CN1234856A - 减少气动机械内压缩空气消耗的装置 - Google Patents

Abstract

一种活塞－气缸式往复型气动机械,提供从工作室(5)启动的强有力的主要动程和从回行室(7)启动的弱返回动程或者一次或多次次要的逐渐减弱的动程,设有一阀(19)提供不同功能步骤。其中所述的阀(19)封装于所述气缸(1)的一端并包含一个给工作室(5)施压的进气道(18),一个于工作室(5)受压的同时让回行室(7)排气的旁路气道和一个在入口和出口为所述阀所堵的同时把工作室(5)与回行室(7)连接起来从而使所述两室(5、7)压力平衡的旁路气道;所述回行室(7)通过穿过气缸壁轴向延伸的孔(44)与气缸端部的所述阀相联通。

Description

减少气动机械内压缩空气消耗的装置

本发明涉及有效地使用往复式气动机械内的压缩空气的装置，特别是有效地使用那种有强的主要工作动程和较弱的返回动程或有一个或多个逐步减弱的二次动程的往复式气动机械内的压缩空气的装置。此种机械需要在其一个方向的动程的压缩空气压力比其相反方向动程的强些。

本发明对于一般被称为活塞气缸式的轴向工作气动机械和往复式回转机械都有用。

在许多种可以称为“单动”气缸的活塞-气缸气动机械里，压缩空气只用于动程的一个方向，即用于发动机的所谓的工作冲程，而返回冲程是在复位弹簧的作用下完成的，此时气缸在其前述工作侧则要排出压缩空气。这样就免不了会有几个不同的缺点和问题：-活塞的复位是通过复位弹簧完成的，为了使活塞复位成为可

能，就要除去工作室的压力，而这至今都是通过把做功的工作

室与外界开通完成的，这样，存留于工作室的压缩空气就损失

了；-复位弹簧在活塞的工作冲程内受压，就需要加上超过其弹力的

动力，而这一弹力必须加到活塞工作所必要的压缩空气的动力

上；-工作室在改变方向的一刻之前是受压的，压缩空气在从其内排出

时，会产生被认为烦人的劈劈啪啪的压缩空气冲击声；-工作室向外界开放的时候，活塞为强力制动所阻，这种受阻会导

致在活塞工作冲程内致动的装置内发生强烈位移。

能量损失的多少既决定于活塞工作冲程结束时的压缩空气排出量又决定于克服复位弹簧反作用力所需压缩空气的量，有这种能量损失就需要提供更多的压缩空气，从而要付出相当大的代价。

本发明的目的是消除提供强有力工作冲程和较弱返回冲程的往复式气动机械的上述不足和缺点。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种活塞-气缸式往复型气动机械，通过工作室启动强有力的主要动程和回行室启动弱的返回动程或一个或多个逐步减弱的动程而有效使用压缩空气，其中，主要动程要求的压缩空气的力量比返回动程要求的大些，所述的气动机械包含：一个在气缸内运行并划分出工作室和回行室的活塞；一个设有三个或三个以上提供不同的功能步骤的位置的阀，所述阀在其第一位置使工作室受全部压力的压迫并使回行室排气，在其第二位置使工作室和回行室之间的压力平衡，在其第三位置通过使工作室排气而又使回行室维持平衡压力而实施返回冲程，其特征在于：所述阀封装于气缸的一端内；所述阀包含用于对工作室施压的第一装置，用于使回行室排气的同时工作室受压的第二装置，用于连接工作室和回行室从而在入口和出口为阀门活塞所堵的同时使所述两室压力平衡的第三装置；所述回行室通过穿过气缸壁轴向延伸的孔而与气缸端部的阀联通。

也可以把与上述原则相同的原则用于多个步骤中，使两个活塞室之间的压力平衡在两个或两个以上按顺序安排的步骤做到，如图2a-2g中所示意说明的七步法中，其中第一次压力平衡和其后的前述工作室的释荷的形成是在第一步骤(图2b)，在第一工作冲程的末尾，其后是在第二步骤(图d)，在第一返回冲程的末尾形成的，再其后是在第三步骤(图2f)由在第二工作冲程末尾已减弱的力形成的。因此工作冲程在四个反复步骤中实施：第一步骤为全压力，第二步骤(第一返回步骤)为大约50％的压力，第三步骤(第二工作步骤)仅为大约25％的压力，第四步骤(第二返回步骤)为大约12.5％的压力。

现在参照附图对本发明作更为详细的说明，附图中：

图1a-1c以示意的方法显示本发明的包括返回冲程前的压力平衡在内的三步法。

图2a-2g相应显示包含三个顺序的压力平衡步骤2b、2d、2f的七步法。

图3所绘的是说明图1和图2的标记。

图4显示的是本发明的具有精确表示活塞在气缸内位置的装置的活塞-气缸组件。

图5显示的是适合使用图1和图2中方法的活塞-气缸组件的轴向剖面。

图6是沿图5的Ⅵ-Ⅵ线的放大剖面图。

图7是图5的活塞左边部分的放大图。

图8是沿图5的Ⅷ-Ⅷ线的剖面图。

图9是用于根据本发明的气动机械并安装于活塞-气缸组件一端的阀结构的示意图。

图10a-10d显示的是图9的阀的四个不同的功能位置。

图11、12和13显示的是本发明的活塞-气缸组件阀装置的代替的实施例在三个不同功能位置上的详细情况，该阀装置同样也安装于活塞-气缸组件的一端。

图1a-1c显示的是一种气动机械，包括其中的活塞2可以移动的气缸1。活塞有从气缸伸出的活塞杆3。气缸设有一个供压缩空气进入气动机械的工作室5之用的连接装置4和通到其回行室7的第二连接装置6。这两个连接装置4和6连接于能采取三种不同功能位置的级阀8，这些功能位置分别显示于图1a-1c。阀8照例与压缩空气源相联。此阀可以是线型的，不过此阀在图中显示为回转阀。很明显，根据图1a内的位置工作室处于全压状态，而回行室则处于排气状态。

活塞2在接近工作冲程的终止位置时，阀8旋转120度到达图1b中所示的位置。在此位置，压缩空气的供应中断，工作室5和回行室7通过分路气道9互相连接，因此这两个室的空气压力平衡。可以大致地说，这两个室5和7的压力分配为各占50％。

紧随压力平衡之后，所述阀再旋转120度到达图1c的位置，这样，工作室的空气被排出。回行室内的压缩空气的压力仍然存在。所述压力完全足以迫使活塞2回到其初始位置。因此，返回冲程只通过回行室内存在的降低了的压力就完成了。

在图2a-2g中，显示了一种替换的方法。根据这种方法，阀8’设为七步阀。工作室5和回行室7之间的压力平衡的功能，基本上与图1a-1c所示的相同，但是这种功能包含三个顺序的压力平衡步骤，分别显示于图2b(大约50％)、图2d(大约25％)和图2f(大约12.5％)。

在图2a中，活塞2在第一工作冲程中为在工作室5内的全部压力所压；在图2b中，在工作室5和回行室7之间形成第一压力平衡；在图2c中，显示的是通过回行室7内仍存在的大约50％的压力完成的第一回程；在图2d中，以大约25％的压力取得第二压力平衡；在图2e中，通过仍存在于工作室5内的25％的空气压力完成第二工作冲程或减震冲程；在图2f中，以原始压力的大约12.5％获得第三压力平衡；在图2g中，通过当时存在的大为减少了的空气压力完成第二返回冲程。

重要的是所述活塞在转为实施其返回冲程之前或开始其工作冲程之前，分别精确地移动预定的距离。为此目的，在图4内所显示的活塞-气缸组件设有活塞定位装置，直接连接于级阀8的步进进给装置(图4内未显示)。在此例中，气缸1设成具有8个星角10的星形，所有星角内都有轴向贯通的孔11。所述孔中的4个用于贯装螺杆，其余的一个或多个孔用于沿气缸的轴向输送压缩空气，特别是图5内所示的那种气缸，在那种情况下，在气动机械的一端只有一个供压缩空气之用的连接装置。图4内所示的气缸的右端有一个供活塞杆3用的端孔，该孔也设有一个空腔13，回行室7就通过它与最上方的气孔连通。气缸的左端14也有一个相应的空腔15，气缸就是通过它与孔11连通的。

为了准确显示活塞2的位置，在活塞2的两端之间连接一条纵向延伸的加强带16，例如，齿条带，而且该带还延伸通过气缸两端12和14的带轮17。所述带穿过气缸1的孔11中的一个，受到很好的保护。带轮17中的一个可能是齿轮，安装在其自由端有定位装置的轴上，所述定位装置有许多能为图4中标示为从左端14伸出的读数销的位置读出器所阅读的杆、磁码点或类似的标志。因此所述位置读出器能很精确地给出活塞的位置，如上所述，它还可以连接到阀上，因而使活塞在气缸内很精确的位置转变方向。

图5中所示的活塞-气缸组件只在其一端有压缩空气连接装置18，它进入气缸的左端部，而在该端部内又安装了一个多步阀。所述阀可以是图9和图10内所示的那种类型的。压缩空气通过气缸的轴向孔中的一个并穿过气缸的内缸壁上的横孔20进入工作室5。所述轴向孔是封闭的，从而防止了空气从其中逸出。所述轴向孔中的另一个44设成回行室7与阀19之间的连接装置，所述轴向孔还在气缸的左端通过一个气道或孔21和阀19相连。所述轴向孔44在其右端通过气缸内壁上的横孔22和回行室7相连。在所示之情形下，所述气动机械可以通过唯一的压缩空气连接装置18而工作，这使这种气动机械有可能在那些迄今常常无法使用气动机械的狭窄地方使用。

如图5所示，所述活塞在气缸内的两端设有与气缸端部的减震腔共同起作用的减震活塞。

位于图5的活塞-气缸组件左端的旋转阀19将参照图9作详细的说明。所述阀是一种用来控制根据本发明的单动式气动机械(无需使用复位弹簧或其它类似形式的装置)的功能的特殊功能阀23。

阀23最好安装于气缸的一端，并设有两个阀碟，即固定安装的下阀碟24和由销26操纵的可在固定阀碟24上旋转的上阀碟25。固定阀碟24设有4个连接装置：压缩空气连接装置27；排气连接装置28；通到气缸的工作室的连接装置29；通到气缸的回行室的连接装置30。上阀碟25同样也设有与下阀碟24相同的4个连接装置31、32、33和34。在连接装置31和32之间有第一旁路气道35，在连接装置33和34之间有第二旁路气道36。压缩空气连接装置27设有只允许空气流入所述连接装置27的单向阀37。在旁路气道35内也有一个只允许空气从连接装置31流向装置32的单向阀38；在旁路气道36内同样也有只允许空气从连接装置33流向装置34的单向阀39；另外，在下阀碟24的通工作室的连接装置29和上阀碟25的连接装置31之间也有第一旁路气道40，在连接装置28和32之间也有第二旁路气道41。

所述阀使得平衡的压力可以用作活塞返回冲程的动力。

在图9中，阀23显示为处于关闭位置。压缩空气连接装置27是关闭的，回行室连接装置也是关闭的，而通工作室的连接装置29则通过气道29-40-38-41-28排气。

图10a显示的是气缸的工作冲程，在此情况下，上阀碟25转过45度。通过连接装置27-33-39-34-29把压缩空气供到工作室，而回行室则通过30-31-35-32-28排气。

图10b显示的是一个中间位置，在此位置上，上阀碟25对下阀碟24而言，暂时转过了90度。活塞在气缸室内的运动靠空气的可压缩性和通过例如图5所示的阻尼活塞而减弱。

图10c显示的是上阀碟25又转了45度(总共135度)的位置，在此位置上，气缸的室5和室7的压力通过29-33-36-30-34而平衡。压缩空气连接装置28为单向阀38所关闭。

在图10d中，因为工作室5通过29-40-31-35-32-41-28排气而完成返回冲程。因而整个工作循环结束，新循环根据图10a-10d开始。

气缸可以如图11-图13内所示的那样设成在其一端内封装有一个轴向操作阀作为上面说明的分步旋转阀的一种替代。在这种情况下气缸还设有一个唯一的单压缩空气连接装置42，而活塞-气缸组件则在装置的一端45内封设了一个阀，此阀分别连接和断开压缩空气。

图11-图13是通过其工作室5驱动强有力的工作冲程，其回行室驱动较弱的返回冲程的活塞-气缸组件一端的局部轴向截面图。在所绘装置中，压缩空气入口42和压缩空气出口43都设于气缸的同一端。气流从工作室5经过气缸的轴向孔44流到回行室7。该气缸端45设有阀门活塞46和既允许通过入口42向工作室5供应压缩空气又允许回行室7通过出口43排气的一组气道47、48。

气缸端45设有把压缩空气人口42连接到工作室5的第一气道47和通过气缸的孔44把回行室7连接到出口43的第二气道48。阀门活塞46可在气缸端的阀门室49内滑动，而且所述阀门活塞还可以处在两个主要位置，即图11中所示的压气位置和图13中所示的排气位置。所述阀门活塞由弹簧50压到未加压位置。此阀门活塞还在其中部设有如图12内所示的把工作室5与回行室7互相连接起来的横向气道51，因而，所述两室5和7的压力平衡。在所述中间位置阀门活塞46堵住压力气道47。阀门活塞在其回程只在这个中间位置占非常短的时间。阀门活塞46还设有在其受压状态下允许回行室7排气的旁路气道52。

在图11中，压缩空气入口42显示为受压状态，因此压缩空气把阀门活塞46推到右边(如附图所示)，从而压缩空气供应到工作室5；与此同时回行室7通过气缸的孔44和旁路气道52而排气，工作活塞在工作冲程内，可以自由地向右侧移动(如图11所示)。

在工作活塞2达到其实际最终位置时，(例如从图4相关的说明中提到的位置读出器)获得一个信号，该信号会停止向入口42供应压缩空气。因而弹簧40把阀门活塞6推回到其初始位置(左边)。在活塞46向左移动时，横向气道51在一个很短的时间内如图12内所示把工作室5和回行室7连接起来。因而工作室5内的空气压力与回行室7的空气压力通过横向气道51和气缸的孔44而平衡。在此位置上，入口42和出口43都为阀门活塞46所堵塞。

阀门活塞46回到图11内所示的初始位置(左边)时，工作室5内的空气通过气道47、横向气道51和出口43排出。仍然存在于回行室7内的“平衡”压力足以缓和地启动工作活塞2回到其邻近气缸端45的初始位置的返回动程。这样，整个工作周期就结束了。

Claims (10)

1、一种活塞-气缸式往复型气动机械，通过工作室(5)启动强有力的主要动程和回行室(7)启动弱的返回动程或一个或多个逐步减弱的动程而有效使用压缩空气，其中，主要动程要求的压缩空气的力量比返回动程要求的大些，所述的气动机械包含：一个在气缸(1)内运行并划分出工作室(5)和回行室(7)的活塞(2)；一个设有三个或三个以上提供不同的功能步骤的位置的阀(8、8’、23)，所述阀在其第一位置使工作室(5)受全部压力的压迫并使回行室(7)排气，在其第二位置使工作室(5)和回行室(7)之间的压力平衡，在其第三位置通过使工作室排气而又使回行室维持平衡压力而实施返回冲程，其特征在于：

所述阀封装于气缸(1)的一端内；

所述阀包含用于对工作室施压的第一装置(27、47)，用于使回行室排气的同时工作室受压(39、47)的第二装置(35、52)，用于连接工作室(5)和回行室(7)从而在入口(27、42)和出口(28、43)为阀门活塞(25、46)所堵的同时使所述两室(5、7)压力平衡的第三装置(36、51)；

所述回行室(7)通过穿过气缸壁轴向延伸的孔(44)而与气缸端部的阀(19、45)联通。

2、根据权利要求1的气动机械，其特征还有：所述第一装置是所述阀处于一个位置时直接与工作室(5)相联的进气道(27、47)；所述第二装置是阀门活塞(46)中把回行室(7)和外部空间相联的旁路气道(35、52)；所述第三装置是所述阀门活塞(46)位于中间位置时把工作室(5)和回行室(7)连接起来的横向气道(36、51)。

3、根据权利要求1或2的气动机械，其特征还在于所述阀(19、45)有一个与具有把所述压缩空气与所述阀(19、45)分别连接和断开的装置的压缩空气源相联的压缩空气进口(18、27、42)。

4、根据上述权利要求中的任一项的气动机械，其特征还在于所述阀(8’、19、23)具有提供多功能的多个位置，从而在多个步骤中通过交替地启动工作室(5)和回行室(7)而降低压力。

5、根据上述权利要求中的任一项的气动机械，其特征在于所述阀包含两个互相重叠放置的阀碟(24、25)，其中有一个是具有提供压缩空气的连接装置(18、27)和使工作室(5)和回行室(7)排气的连接装置(21、28)以及分别连接工作室(5)和回行室(7)的连接装置(29、30、47、48)的固定阀碟(24)。

6、根据权利要求5的气动机械，其特征在于具有所述连接装置的所述的阀碟(24)是固定的并与具有两对连接装置(31、32；33、34)而且所述各对连接装置之间还各延伸着具有单向阀(38、39)的旁路气道(35、36)的旋转阀碟(25)相配合。

7、根据权利要求5或6的气动机械，其特征在于在所述的两个阀碟(24、25)之间有旁路气道(40、41)，供旋转阀碟(25)在中间位置时气动机械的工作室(5)排气之用。

8、根据上述权利要求中任一项的气动机械，其特征在于：所述阀是一种包含可在阀室内滑动并有用于实施气动机械各种功能的一组气道(47、48、51、52)的阀门活塞(46)的自动运行阀；所述阀门活塞(46)在工作冲程中为压缩空气所启动，而它在返回冲程中返回堵塞位置则是弹簧(50)所推动的。

9、根据上述权利要求中任一项的气动机械，其特征在于所述机械有一个在气动机械的两个冲程的精确设定位置发出信号的定位装置(16)，所述信号使所述阀的位置改变，进行工作冲程、压力平衡和返回冲程。

10、根据上述权利要求中任一项的气动机械，其特征在于所述机械设有单一的提供压力的连接装置(18、42)和单一的排气连接装置(28、43)，这两种装置都设于气缸的一端。

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