CN112639221B - 用于操作机器作业工具的装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于操作机器(10)的作业工具(12)的装置(20)。装置(20)包括气缸(21)和包括活塞头(36)的活塞(22)，活塞头(36)安装在气缸(21)中，使得活塞(22)相对于气缸(21)可移动。装置(20)包括用于使活塞头(36)偏压远离第一气缸端(25)的气体弹簧装置(50)。气体弹簧装置(50)包括第一气体室(51)和第二气体室(52)，第一气体室和第二气体室具有基于活塞头(36)在气缸(21)中的位置的可变容积。气体连接装置(53)将第一气体室(51)流体地连接到第二气体室(52)，并且配置成如果活塞(22)相对于气缸(21)移动，则使气体能够在第一和第二气体室(51、52)之间流动。本公开还涉及操作包括作业工具(12)的机器(10)的方法。

Description

用于操作机器作业工具的装置

技术领域

本公开涉及用于操作机器的作业工具的装置。本公开还涉及操作包括作业工具和安装到作业工具的装置的机器的方法以及操作气体弹簧装置的方法。

背景技术

包括反铲装载机、挖掘机、装载机等的机器通常包括液压控制系统，所述液压控制系统用于控制一个或多个作业工具，例如铲斗，吊杆，反铲，臂，抓斗等。液压控制系统可以包括一个或多个致动器，所述致动器连接到每个作业工具并且配置成移动作业工具以执行作业。液压控制系统包括一个或多个泵以将加压流体移动进入或通过致动器的室以使致动器延伸或缩回。泵从诸如内燃式发动机的动力单元接收动力，并且它们所需的动力可能相对较高。因此，降低功率需求以提高机器的效率并减少排放可能是有益的。

WO-A-2015/185125公开了一种包括气体弹簧的材料处理机器，所述气体弹簧用于平衡重负载以增加提升能力和/或减少能量消耗。气体弹簧具有中空活塞杆，所述中空活塞杆在第一直径气缸内部承载活塞。沿着活塞杆在活塞和第一端盖之间形成可变长度的第一环形空间。第二气缸同心地布置在第一气缸上方。沿着第一气缸的外周边形成第二环形空间。冷却流体被提供给第一环形空间，并且包括第二环形空间和中空活塞杆的空间布置成容纳加压气体。然而，这样的布置可能需要与冷却系统等的附加接口，并且可能具有高成本。另外，该

发明内容

因此本公开提供了一种用于操作机器的作业工具的装置，所述装置包括：气缸，所述气缸包括在第一气缸端和第二气缸端之间延伸的气缸壁；活塞，所述活塞包括附接到活塞头的活塞杆，所述活塞头安装在所述气缸中，使得所述活塞相对于所述气缸可移动；以及气体弹簧装置，用于使所述活塞头偏压远离所述第一气缸端，所述气体弹簧装置包括：在所述第一气缸端和所述活塞头之间延伸的第一气体室，以及在所述活塞头和所述第二气缸端之间延伸的第二气体室，所述第一气体室和所述第二气体室具有基于所述活塞头在所述气缸中的位置的可变容积；以及气体连接装置，所述气体连接装置将所述第一气体室流体地连接到所述第二气体室，并且配置成如果所述活塞相对于所述气缸移动，则使气体能够在所述第一气体室和所述第二气体室之间流动。

本公开还提供了一种操作机器的方法，所述机器包括作业工具和安装到所述作业工具的装置，所述装置包括：气缸，所述气缸包括在第一气缸端和第二气缸端之间延伸的气缸壁；活塞，所述活塞包括附接到活塞头的活塞杆，所述活塞头安装在所述气缸中；以及气体弹簧装置，所述气体弹簧装置包括：在所述第一气缸端和所述活塞头之间延伸的第一气体室，以及在所述活塞头和所述第二气缸端之间延伸的第二气体室；以及气体连接装置，所述气体连接装置将所述第一气体室流体地连接到所述第二气体室，

其中所述方法包括：通过所述气体弹簧装置中的气体使所述活塞头偏压远离所述第一气缸端；移动所述活塞头，使得所述第一气体室和所述第二气体室在容积上变化，并且气体经由所述气体连接装置从所述第一气体室输送到所述第二气体室。

本公开还提供了一种操作气体弹簧装置的方法，所述气体弹簧装置用于操作机器的作业工具，并且包括在气缸内部并通过气体连接装置流体地连接的第一气体室和第二气体室，所述气体连接装置包括第一气体阀和第二气体阀，所述方法包括：在所述第一气体阀和所述第二气体阀之间流体地连接至少一个储气罐；打开所述第一气体阀并关闭所述第二气体阀；在所述气缸内部移动所述活塞头以减小所述第一气体室的容积，并且将气体从所述第一气体室通过所述打开的第一气体阀驱动到所述至少一个储气罐中；以及流体地断开所述至少一个储气罐，使得减小所述气体连接装置中的气体的压力。

本公开还提供了一种用于操作机器的作业工具的装置，所述装置包括：气体弹簧装置，所述气体弹簧装置包括由可移动地安装在气缸内部的活塞头形成的至少一个气体室，所述至少一个气体室基于所述活塞头的位置而容积可变；以及储气装置，所述储气装置包括具有固定容积的至少一个储气罐，其中所述至少一个储气罐通过至少一个储气导管流体地连接到所述至少一个气体室，使得如果所述活塞头移动以增加或减小所述至少一个气体室的容积，则所述至少一个气体室和所述至少一个储气罐中的气体的压力分别减小或增加。

本公开还提供了一种操作机器的方法，所述机器包括作业工具和安装到所述作业工具的装置，所述装置包括：气体弹簧装置，所述气体弹簧装置包括由可移动地安装在气缸内部的活塞头形成的至少一个气体室；以及储气装置，所述储气装置包括具有固定容积的至少一个储气罐，其中所述至少一个储气罐通过至少一个储气导管流体地连接到所述至少一个气体室，其中所述方法包括移动所述气缸中的所述活塞头以减小或增加所述至少一个气体室的容积以分别增加或减小所述至少一个气体室和所述至少一个储气罐中的气体的压力。

附图说明

仅作为示例，现在参考附图并如附图所示描述本公开的装置和方法的实施例，其中：

图1是包括本公开的装置的实施例的机器的侧视图；

图2是处于延伸配置的图1的装置的示意图；

图3是处于缩回配置的图1和2的装置的示意图；

图4是抵抗气缸位移作用在图1至3的装置上的力的图形；

图5是处于延伸配置的本公开的装置的另一实施例的示意图；以及

图6是处于缩回配置的图5的装置的示意图。

具体实施方式

本公开总体上涉及用于储存和回收能量以操作机器的作业工具的装置，操作这样的装置的方法以及操作气体弹簧装置的方法。装置包括气体弹簧装置，所述气体弹簧装置偏压活塞以从气缸延伸以提供可以在作业工具的操作期间使用的偏压力。气体弹簧装置可以使用作业工具的重量的向下重力来回收能量，并且在作业工具的操作期间释放能量以辅助致动器移动作业工具。装置还可以包括致动器流体系统，使得装置是集成的气体弹簧和致动器。气体弹簧装置可以形成在气缸中，而致动器流体系统可以形成在活塞中，结果，气体弹簧装置大体上可以围绕致动器流体系统形成。

图1示出了本公开的机器10，其可以包括主体11和附接到主体11的作业工具12。作业工具12可以包括安装到主体11的臂装置13和附接到臂装置13的器具14，如图所示。作业工具12，特别是臂装置13，可以由至少一个致动器15控制以移动器具14并执行作业。在所示的实施例中，机器10包括挖掘机，但是机器10可以是包括至少一个致动器15的任何其他类型，例如卡车(例如，自卸卡车)，反铲装载机，另一种类型的装载机，例如轮式装载机或履带式装载机，推土机，单斗挖土机，物料搬运车或伸缩叉车。

机器10还包括用于储存能量以操作作业工具12的本公开的装置20。装置20可以包括并且可以集成有至少一个致动器15。机器10可以包括多个装置20，例如，通过具有均与装置20集成的多个致动器15。装置20在图2和3中被更详细地示出。装置20包括气缸21和活塞22。活塞22可以至少部分地密封且可滑动地安装在气缸21内，并且它们在延伸配置(图1和2)和缩回配置(图3)之间相对于彼此可移动。气缸21和活塞22可以具有大体上圆形的横截面。

气缸21包括在第一和第二气缸端25、26之间延伸的气缸壁24，并且可以在它们之间限定气缸室27。第一和第二气缸端25、26可以由第一和第二气缸端盖28、29形成，所述第一和第二气缸端盖可以密封气缸壁24和气缸室27。第一气缸端盖28可以包括第一安装件30，用于将气缸21安装到作业工具12和/或主体11。

活塞22包括附接到活塞头36的活塞杆35，所述活塞头安装并密封在气缸室27和气缸21中。活塞头36包括第一和第二头表面37、38，并且第二头表面38可以具有低于第一头表面37的表面积。第一头表面37可以与第一气缸端25相对并朝向其定位，并且第二头表面38可以与第二气缸端26相对并朝向其定位。活塞头密封件39可以安装到活塞头36(特别是其侧面)并围绕其延伸，用于在活塞头36和气缸21之间形成密封。第二气缸端26和第二气缸端盖29可以包括活塞杆35安装在其中的杆通道40，活塞杆35可以可滑动地移动通过所述杆通道。活塞杆密封件41可以围绕杆通道40延伸并安装到杆通道以用于在活塞杆35和气缸21之间形成密封。润滑油47可以邻近活塞杆密封件41位于气缸21内部以用于提供润滑和密封。活塞杆35可以包括在活塞杆35的与活塞头36相对的端部处的外活塞端42。

活塞杆35可以是中空的，并且可以在其中包括杆室43。活塞杆35可以包括活塞杆壁44，所述活塞杆壁在活塞头36和活塞端壁45之间延伸和安装以在它们之间限定杆室43。活塞端壁45，例如所示的端盖，可以在外活塞端42处密封活塞杆壁44。活塞22可以例如通过安装在活塞端壁45在外活塞端42处包括第二安装件46，用于将气缸21安装到作业工具12和/或主体11。

装置20还包括气体弹簧装置50，所述气体弹簧装置包括第一和第二气体室51、52。气体弹簧装置50配置成储存和释放能量以帮助作业工具12的操作。第一气体室51在第一头表面37，第一气缸端25和气缸壁24之间延伸。第二气体室52从第二头表面38朝向第二气缸端26延伸，并且如图所示，当活塞杆35比气缸壁24和气缸室27细时可以在活塞杆35和气缸壁24之间延伸。第一和第二气体室51、52基于活塞22相对于气缸21的运动，特别是基于活塞头36在气缸室27内的位置而容积可变。因此当活塞头36朝向第一气缸端25移动时，第一气体室51配置成减小容积，并且第二气体室52配置成增加容积，反之亦然。

气体弹簧装置50还包括用于将第一气体室51流体地连接到第二气体室52的气体连接装置53。气体连接装置53配置成当活塞22相对于气缸21移动时使气体能够在第一和第二气体室51、52之间输送。气体连接装置53可以包括延伸通过活塞头36的至少一个气体通道54。至少一个气体通道54可以在第一和第二头表面37、38之间延伸。气体弹簧装置50还可以包括位于第一和第二气体室51、52和气体连接装置53内的加压气体，例如氮气。

装置20可以包括副活塞60，所述副活塞部分地安装在活塞22内部并安装到气缸21。特别地，副活塞60可以包括可滑动地安装在活塞杆35的杆室43内部的副头61，并且可以包括安装到副头61的副杆62。副杆62可以延伸并附接到第一气缸端25。副头密封件63可以围绕副头61延伸并安装到副头(特别是其侧面)，以用于在副头61和活塞22(特别是活塞杆壁44)之间形成密封。活塞头36可以包括副杆62可以可滑动地安装在其中的副活塞通道64。副杆密封件65可以围绕副活塞通道64延伸并安装到副活塞通道以用于在副杆62和活塞头36之间形成密封。

因此，装置20可以包括第一和第二活塞室66、67。第一活塞室66可以在副头61和活塞头36的第二头表面38之间延伸，并且第二活塞室67可以从副头61朝向外活塞端42延伸。由于副杆62可以比活塞杆35，活塞杆壁44和杆室43细，因此第一活塞室66也可以在副杆62和活塞杆壁44之间延伸。第二活塞室67也可以在副头61，外活塞端42和活塞杆壁44之间延伸。

装置20可以通过进一步包括致动器流体系统70包括致动器15，用于使活塞22相对于气缸21移动。致动器流体系统70可以包括在活塞22内部的至少一个流体室66、67和至少一个泵(未示出)，用于经由至少一个致动器导管72、74向至少一个流体室66、67选择性地供应流体以使活塞22相对于气缸21移动。至少一个流体室66、67可以包括第一和/或第二活塞室66、67。至少一个致动器导管72、74可以包括从第一活塞室66延伸的第一致动器导管72，并且它可以延伸通过活塞杆壁44，例如通过如图所示在形成活塞杆壁44的两个套筒之间形成间隙。第一致动器导管72可以从外活塞端42(例如，活塞端壁45)中的第一致动器端口73延伸通过活塞杆壁44，通过活塞头36并进入第一活塞室66，如图所示。替代地，第一致动器端口73可以直接延伸到活塞杆壁44中和/或第一致动器导管72可以从活塞杆壁44(未示出)直接延伸到第一活塞室66中。至少一个致动器导管72、74还可以包括从第二活塞室67延伸到第二致动器端口75的第二致动器导管74，并且第二致动器导管74可以位于外活塞端42(例如，如图所示的活塞端壁45)内部。

致动器流体系统70可以包括任何其他合适的部件，例如阀，并且可以是液压流体系统，使得流体是液压流体。致动器流体系统70可以由控制器控制，并且控制器可以从主体11中由操作者操作的输入装置(例如操纵杆)接收用于使作业工具12移动的指令。因此，通过控制流体流入第一和第二活塞室66、67，致动器流体系统70可以控制气缸21内的活塞头36的位置，并因此控制作业工具12的位置。

在本公开中，致动器流体系统70可以可操作以向活塞头36施加力以使活塞22从气缸21延伸和缩回，由此例如通过改变第一和第二活塞室66、67中的流体的体积来操作作业工具12。由于作业工具12进行作业所需的力以及克服通过作业工具12的重量作用在气缸21和活塞22上的向下重力所需的力，致动器流体系统70的动力需求可能相对较高。气体弹簧装置50通过第一和第二气体室51、52中的加压气体作用在第一和第二头表面37、38上提供弹簧力以补充由致动器流体系统70提供的力。即使气体的压力在第一和第二气体室51、52中可以基本相同，由于第一头表面37具有比第二头表面38更大的表面积，因此施加到第一头表面37的力大于施加到第二头表面38的力。因此，气体弹簧装置50对活塞头36施加净弹簧力，所述净弹簧力使活塞22偏压远离第一气缸端25以从气缸21延伸(即，朝向延伸配置)。

图4是示出在y轴上的力80和在x轴上的气缸位移81的图形。气体弹簧线82示出了由气体弹簧装置50提供的弹簧力，所述弹簧力从当活塞22处于延伸配置(如图2中所示)时的延伸力83增加到当活塞22处于缩回配置(如图3中所示)时的缩回力84。气体弹簧线82的梯度表示气体弹簧装置50的弹簧常数。延伸力83可以是由于当活塞22处于延伸配置时向第一和第二气体室51、52供应加压气体至预充气压力而导致的，例如通过将加压气体通过第一气缸端25中的气体端口(未示出)供应到第一气体室51中。缩回力84可能大于延伸力83，原因是当活塞22处于缩回配置时，第一和第二气体室51、52中的气体的压力在缩回压力下较高。这可能是由于当活塞22处于缩回配置时第一和第二气体室51、52的容积较小而导致的，原因是活塞22占据气缸室27的较大容积。因此，气体弹簧线82的梯度也可以表示气体弹簧装置50的压缩比，其可以被定义为缩回压力与预充气压力的比率。气体弹簧线82下方的区域85可以表示气体弹簧装置50的能量储存能力。重力线86表示通过臂装置13的重量而作用在气缸21和活塞22上的向下重力，其可能高于预充气和缩回压力。

在操作中，可以通过向第一和第二气体室51、52供应气体以达到预充气压力来对气体弹簧装置50充气。在使用中，例如当需要降低臂装置13时，致动器流体系统70可以允许活塞22在作业工具12的向下重力的作用下缩回到气缸21中。结果，来自致动器流体系统70的重量的势能通过将其储存为储存在气体弹簧装置50中的增加压力而被回收。作业工具12的向下重力可以用来储存能量，特别是当其高于如图4中的气体弹簧装置50的弹簧力时。除了向下重力之外，致动器流体系统70还可以施加力以使活塞22缩回，从而进一步将能量储存在气体弹簧装置50中。如果向下重力小于延伸和缩回力83、84，则这样的操作可能是必要的。随后，当需要延伸活塞22时，例如在臂装置13的升高期间，气体弹簧装置50的弹簧力通过释放储存的能量来补充来自致动器流体系统70的动力以使活塞22延伸。

各种其他实施例也落入本公开的范围内。例如，第二气体室52可以包括第一活塞室66，并且从第二头表面38在活塞22内部朝向第二气缸端26延伸。至少一个气体通道54可以在第一活塞室66和第一气体室51之间延伸(即，延伸到活塞杆35中而不是延伸到其外部，如图2和3中所示)。致动器流体系统70的至少一个流体室66、67可以例如仅包括第二活塞室67，并且流体可以供应到第二活塞室27或从第二活塞室抽出，仅用于控制活塞22的延伸。

不同于装置20如图1至3中所示包括集成的气体弹簧装置50和致动器15，装置20可以替代地是与机器10的(一个或多个)致动器15分开的气体弹簧(未示出)。例如，装置20可以不包括如上所述的中空活塞22或致动器流体系统70，而是可以仅包括气体弹簧装置50。结果，装置20可以将能量单独地储存到致动器15。机器10可以包括安装到作业工具12以用于操作作业工具12的至少一个致动器15，以及安装到作业工具12以储存和释放能量的至少一个单独的装置20。

图5和6示出了本公开的装置20的另一实施例。图5和6的实施例具有与图1至3共同的特征，并且相同的附图标记已用于指示相似的特征。在图5和6中，气体连接装置53可以包括围绕活塞头36而不是如图2和3中所示穿过活塞头延伸的至少一个气体导管90。至少一个气体导管90可以从第一气体室51延伸，离开气缸21并到达第二气体室52。如图所示，至少一个气体导管90可以延伸通过气缸壁24，或者可以延伸通过第一和/或第二气缸端25、26。至少一个气体导管90可以包括至少一个管，软管等。气体连接装置53可以包括至少一个气体阀91、92，在该情况下为第一和第二气体阀91、92，用于控制通过至少一个气体导管90的气体的流动。至少一个气体阀91、92可以配置成防止气体流动以防止活塞22在气缸21中的明显移动(即，除了由于气体的压缩)。

本公开还提供流体地连接到至少一个气体室51、52的储气装置93。在所示的实施例中，本公开的装置20包括储气装置93，所述储气装置可以流体地连接到气体连接装置53的至少一个气体导管90，并且可以连接在第一和第二气体阀91、92之间。然而，储气装置93可以应用于具有至少一个气体室51、52的机器10的任何气体弹簧装置50。储气装置93可以包括至少一个储气导管94，至少一个储气罐95、96(在该情况下为两个储气罐95、96)例如通过至少一个储气适配器97、98流体地连接到所述至少一个储气导管。至少一个储气适配器97、98可以包括阀或类似物，减压阀(例如爆破隔膜装置)和适配器连接器(例如螺纹)，至少一个储气罐95、96可以可释放地附接到所述适配器连接器。至少一个储气罐95、96可以具有固定容积，并且当活塞22相对于气缸21移动时可以而与至少一个气体室51、52流体连通(例如，至少一个储气阀91、92可以打开)。至少一个储气罐95、96可以是配置成以相对较高的压力(即，至少在预充气和缩回压力下)储存气体的气缸和/或压力容器，并且可以包括罐适配器，例如螺纹，用于可释放地附接到适配器连接器。至少一个储气罐95、96可以增加可用于气体弹簧装置50中的气体和至少一个气体室51、52中的气体的容积，并且至少一个储气罐95、96可以一起增加和减小压力。在装置20中，因此气体可以存在于第一和第二气体室51、52，至少一个气体导管90，至少一个储气导管94和至少一个储气罐95、96中。气体体积越大，压缩比就减小(即，气体弹簧线82的梯度减小)，因此由气体弹簧装置50储存的能量就增加。结果，气体弹簧装置50可以供应更多的能量以帮助为作业工具12的运动提供动力。

至少一个储气罐95、96可以例如通过安装到气缸21，机器10和/或作业工具12的外部而安装到气缸21的外部和/或与气缸分开。至少一个储气罐95、96优选是气瓶或瓶装气，其是商业上或通常可获得的。至少一个储气罐95、906可以包括符合地区标准(例如ISO24431:2016(en))的可运输储气罐。

装置20还可以包括与第一和/或第二气体室51、52流体连接的气体端口装置100，用于为气体弹簧装置50充气和放气。气体端口装置100可以包括气体端口阀101，用于选择性地控制气体流入第一和/或第二气体室51、52，并且可以包括至少一个气体端口适配器102，用于安装气体供应装置，例如如图所示的至少一个气体供应罐103。至少一个气体供应罐103可以是固定容积，并且可以具有与至少一个储气箱95、96类似的形式。如在所示的实施例中，气体端口装置100可以流体地联接到储气装置93，例如至少一个储气导管94，并且因此可以通过至少一个气体导管90流体地连接到第一和第二气体室51、52。替代地，气体端口装置100可以直接流体地联接并安装到至少一个气体导管90和/或第一和/或第二气体室51、52。气体端口阀101可以包括压力调节器，当气体室中的压力降低到预充气压力以下时所述压力调节器使气体能够从至少一个气体供应罐103流入第一和/或第二气体室51、52中。结果，当执行到延伸配置的完全延伸操作时，气体弹簧装置50的压力可以保持在预充气压力。

本公开还提供了例如在维护、安装或拆卸期间使用储存和/或气体端口装置93、100的罐95、96、103中的至少一个对气体弹簧装置50进行充气和放气的方法。在放气期间，第一和第二气体阀91、92中的一个可以关闭，而另一个打开。如果要将气体排放到至少一个气体供应罐103中，则可以打开气体端口阀101，并且如果它们包括阀，则可以打开与用于放气的罐95、96、103相对应的适配器97、98、102。然后致动器流体系统70可以使活塞22相对于气缸21移动以将气体从第一和第二气体室51、52引导到罐95、96、103中。如果第一气体阀91打开，则活塞22可以从延伸配置至少部分地移动到缩回配置以将气体从第一气体室51驱动到罐95、96、103中。如果第二气体阀92打开，则活塞22可以从缩回配置至少部分地移动到延伸配置以将气体从第二气体室52驱动到罐95、96、103中。气体端口阀101和/或打开的第一或第二气体阀91、92随后可以关闭，并且罐95、96、103断开和移除，使气体弹簧装置50处于低压以能够进行维护和维修。气体弹簧装置50中的气体也可以通过打开气体端口阀101，第一气体阀91，第二气体阀92和/或适配器97、98、102排放到环境以去除任何剩余的加压气体，使得气体弹簧装置50中的气体达到环境压力。装置20可以包括附加的排气和/或减压阀以帮助这样的去除。

为了对气体弹簧装置50充气，可以打开第一和第二气体阀91、92中的一者或两者。如果要从至少一个气体供应罐103充气，则可以打开气体端口阀101，并且如果它们包括阀门，则可以打开与用于充气的罐95、96、103相对应的适配器97、98、102。罐95、96、103可以连接到对应的适配器97、98、102，从而将加压气体释放到气体弹簧装置50中。然后活塞22可以通过致动器流体系统70从缩回配置移动到延伸配置，反之亦然，这取决于第一和第二气体阀91、92中的哪一个以类似于放气的方式打开。然后关闭的第一或第二气体阀91、92可以打开，使得气体弹簧装置50可操作。

图5和6还示出了致动器流体系统70的实施例，所述致动器流体系统还包括流体锁定装置110，用于当活塞22由气体弹簧装置50偏压以从气缸21延伸时锁定活塞22相对于气缸21的运动。流体锁定装置110可以配置成防止活塞22从气缸21延伸，除非致动器流体系统70被控制以使活塞22从气缸21延伸。流体锁定装置110也可以应用于图2和3的装置20。

流体锁定装置110可以包括位于第一致动器导管72中的止回阀111，用于控制通过第一致动器导管72和第一活塞室66的流体的流动。止回阀111可以位于外活塞端42处，并且可以安装在活塞端壁45中，例如如图所示安装在端盖中。止回阀111可以使流体能够从第一致动器端口73从第一致动器导管72基本自由地流入第一活塞室66。止回阀111可以防止流体从第一活塞室66和第一致动器导管72流出，除非被致动打开。止回阀111可以由从第二致动器导管74延伸到止回阀111的止回阀先导导管112致动，用于在第二致动器导管74中的压力达到和/或被命令达到预设锁定压力值时打开止回阀111。预设锁定压力值可以是仅在命令至少一个泵、蓄能器等将流体驱动到第二致动器导管74和第二活塞室67中时才实现的致动器流体系统70中的流体压力。因此，仅当第二致动器导管74和第二活塞室67中的压力被命令升高使得活塞22相对于气缸21延伸时，止回阀111才可以打开。结果，止回阀111提供锁定，这确保活塞22不会在气体弹簧装置50的偏压力下不期望地延伸，从而改善了装置20的操作和安全性。

工业适用性

由气体弹簧装置50提供的弹簧力可以减小操作作业工具12所需的功率。特别地，致动器15可能不必克服作业工具12的所有向下重力。如图4中所示，如果气体弹簧装置50配置成(例如具有处于适当压力的气体)具有小于向下重力的弹簧力，则致动器15仅需要供应在气体弹簧线82和重力线86之间的力。如果弹簧力大于向下重力，则致动器15不需要克服向下重力来操作作业工具12。结果，致动器流体系统70中的流体的压力需求可能降低，并且致动器流体系统70可以相应地设计，例如通过具有至少一个泵和/或向至少一个泵提供动力的至少一个动力单元，其额定功率低于没有气体弹簧装置50时所需的功率。在致动器15与气体弹簧装置50集成的情况下，进一步提高了装置20的功率密度。

通过在气缸21中具有气体弹簧装置50并且将其安装在活塞22中的致动器流体系统70周围，气体所作用的表面区域(即，第一和第二头表面37、38)可以更大。因此对于相同储存能量可以减小气体压力。另外，使用储气装置93可以进一步减小压缩比。减小压缩比的结果可以是，气体弹簧装置50的能量容量可以增加，并且可以在预充气压力和缩回压力之间减小气体弹簧装置50中的气体温度的变化。因此，气体弹簧装置50可以更接近等温而不是绝热操作，这导致改善的往返效率(即，减少了在储存和回收期间产生的损失)，并且可以意味着不需要额外的冷却系统等。

气体弹簧装置50可以是被动能量储存和回收系统，结果，因此可以不需要复杂的控制系统或大量维护。此外，通过结合流体锁定装置110，可以提供软故障模式。除了使用充气和放气的方法之外，通过在气缸21中具有气体弹簧装置50并且将其安装在活塞22中的致动器流体系统70周围，可以简化装置20的维修。由于需要较低的预充气压力来提供弹簧力，因此不需要维修技术人员来操作高气压设备，并且进一步降低了维护工作的复杂性。

此外，将致动器流体系统70结合在活塞22内导致唯一可能露出的密封件，活塞杆密封件41不是致动器流体系统70的关键密封件。

Claims (15)

1.一种用于操作机器的作业工具的装置，所述装置包括：

气缸，所述气缸包括在第一气缸端和第二气缸端之间延伸的气缸壁；

活塞，所述活塞包括附接到活塞头的活塞杆，所述活塞头安装在所述气缸中，使得所述活塞相对于所述气缸可移动；以及

气体弹簧装置，用于使所述活塞头偏压远离所述第一气缸端，所述气体弹簧装置包括：

在所述第一气缸端和活塞头之间延伸的第一气体室，以及在活塞头和第二气缸端之间延伸的第二气体室，所述第一气体室和所述第二气体室具有基于所述活塞头在所述气缸中的位置的可变容积；以及

气体连接装置，所述气体连接装置将所述第一气体室流体地连接到所述第二气体室，并且配置成如果所述活塞相对于所述气缸移动，则使气体能够在所述第一气体室和所述第二气体室之间流动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述活塞头包括第一头表面和第二头表面，其中所述第一头表面具有大于所述第二头表面的表面积，使得所述气体弹簧装置中的加压气体将所述活塞头偏压远离所述第一气缸端。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括副头，所述副头安装在所述活塞杆内部以在所述副头和所述活塞头之间形成第一活塞室并且在所述副头和所述活塞杆的外活塞端之间形成第二活塞室。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括用于使所述活塞相对于所述气缸移动的致动器流体系统，所述致动器流体系统包括在所述活塞内部的至少一个流体室和至少一个流体泵，所述至少一个流体泵用于经由至少一个致动器导管将流体选择性地供应到所述至少一个流体室以使所述活塞相对于所述气缸移动。

5.根据权利要求4所述的装置，还包括副头，所述副头安装在所述活塞杆内部以在所述副头和所述活塞头之间形成第一活塞室并且在所述副头和所述活塞杆的外活塞端之间形成第二活塞室，其中所述至少一个流体室包括所述第一活塞室和所述第二活塞室，进一步地，其中所述至少一个致动器导管包括从所述第一活塞室延伸的第一致动器导管和从所述第二活塞室延伸的第二致动器导管。

6.根据权利要求5所述的装置，还包括流体锁定装置，所述流体锁定装置包括位于所述第一致动器导管中的止回阀和从所述第二致动器导管延伸到所述止回阀的止回阀先导导管，所述止回阀先导导管用于在所述第一致动器导管中的压力达到预设锁定压力值时打开所述止回阀。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二气体室在所述活塞的外部，并且从所述活塞头朝向所述第二气缸端在所述活塞杆和所述气缸壁之间延伸。

8.根据权利要求3所述的装置，其中所述第二气体室在所述活塞内部并且包括所述第一活塞室。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体连接装置包括延伸通过所述活塞头的至少一个气体通道。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体连接装置包括在所述第一气体室和所述第二气体室之间并且围绕所述活塞头延伸的至少一个气体导管。

11.根据权利要求1所述的装置，还包括储气装置，所述储气装置包括具有固定容积并流体地连接到至少一个气体室的至少一个储气罐，其中所述气体弹簧装置配置成在所述活塞相对于所述气缸移动时能够实现所述至少一个储气罐和所述至少一个气体室之间的打开流体连通。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括流体地连接到至少一个气体室的气体端口装置，所述气体端口装置包括用于选择性地控制气体流入所述至少一个气体室中的气体端口阀和用于安装至少一个气体供应罐的至少一个适配器。

13.一种操作机器的方法，所述机器包括作业工具和安装到所述作业工具的装置，所述装置包括：

气缸，所述气缸包括在第一气缸端和第二气缸端之间延伸的气缸壁；

活塞，所述活塞包括附接到活塞头的活塞杆，所述活塞头安装在所述气缸中；以及

气体弹簧装置，所述气体弹簧装置包括：

在所述第一气缸端和所述活塞头之间延伸的第一气体室，以及在所述活塞头和所述第二气缸端之间延伸的第二气体室；以及

气体连接装置，所述气体连接装置将所述第一气体室流体地连接到所述第二气体室，

其中所述方法包括：

通过所述气体弹簧装置中的气体使所述活塞头偏压远离所述第一气缸端；

移动所述活塞头，使得所述第一气体室和所述第二气体室在容积上变化，并且气体经由所述气体连接装置从所述第一气体室输送到所述第二气体室。

14.根据权利要求13所述的方法，包括通过向所述活塞和/或所述气缸施加力而使所述活塞头朝向所述第一气缸端移动，使得气体的压力增加，所述力包括所述作业工具的向下重力和/或由致动器施加的力。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括通过向所述活塞施加力而使所述活塞头朝向所述第二气缸端移动，所述力至少部分地由所述第一气体室中的气体施加到所述活塞头。

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