CN1129291A - 流体动力缸 - Google Patents

Abstract

一种双作用气动缸，借助可滑动地安装在活塞(4)纵向孔中的杆(19和23、24)，将一对密封件(20，21和27、28)安装在活塞(4)的两侧。在缸进气冲程开始时，杆(19)和其上的密封件(20、21)处于拉开的位置，当活塞离其进气冲程终端还隔开一段距离时就封闭住主排气口(13、14)。在进一步的进气冲程期间空气仅能通过辅助排气口(15′)排出，运动被缓冲。类似地在排气冲程离终端还有相当一段距离时，密封件(27，28)封闭住主排气口(13，14)，空气仅通过辅助排气口(15)排出，从而使其缓冲。

Description

流体动力缸

本发明涉及流体动力缸，尤其是气动缸，但不仅限于气动缸。

众所周知，当气动缸的运动接近冲程结束时，要让气动缸的运动减慢下来，或使其受到“缓冲”。这种缓冲的主要目的是防止损伤缸所驱动的负载，和/或避免缸体本身因活塞以高速碰撞缸体端部而可能发出的损坏。通常，缓冲仅在每个冲程结束前一小段期间起作用。然而，存在着这样的应用，它要求在整个延续长度范围内提供缓冲，但采用普通的缓冲技术这是不可能的或行不通的。本发明的目的是设计一种向流体动力缸(例如气动缸)提供延续缓冲的机构。

因此，按照本发明，提供一种流体动力缸，它包括一个带腔的缸体、一个在腔内可以沿纵向作往复运动且在其上固定有运动传递部件的活塞、位于腔一端的一个主流体排气通道和一个辅助流体排气通道、以及由该活塞携带的密封件，在活塞向上述腔端运动期间该密封件在预定阶段封闭住上述主排气通道，因而在活塞向上述腔端作进一步运动期间流体只能经辅助排气通道排出，于是对活塞向上述腔端的进一步运动起缓冲作用，其特征在于：活塞有纵向安装在其内的细长支承件，在细长支承件的一端固定支承着上述密封件，支承件和活塞可彼此沿纵向在两个位置之间相对滑动，在其中的第一位置密封件靠近活塞，而在第二位置密封件远离活塞，该动力缸还包括一个在活塞向上述腔端的初始运动之前或期间将支承件从上述第一位置移到上述第二位置的机构，在其进一步向上述腔端运动期间，活塞可以沿纵向相对于支承件作运动，直到达到上述第一位置，而密封件仍然是静止的，且封闭住主排气通道。

原则上，根据本发明构成的缸可以是单作用缸，也就是这样一种缸，它仅在一个方向提供动力冲程，而在相反方向是靠压缩弹簧返回的。然而更通常的，它是一种双作用缸，也就是说沿其运动的每个方向都提供动力冲程。下面说明书将涉及到一种双作用缸，这种缸的缸腔两端各有一个流体进口通道、一个主排气通道和一个辅助排气通道，因此，尽管在不太通常的情况下，这种结构可以仅在其冲程之一按照本发明的方法来缓冲，但其在每个冲程都可以有缓冲作用。正如常规情况，流体进口通道和主排气通道通常为同一个通道，它在特定时间所起的作用由实践中比较成熟的方向控制阀来加以控制。又如同在常规的缸中，运动传递部件可以是活塞杆或者所谓无活塞杆缸的传递部件。

正如上面指出的，腔两端通常会各有一个辅助排气通道，因此借助于设置另一个实现前述功能的密封件可以在每个动力冲程期间都得到缓冲。正如在普通的缓冲缸中，辅助排气通道的横截面面积比主排气通道小得多，并且就此排气通道的性质而言，最好装有可调的节流装置。

如同可明显看到的那样，在按照本发明构成的缸中，缓冲起作用的活塞冲程长度可以比一般设计中仅在每个冲程结束前局部起缓冲作用的冲程长度大得多。在许多应用中，延长缓冲程度很有用，例如气动操作的铁路客车门。

下面借助于具体实例并结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

图1是按本发明构成的双作用气动缸在其进气冲程期间的侧剖视图，其中主排气通道密封件是用机械和气动方式来操纵的；

图2是类似于图1的侧剖视图，但表示处于进气冲程结束时的气动缸；

图3是类似于图1和图2的侧剖视图，但表示在排气冲程时的气动缸；

图4至图6分别是类似于图1至图3的侧剖视图，但其中主排气通道密封件仅仅借助于压缩弹簧以机械方式来操纵的；

图7a和7b是分别说明另两个根据本发明构成的气动缸的示意侧剖视图。

首先参看图1，气动缸包括一个两端分别由端盖2和3封闭的缸体1。活塞4以轴向可滑动方式设置在缸体1的腔内，且有一个固定在其上的活塞杆5。在活塞4的外圆柱表面和缸体1的腔壁之间，借助于一系列位于活塞4上环形槽中的环形密封环6、7和8来形成气密密封。

活塞杆5延伸穿过端盖2上的孔9，孔9中配置了一个环形支承件10和一个环形密封件11。孔9的内端在12处加大，从而在活塞杆5周围形成一个环形通道13，该通道13与端盖2上带螺纹的主进气/排气口14相通。端盖2还有一个辅助排气通道15，它经可调的锥形节流螺钉16与环形通道13相通。

端盖3上类似地设置了相应的通道13′和15′、一个主进气/排气口14′以及一个可调的节流螺钉16′。

正如下面将要理解的，上述特征一般来说包括在传统的双作用缸中，这样的双作用缸在进气和排气冲程各自结束之前的部分冲程期间具有缓冲作用。然而，根据本发明，在每个冲程的整个延续期间提供了缓冲措施。尤其是，活塞杆5纵向空心部分同轴地安装一个缸17，在此缸内，密封地、且轴向可滑动地安装了一个小活塞18。活塞18与轴向延伸穿过活塞4的活塞杆19成一整体，活塞杆19远离活塞的那一端支承着一个密封件20。密封件20向前的斜角表面上带有一个0型密封圈21，该密封圈在气动缸的部分进气冲程期间封闭住通道13′。实际上，图1表示在进气冲程期间缓冲开始时密封件20的位置。

气动缸还包括一个环形导向件22，它以滑动配合方式设置在缸体1内。导向件22环绕包围着活塞杆19，有两根连结杆23和24的端部固定在导向件上，这两根连结杆以可密封滑动配合的方式穿过各自沿活塞4纵向上形成的孔25和26。连结杆23和24的另一端固定在密封件27上，该密封件27以滑动配合方式密封地安装在活塞杆5上。密封件27带有一个O形密封圈28。部件22、23、24、27和28的组合，就象部件17至21的组合在气动缸进气冲程期间所起作用一样，在气动缸排气冲程的延续期间提供了缓冲作用，这将在下面作比较详细的描述。

下面详细地研究一下图1，正如已提到的，图1表示在完成进气冲程期间的气动缸；可以看到，活塞19/密封件20处于完全拉开的位置。事实上，在前一排气冲程缓冲阶段也达到此位置(参见后面结合图3所作的描述)。为了实现进气冲程，压缩空气经过普通的方向控制阀(图中未画出)、口14和通道13进入缸的左腔29。同时，口14′借助于方向控制阀与大气相通，从而缸右腔30的空气可以经通道13′和口14′排出。出于后面将要说明的原因，在活塞杆5空心部分的壁上开有一个小的径向孔31，它经过该壁和缸17之间形成的环形通道32和缸17的开口端33与缸17相连通。此外，缸17的另一端经环形通道34′与活塞4上的通道34相通。

缸以其最大要求速度继续其进气冲程直到它最后实际上达到图1所示位置；到此之后，在标记有A的距离范围内进气冲程的缓冲开始起作用。那时，通往通道13′的主入口被密封件20所携带的密封圈21封住，在活塞4继续作进气冲程运动时，腔30中的空气仅仅经排气通道15′/节流螺钉16再通过口14′排出。因而活塞4的速度将取决于节流螺钉16′的调节情况而减小。缸则以缓冲方式完成其进气冲程，活塞4在活塞杆19上滑动，因而活塞18、活塞杆19和密封件20最后重现其完全缩回的位置。图2表示进气冲程结束时的缸，为清楚起见，省略了图中的附图标记。

在缸进气冲程缓冲阶段开始时，从图1可以看到导向件22紧靠端盖3的内表面，密封件27紧靠活塞4的左边表面，也就是说密封件27相对于活塞4处于完全缩回的位置。缸的前一排气冲程结束时将会达到这个位置。然而，在进气冲程缓冲阶段，活塞4在连结杆23、24上滑动，并且在该冲程结束时紧靠在决定进气冲程极限位置的导向件22上。于是，密封件27相对于活塞4达到其完全拉开的位置，为完成排气冲程作好准备。

再参看图3，它表示在排气冲程期间的缸，排气冲程由方向控制阀的换向来实现，从而压缩空气送到口14′，而口14变成与大气相通(排气)。最初，使密封件20轴向向左移动，压缩空气经通道13′完全流入腔30。因此，排气冲程以其最大要求速度进行，直到图3所示位置。在此位置，安装在密封件27上的O形密封圈封住通道13的主入口并且腔29中的空气仅能通过通道15和节流螺钉16排出。因此，排气冲程出现缓冲，并且在图3中标有A′的排气冲程剩余长度范围继续被缓冲，在此期间，活塞4在连结杆23和24上滑动，直到其靠近用作限制缸排气冲程的密封件27的内表面。在此同时，活塞18相对于缸17会呈现出图1所示的位置，即完全拉开的位置，为下一个进气冲程作好准备。

上面所描述的动作顺序适用于气动缸完全完成进气冲程和排气冲程的情况。然而，即使前一冲程未完全完成，后一冲程的延续缓冲也会发生。参看附图1，例如在图1所示位置，如果缸借助于方向控制阀的换向来完成排气冲程，腔30中的压缩空气会经通道34和34′进入缸17的右端，因而使活塞18向左运动，缸17左边的空气经孔31、腔29和口14排到大气中。活塞18的这种运动也会使密封件27同样完全向左运动，也就是说将密封件27带到其相对于活塞4完全拉开的位置。因此，这种特别的排气冲程有可能在整个长度A′范围内得到缓冲。

类似地，如果在转换成进气冲程之前排气冲程未完全完成，则由于腔29中的压缩空气经孔31进入缸17的左边部分，缸17右边的空气经通道34′、34′、腔30和口14′排出，密封件20将被带到相对于活塞4拉开的位置。因此，进气冲程有可能在整个长度A范围得到缓冲。

正如刚才所描述的那样，不管在从不完全进气冲程转换成排气冲程和反过来从不完全排气冲程转换成进气冲程时活塞4所处的位置，以气动方式使密封件20和27到达相对于活塞4位开的位置必然会发生。

如下面将要说明的那样，上述结构在缸每个冲程的延续长度范围内提供了缓冲作用。当然发出缓冲的冲程长度(A和A′)可以通过改变活塞杆19以及连结杆23和24的长度来改变，缓冲程度可以通过合适地调节节流螺钉16和16′来改变。

图4到图6描述了一个基本上与图1至3所示气动缸相同的双作用气动缸，但其中密封件20和27的位置调整仅仅以机械方式来控制。在图4和图6中，相应于图1和图3中的部件分别采用相同的附图标记。

首先参看图4，它表示在进气冲程期间缓冲开始时的缸，密封件20及其0型密封圈21安装在固定于导向件22上的塞形连接件35上。导向件22上固定着连结杆36的一端和管37的一端。连结杆36和管37的另一端分别与第二根管38和第二连结杆39以可伸缩的方式相连接在第二根管38和第二连结杆39远离导向件22的一端上安装了密封件27。管37和38可滑动地安装在活塞4上的孔40、41中。然而，管37相对于活塞4的向右运动和管38相对于活塞4的向左运动分别借助于其在37′和38′处的嗽叭形管端来加以限制。

每根管37、38内分别装有以及每根连接杆36、39分别围绕着相同的压缩弹簧42、43、44和45。弹簧43和44的相邻端紧靠在一个圆筒形隔套46上，该隔套46可滑动地安装在连接杆36上和管38中；而弹簧42和45的相邻端紧靠在一个同样的隔套47上，该隔套47可滑动地安装在连结杆39上和管37中。

在图4所示的位置，两密封件20和27都被压缩弹簧42至45推到它们完全拉开的位置，尤其是密封件20/密封圈21封住通道13′的主入口。在继续向腔29供给压缩空气时，活塞4在有标记A的距离范围内以缓冲方式继续其进气冲程，从而连结杆36和39各自完全缩入到管38和37中，并且弹簧42和45受到同等的压缩。图5表示进气冲程结束时的缸，为清楚起见省略了附图标记。

图6表示在排气站程期间缓冲开始时的结构。在这里可看到，密封件20和27两者与图4中一样都处于完全拉开的位置，但在继续向腔30供给压缩空气时，活塞4在距离A′范围内以缓冲方式继续其排气冲程，于是连结杆36和39再次分别完全缩入到管38和37中，且弹簧42和45受到同等的压缩。

相应地，在缸每个冲程的延续长度(A或A′)的范围内再次提供了缓冲，这可以通过改变管37和38以及连结杆36和39的长度来改变。

正如将要说明的那样，对图4至图6的实施方式，即使前一冲程未完成，也为下一冲程提供了延续的缓冲作用。这个特点象图1至3的实施方式情况一样，对于用本发明的缸来驱动铁路客车门来说是很有用的，在那里，由于关门时乘客的阻挡会使门重新打开，而且一旦乘客离开门就关闭。

图7a和7b描述了特别适用于任何公知的所谓无活塞杆缸中的延续缓冲结构，对于这种无活塞杆缸读者可参阅欧洲专利说明书No.68088和69199中所描述和所要求保护的无活塞杆缸。

参看图7a和7b，无活塞杆缸包括一个细长的空心缸体1，例如用铝挤压而成，缸体1两端由端盖2和3封闭。端盖2和3各自带有通道4和5，通道4和5在其出口端分别在6和7处车有螺纹，以便与方向控制阀(图中示画出)相连接，这与传统的一样。通道4和5的内端分别终止在构成主进气/排气口的加大喇叭型口8和9处。

每个端盖2和3也分别带有辅助排气通道10和11，该辅助排气通道上设置了一个固定的、或如图所示可调节的节流阀。

空心缸体1构成一个缸腔，其中以可滑动方式安装了一个主活塞组件12，主活塞组件上固定着一个运动传递部件13。该运动传递部件13从开在缸体1上、沿缸体1整个长度方向上延伸的、密封的槽中伸出。这种型式无活塞杆缸的结构和操作的进一步详细情况可以查阅到，例如可从上述欧洲专利说明书中查找到。

主活塞组件12将缸腔分隔成右腔14和左腔15，借助于方向控制阀交替地向右腔14和左腔15送入压缩空气，以使缸动作并使其完成往复冲程。

主活塞组件12上开有轴向孔16，孔内可滑动地安装了一根杆(或管)17。O型密封圈18和19设置在孔的两端，不仅提供流体密封，而且还以摩擦方式啮合住杆17。

杆17的两端分别装有密封件20、21，它们各有一个支承O型密封圈22、23的锥形表面。

可滑动的杆/密封件构成的组件可用来使缸冲程在其延续长度范围内起缓冲作用，下面将对此作更详细的描述。

首先研究图7a，它表示向右冲程结束时的无活塞杆缸，其中可以看到，密封件21密封地与喇叭形口9相啮合，而主活塞组件12紧靠密封件21。在另一边，可以看到密封件20位于远离主活塞组件12的位置，相隔距离A。为使活塞组件12以及运动传递部件13完成向左的冲程，压缩空气经方向控制阀、通道5和喇叭形口9送入腔14。与此同时，腔15经喇叭形口8、通道4和方向控制阀与大气相通(排气)。在密封件21移动而离开喇叭形口9后，活塞组件12运动到图7b所示位置并携带着杆17/密封件20、21随同它一起进到同样的相对位置。

在图7b所示位置，可以看到密封件20/O型密封圈22此时密封地与喇叭形口8相啮合，于是封闭主排气通路。然而，在活塞组件12继续运动时，腔15内的空气经轴向排气通道10连续排出，但速度大大减小。相应地，活塞组件12的速度显著地减小，也就是说，在距离A范围运动被缓冲。在活塞组件12这样继续作缓冲运动时，它在杆17上滑动，直到它紧靠密封件20，因而到达向左冲程的终点。此时，密封件21将处于远离活塞组件12的位置，为无活塞杆缸在下一个向右冲程期间再提供一个长度A范围内的缓冲，下一个向右冲程是用通常方式使方向控制阀换向来实现。

因此，借助这种很简单的结构提供了延续的缓冲，而且每个冲程中缓冲起作用的长度A可以按要求简单地通过改变杆17的长度来改变。

正如图1到6专门描述的实施例一样，即使其前一冲程未完全完成，此冲程期间在整个长度A或A′上仍然发生缓冲。于是，即使说向左冲程未完全完成，在下一个向右冲程开始的同时，杆17由于其两侧所受的压差会完全向右运动，直到密封件20紧靠主活塞组件12的左侧表面。

Claims (7)

1.一种流体动力缸，包括一个带腔的缸体、一个在腔内可沿纵向作往复运动且在其上固定有运动传递部件的活塞、位于腔一端的一个主流体排气通道和一个辅助流体排气通道、以及由该活塞携带的密封件，在活塞向上述腔端运动期间该密封件在预定阶段封闭住上述主排气通道，因而在活塞向上述腔端作进一步运动期间流体只能经辅助排气通道排出；于是对活塞向上述腔端的进一步运动起缓冲作用，其特征在于：活塞有纵向安装在其内的细长支撑件，在细长支承件的一端固定支承着上述密封件，支承件和活塞可彼此沿纵向在两个位置之间相对滑动，在其中的第一位置密封件靠近活塞，而在第二位置密封件远离活塞；该动力缸还包括一个在活塞向上述腔端的初始运动之前或期间将支承件从上述第一位置移到上述第二位置的机构，在其进一步向上述腔端运动期间，活塞可以沿纵向相对于支承件作运动，直到达到上述第一位置，而密封件仍然是静止的，封闭住主排气通道。

2.按照权利要求1所述的流体动力缸，其特征在于：运动传递部件是从活塞的一侧沿缸体轴向延伸的活塞杆，上述密封件位于活塞的另一侧，细长支承件轴向穿过活塞延伸，其另一端可滑动地并且密封地安装在活塞杆的轴向孔内，动力缸还包括把加压操作流体从缸体的腔输送到活塞杆轴向孔的流体供给通道，因而由于上述操作流体对上述位于活塞杆轴向孔内的支承件另一端的作用使上述细长支承件和上述密封件移动到上述第二位置。

3.按照权利要求2所述的流体动力缸，其特征在于：活塞的双向运动都能发生前述的缓冲，该动力缸在上述活塞一侧还有另一个密封件，其固定在另外的细长支承件的一端，该细长支承件纵向可滑动地安装在活塞上，上述另外的支承件/另一个密封件在活塞向缸体另一端的初始运动之前或期间可在两个位置之间运动，在其中第一个位置另一个密封件靠近活塞，而在第二位置另一个密封件远离活塞。

4.按照权利要求3所述的流体动力缸，其特征在于：上述另外的支承件/另一个密封件，借助于活塞向上述一端运动期间活塞相对于其作运动，或者借助在将流体压力供给到活塞杆内轴向孔而引起其余的支承件/密封件从其第二位置移动到第一位置时随其余支承件/密封件一起动作，可以在其第一和第二位置之间运动。

5.按照权利要求1所述的流体动力缸，其特征在于：细长支承件/密封件被一个或多个压缩弹簧推到上述第二位置。

6.按照权利要求5所述的流体动力缸，其特征在于：活塞的双向运动都能发生前述的缓冲，该动力缸包括各自配置在活塞两侧的细长支承件/密封件，上述各自的细长支承件彼此可伸缩地相互连接，并且借助于上述压缩弹簧推向或推入它们各自的第二位置。

7.按照权利要求1所述的流体动力缸，它是无活塞杆型缸，活塞的双向运动都发生前述缓冲，其特征在于：细长支承件包括轴向密封地延伸完全穿过活塞并超过活塞两侧的杆或管，在此杆或管的两端分别固定支承着上述密封件。

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