CN111765143A - 一种基于超临界二氧化碳的高速作动器 - Google Patents

一种基于超临界二氧化碳的高速作动器 Download PDF

Info

Publication number
CN111765143A
CN111765143A CN202010697332.5A CN202010697332A CN111765143A CN 111765143 A CN111765143 A CN 111765143A CN 202010697332 A CN202010697332 A CN 202010697332A CN 111765143 A CN111765143 A CN 111765143A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon dioxide
supercritical carbon
piston rod
piston
speed actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010697332.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111765143B (zh
Inventor
刘相新
张佳林
刘琦
黎兰
韦学中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Space Launch Technology
Original Assignee
Beijing Institute of Space Launch Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Space Launch Technology filed Critical Beijing Institute of Space Launch Technology
Priority to CN202010697332.5A priority Critical patent/CN111765143B/zh
Publication of CN111765143A publication Critical patent/CN111765143A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111765143B publication Critical patent/CN111765143B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/149—Fluid interconnections, e.g. fluid connectors, passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B3/00—Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B2015/208—Special fluid pressurisation means, e.g. thermal or electrolytic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Actuator (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，包括缸筒和设置于缸筒中的活塞，活塞的下侧密封固定有中空的活塞杆，活塞杆的下端伸出缸筒并密封固定有堵板，活塞杆中设有液态二氧化碳和加热激发装置，加热激发装置连接有从堵板中引出的电线；活塞上设有连通缸筒内腔和活塞杆内腔的泄放孔，泄放孔的上端口处密封固定有爆破片。其具有结构简单、成本低廉、集成度高、体积小、重量轻的优点，可满足小空间、大负载、单次或低频次使用的应用需求，且能有效降低成本。

Description

一种基于超临界二氧化碳的高速作动器
技术领域
本发明涉及一种气体驱动装置，具体涉及一种基于超临界二氧化碳做功的高速作动器。
背景技术
气缸是一种利用气压传动原理，由充入缸内的高压气体推动活塞沿缸筒运动，从而将高压气体的压力能转换为机械能的气动部件。气缸分为单作用气缸、双作用气缸、冲击气缸、无杆气缸等多种类型，广泛应用在各种领域，使用时，需通过管路外接气源，并在管路上设置气动控制元件，以构成供气系统。冲击气缸作为气缸的一种，因所需的气源压力高，气流量大，致使整个系统的体积较大，控制也较为复杂，对于小空间、大负载的应用场景，很难满足使用要求；且对于单次使用或低频次使用的高价值应用场景，基于现有气缸供气系统的配置模式和应用模式，还存在使用成本高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其具有结构简单、成本低廉、集成度高、体积小、重量轻的优点，可满足小空间、大负载、单次或低频次使用的应用需求，且能有效降低成本。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，包括缸筒和设置于缸筒中的活塞，所述活塞的下侧密封固定有中空的活塞杆，所述活塞杆的下端伸出缸筒并密封固定有堵板，活塞杆中设有液态二氧化碳和加热激发装置，所述加热激发装置连接有从堵板中引出的电线；所述活塞上设有连通缸筒内腔和活塞杆内腔的泄放孔，所述泄放孔的上端口处密封固定有爆破片。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述电线的引出端连接有电连接器，所述电连接器固定在堵板的一侧。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述堵板中设有与活塞杆内腔连通的充装孔道，充装孔道的外端口处设有充装组件；充装组件包括充装管和安装在充装管上的开关阀，充装管的一端与充装孔道密封固定连接，充装管的另一端设有堵头。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述活塞杆穿过缸筒的底壁并使两者滑动配合，缸筒的下端周壁上设有排气孔。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述缸筒的顶壁上侧固定有上支耳，所述堵板的下侧固定有下支耳。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述加热激发装置的下端固定在堵板上，加热激发装置与活塞杆和活塞同轴设置，所述泄放孔沿活塞的轴线设置。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述加热激发装置为电加热装置或者火药燃烧加热装置。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述泄放孔为两端大中间小的圆形孔。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述堵板中设有穿线孔道，所述电线从堵板的穿线孔道中引出。
进一步的，本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其中，所述活塞与缸筒之间设有滑动密封结构。
本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置缸筒和处于缸筒中的活塞，在活塞的下侧密封固定中空的活塞杆，使活塞杆的下端伸出缸筒并密封固定堵板，在活塞杆中设置液态二氧化碳和加热激发装置，使加热激发装置连接从堵板中引出的电线；在活塞上设置连通缸筒内腔和活塞杆内腔的泄放孔，并在泄放孔的上端口处密封固定爆破片。由此就构成了一种结构简单、成本低廉、集成度高、体积小、重量轻的基于超临界二氧化碳的高速作动器。在实际应用中，使活塞杆下端的堵板与固定设置的下支座连接，使缸筒的上端与负载上设置的上支座连接，并使电线的引出端通过点火线路与电源连接。接通电源时，加热激发装置启动并对液态二氧化碳加热，液态二氧化碳发生相变由液态转换为超临界状态，高压超临界二氧化碳将爆破片爆破后会通过泄放孔快速进入缸筒内腔，并使缸筒相对活塞和活塞杆运动，从而实现驱动负载的技术目的。本发明通过将液态二氧化碳和加热激发装置集成在活塞杆的内腔中，利用活塞杆的本体结构承受超临界二氧化碳生成时的高压载荷，不会因集成液态二氧化碳和加热激发装置增加过多的结构质量，而集成液态二氧化碳和加热激发装置后就无需通过管路外接气源，简化了结构和连接关系，减小了体积和占用空间，仅需电连接即可控制，能完全满足小空间、大负载、单次或低频次使用的应用需求，且能有效降低成本。同时，本发明通过采用超临界二氧化碳作为工质，其贮存、激发、膨胀等均为物理相变过程，温度可控制在200℃以下，且在作动过程中温度会迅速下降，不会对缸筒、活塞、活塞杆等构件造成损伤，具有成本低廉、清洁环保、安全性好、可靠性高的优点。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器的结构示意图；
图2为本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器的使用状态示意图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案及请求保护范围进行的限制。
如图1所示本发明一种基于超临界二氧化碳的高速作动器的具体实施方式，包括缸筒1和设置于缸筒1中的活塞2。在活塞2的下侧密封固定中空的活塞杆3，使活塞杆3的下端伸出缸筒1并密封固定堵板31。在活塞杆3中设置液态二氧化碳4和加热激发装置5，并使加热激发装置5连接从堵板31中引出的电线6。在活塞2上设置连通缸筒1内腔和活塞杆3内腔的泄放孔21，并在泄放孔21的上端口处密封固定爆破片7。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、成本低廉、集成度高、体积小、重量轻的基于超临界二氧化碳的高速作动器。在实际应用中，如图2所示，使活塞杆3下端的堵板31与固定设置的下支座连接，使缸筒1的上端与负载100上设置的上支座连接，并使电线6的引出端通过点火线路与电源200连接。接通电源200时，加热激发装置5启动并对液态二氧化碳4加热，液态二氧化碳4发生相变由液态转换为超临界状态，高压超临界二氧化碳将爆破片7爆破后会通过泄放孔21快速进入缸筒1的内腔，并使缸筒1相对活塞2和活塞杆3运动，从而实现驱动负载100的技术目的。本发明通过将液态二氧化碳4和加热激发装置5集成在活塞杆3的内腔中，利用活塞杆3的本体结构承受超临界二氧化碳生成时的高压载荷，不会因集成液态二氧化碳4和加热激发装置5增加过多的结构质量，而集成液态二氧化碳4和加热激发装置5后就无需通过管路外接气源，简化了结构和连接关系，减小了体积和占用空间，仅需电连接即可控制，能完全满足小空间、大负载、单次或低频次使用的应用需求，且能有效降低成本。同时，本发明通过采用超临界二氧化碳作为工质，其贮存、激发、膨胀等均为物理相变过程，温度可控制在200℃以下，且在作动过程中温度会迅速下降，不会对缸筒1、活塞2、活塞杆3等构件造成损伤，具有成本低廉、清洁环保、安全性好、可靠性高的优点。需要说明的是，在实际应用中，为保证结构的均衡性和动作的平稳性，本发明通常将加热激发装置5的下端固定在堵板31上，让加热激发装置5、活塞杆3和活塞2同轴设置，并使泄放孔21沿活塞2的轴线设置。加热激发装置5可采用电加热装置或者火药燃烧加热装置，但不限于这两种方式，还可以采用其他类型的加热装置，只要能对液态二氧化碳进行加热即可。
作为优化方案，本具体实施方式在电线6的引出端设置了电连接器8，并将电连接器8固定在堵板31的一侧。通过设置电连接器8可快速、可靠地连接点火线路和电源，提高了操作的便捷性。同时，本具体实施方式在堵板31中设置了与活塞杆3内腔连通的充装孔道，并在充装孔道的外端口处设置了充装组件9。充装组件9具体包括充装管91和安装在充装管91上的开关阀92，其中，充装管91的一端与充装孔道密封固定连接，充装管91的另一端设有堵头93。通过设置充装孔道和充装组件9可方便、快速地向活塞杆3的内腔中充装液态二氧化碳，或将活塞杆3内腔中的二氧化碳排出，提高了作动器的功能性和操作的便利性。
作为具体实施方式，为增强结构的稳定性和动作的平稳性，本发明让活塞杆3穿过缸筒1的底壁并使两者滑动配合，且在缸筒1的下端周壁上设置了排气孔11，以免憋气影响正常动作。为方便连接，本具体实施方式在缸筒1的顶壁上侧设置了固定的上支耳12，在堵板31的下侧设置了固定的下支耳32。为方便设计和控制气流，本具体实施方式使泄放孔21采用了两端大中间小的圆形孔结构。这一结构形式的泄放孔21，在气流进入泄放孔21时可起到汇流作用，而在气流从泄放孔21喷出时可起到均匀散布的作用。但泄放孔21的结构不限于以上列举形式，还可以根据作动速度需要采用其他形式的异型孔结构。
需要说明的是，为便于布置电线6，本发明在堵板31中设置了穿线孔道，并使电线6从堵板31的穿线孔道中引出。为保证活塞2与缸筒1之间的密封性，两者之间通常设有滑动密封结构，滑动密封结构为本领域的成熟技术，在此不再赘述。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，包括缸筒(1)和设置于缸筒(1)中的活塞(2)，其特征在于，所述活塞(2)的下侧密封固定有中空的活塞杆(3)，所述活塞杆(3)的下端伸出缸筒(1)并密封固定有堵板(31)，活塞杆(3)中设有液态二氧化碳(4)和加热激发装置(5)，所述加热激发装置(5)连接有从堵板(31)中引出的电线(6)；所述活塞(2)上设有连通缸筒(1)内腔和活塞杆(3)内腔的泄放孔(21)，所述泄放孔(21)的上端口处密封固定有爆破片(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述电线(6)的引出端连接有电连接器(8)，所述电连接器(8)固定在堵板(31)的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述堵板(31)中设有与活塞杆(3)内腔连通的充装孔道，充装孔道的外端口处设有充装组件(9)；充装组件(9)包括充装管(91)和安装在充装管(91)上的开关阀(92)，充装管(91)的一端与充装孔道密封固定连接，充装管(91)的另一端设有堵头(93)。
4.根据权利要求3所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述活塞杆(3)穿过缸筒(1)的底壁并使两者滑动配合，缸筒(1)的下端周壁上设有排气孔(11)。
5.根据权利要求4所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述缸筒(1)的顶壁上侧固定有上支耳(12)，所述堵板(31)的下侧固定有下支耳(32)。
6.根据权利要求5所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述加热激发装置(5)的下端固定在堵板(31)上，加热激发装置(5)与活塞杆(3)和活塞(2)同轴设置，所述泄放孔(21)沿活塞(2)的轴线设置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述加热激发装置(5)为电加热装置或者火药燃烧加热装置。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述泄放孔(21)为两端大中间小的圆形孔。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述堵板(31)中设有穿线孔道，所述电线(6)从堵板(31)的穿线孔道中引出。
10.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于超临界二氧化碳的高速作动器，其特征在于，所述活塞(2)与缸筒(1)之间设有滑动密封结构。
CN202010697332.5A 2020-07-20 2020-07-20 一种基于超临界二氧化碳的高速作动器 Active CN111765143B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010697332.5A CN111765143B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种基于超临界二氧化碳的高速作动器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010697332.5A CN111765143B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种基于超临界二氧化碳的高速作动器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111765143A true CN111765143A (zh) 2020-10-13
CN111765143B CN111765143B (zh) 2022-06-17

Family

ID=72728648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010697332.5A Active CN111765143B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种基于超临界二氧化碳的高速作动器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111765143B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112780617A (zh) * 2021-01-25 2021-05-11 郑州东辰科技有限公司 一种二氧化碳液气相转换致动器
CN113124017A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 中南大学 一种基于co2相变的气动作动装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3858392A (en) * 1973-10-25 1975-01-07 Ici America Inc Controlled burning squib arrangement
CN102767586A (zh) * 2012-07-31 2012-11-07 常州气弹簧有限公司 可控温敏气弹簧
CN106286431A (zh) * 2016-10-18 2017-01-04 杨富刚 一种储能结构
US20190048901A1 (en) * 2017-08-14 2019-02-14 Bastion Technologies, Inc. Reusable gas generator driven pressure supply system
CN110778541A (zh) * 2019-11-07 2020-02-11 江苏师范大学 一种气液两相转化高能量存储密度液压蓄能器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3858392A (en) * 1973-10-25 1975-01-07 Ici America Inc Controlled burning squib arrangement
CN102767586A (zh) * 2012-07-31 2012-11-07 常州气弹簧有限公司 可控温敏气弹簧
CN106286431A (zh) * 2016-10-18 2017-01-04 杨富刚 一种储能结构
US20180106275A1 (en) * 2016-10-18 2018-04-19 Fugang YANG Energy storage structure
US20190048901A1 (en) * 2017-08-14 2019-02-14 Bastion Technologies, Inc. Reusable gas generator driven pressure supply system
CN110778541A (zh) * 2019-11-07 2020-02-11 江苏师范大学 一种气液两相转化高能量存储密度液压蓄能器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112780617A (zh) * 2021-01-25 2021-05-11 郑州东辰科技有限公司 一种二氧化碳液气相转换致动器
CN112780617B (zh) * 2021-01-25 2023-08-25 郑州东辰科技有限公司 一种二氧化碳液气相转换致动器
CN113124017A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 中南大学 一种基于co2相变的气动作动装置
CN113124017B (zh) * 2021-04-19 2022-03-29 中南大学 一种基于co2相变的气动作动装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111765143B (zh) 2022-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111765143B (zh) 一种基于超临界二氧化碳的高速作动器
CN112710192B (zh) 一种用于气炮发射的新型高压释放装置
CN107215327B (zh) 气压式电子驻车制动集成阀
CN103133435B (zh) 一种液压蓄能器
JP2017519953A (ja) 圧力空気供給設備、空気圧システム及び圧力空気供給設備の動作方法
KR101601753B1 (ko) 브레이크용 피스톤 펌프
CN102182909A (zh) 一种高压气体储存气瓶
CN111795034A (zh) 一种燃气作动器
CN110394034B (zh) 一种压缩空气净化器及其排放控制方法
CN205858848U (zh) 具有缸内返程复位气体弹簧的节能降噪单作用冲击气缸
CN102003919A (zh) 新型气液混合动力弹射装置
CN103807489B (zh) 一种气液联动快速作动缸
CN103499235B (zh) 气动式发射装置
CN210718857U (zh) 一种集成式弹上气源装置
CN105351260A (zh) 气液混合多级高速弹射装置
CN210565452U (zh) 蓄能器与液压缸复合装置
CN114352669A (zh) 油气悬挂系统及其刚柔性控制阀和工程车辆
CN202024073U (zh) 一种高压气体储存气瓶
CN202564156U (zh) 高压断路器液压操动机构的防慢分装置
CN111102314A (zh) 带固定结构的阻尼装置
CN101526290B (zh) 红外探测器用制冷系统
JP2001023480A (ja) 遮断器
CN205734577U (zh) 一种自动密封非工作状态孔的真空吸附结构
CN219734322U (zh) 双向断气自锁阀
CN104847712B (zh) 高压喷射气流形成用蓄能器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant