆侧缸室34的容积减少而引起的。
当在时刻t4发出对切换阀14的通电停止指令而切换阀14从第二位置切换到第一位置时，缸盖侧缸室32的空气压力P1开始下降，并且杆侧缸室34的空气压力P2开始上升。当缸盖侧缸室32的空气压力P1变得与杆侧缸室34的空气压力P2相等时，由于止回阀20的作用，缸盖侧缸室32的空气不再朝向杆侧缸室34供给，杆侧缸室34的空气压力P2的上升停止。另一方面，缸盖侧缸室32的空气压力P1继续下降，在时刻t5，杆侧缸室34的空气压力P2超过缸盖侧缸室32的空气压力P1相当于克服活塞28的静摩擦阻力的量，活塞杆30向拉入方向的移动开始。
当活塞杆30开始向拉入方向移动时，杆侧缸室34的容积增加，因此杆侧缸室34的空气压力P2下降，但缸盖侧缸室32的空气压力P1以比杆侧缸室34的空气压力P2更大的比例下降，因此继续杆侧缸室34的空气压力P2超过缸盖侧缸室32的空气压力P1的状态。一旦开始移动的活塞28的滑动阻力比静止状态下的活塞28的摩擦阻力小，因此，活塞杆30向拉入方向的移动无障碍地进行。然后，在时刻t6，活塞杆30回退到最大程度地被拉入的状态。此时，缸盖侧缸室32的空气压力P1与大气压力相等，杆侧缸室34的空气压力P2比大气压力稍大。维持该状态，直至作出下一个对切换阀14的通电指令为止。
接着，对空气消耗量的降低效果进行说明。在气缸12的驱动工序时从空气供给源16向缸盖侧缸室32供给并蓄积的空气的一部分在回退工序时被供给至杆侧缸室34。将该情况作为第一要因而空气的消耗量减少。在回退工序完成之时、即在活塞杆30刚最大程度地被拉入了之后，第一配管40以及第二配管42的空气从排气口18排出直至降低到大气压力为止，但由于第一配管40以及第二配管42的内径较小，因此排出的空气的量较少。将该情况作为第二要因而空气的消耗量减少。
与形成为将在驱动工序时从空气供给源供给到缸盖侧缸室的空气在回退工序时不进行再利用的通常的回路结构、且将与气缸连接的配管的内径均设为5.0mm的情况相比，验证了空气消耗量减少多少。以气缸的内径为50mm为前提，当将比较对象的空气消耗量设为100时，本实施方式的空气消耗量为38。这是由于第一要因而空气消耗量减少了45％、由于第二要因而空气消耗量减少了17％而得的结果。此外，在将气缸的内径从50mm变更为45mm时，空气消耗量进一步减少了8％。
根据本实施方式，从空气供给源16向缸盖侧缸室32供给并蓄积的空气的一部分在回退工序时被供给至杆侧缸室34，由此，空气消耗量减少。另外，第一配管40及第二配管42的内径小，第一配管40及第二配管42的空气从排气口18排出的量少，由此空气消耗量进一步减少。
另外，由于从缸盖侧缸室32的气缸端口部36到切换阀14为止的流路的阻力大致由第一配管40决定，因此无需在气缸12设置固定节流孔。
而且，能够将从缸盖侧缸室32朝向杆侧缸室34供给的空气蓄积于第三配管44、第五配管48以及气罐24，在气缸12的回退工序时，能够抑制在杆侧缸室34的容积增大时其压力降低。
在本实施方式中，设置了可变节流阀22和气罐24，但也可以不设置它们。另外，将第二配管42的内径设为与第一配管40的内径相同的程度，但也可以使第二配管42的内径比第一配管40的内径大。本发明所涉及的气缸用流体回路并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够采用各种结构，这一点不言而喻。

Claims (4)

1.一种气缸用流体回路(10)，具备切换阀(14)、空气供给源(16)、排气口(18)及止回阀(20)，所述气缸用流体回路(10)的特征在于，
在所述切换阀(14)的第一位置，一方的缸室(32)与所述空气供给源(16)连通，并且另一方的缸室(34)与所述排气口(18)连通，在所述切换阀(14)的第二位置，所述一方的缸室(32)经由所述止回阀(20)与所述另一方的缸室(34)连通，并且所述一方的缸室(32)与所述排气口(18)连通，
将所述一方的缸室(32)的气缸端口部(36)与所述切换阀(14)之间连接起来的配管(40)的声速流导比所述一方的缸室(32)的气缸端口部(36)以及所述切换阀(14)的声速流导小。
2.根据权利要求1所述的气缸用流体回路(10)，其特征在于，
在所述切换阀(14)与所述排气口(18)之间设置有可变节流阀(22)。
3.根据权利要求1所述的气缸用流体回路(10)，其特征在于，
所述止回阀(20)的上游侧与从将所述一方的缸室(32)的气缸端口部(36)与所述切换阀(14)之间连接起来的配管(40)分支的配管(42)连接，这些配管(40、42)的内径比将所述止回阀(20)的下游侧与所述切换阀(14)之间连接起来的配管(48)以及将所述切换阀(14)与所述另一方的缸室(34)的气缸端口部(38)之间连接起来的配管(44)的内径小。
4.根据权利要求1所述的气缸用流体回路(10)，其特征在于，
在将所述切换阀(14)与所述另一方的缸室(34)的气缸端口部(38)之间连接起来的配管(44)的中途设置有气罐(24)。
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