CN1316166C

CN1316166C - 主动缸

Info

Publication number: CN1316166C
Application number: CNB028253914A
Authority: CN
Inventors: 蒂莫·蒂卡宁
Original assignee: Allah Marin Jett Co Ltd
Current assignee: Allah Marin Jett Co Ltd; Alamarin Jet Oy
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: CN1604994A; EP1470336A2; NZ533146A; WO2003058095A2; AU2002352300A8; US6968771B2; NO20042136L; AU2002352300A1; US20050000350A1; WO2003058095A3; FI20025035A0

Abstract

本发明涉及一种主动缸，该主动缸通过被操作杆(11)控制的控制阀(10)进行操作。该主动缸包括：一个缸筒(13)以及一个活塞(14)；一个伸出缸筒(13)外的活塞杆(15)。一个与活塞杆相连接的检测元件(18)，它的旋转角度对应于活塞(14)的当前位置；控制阀(10)包括一个可旋转地支撑的滑动结构(39)，检测元件(18)连接在该滑动结构(39)上，从而当活塞(14)在一个根据操作杆(11)的位置时，可以旋转滑动结构(39)到一个自由循环位置上，控制阀(10)还包括连接件(24，25)，在连接件之间设有一个流通通道(40)。滑动结构还包括一个关闭所述流通通道(40)的部件(27)。

Description

主动缸

技术领域

本发明涉及一种主动缸。

背景技术

通常，液压和气压主动缸被设计成以这样的一种方式进行使用，即主动缸的活塞从一个端部位置向另一个端部位置移动。换句话说，最重要的方面是通过主动缸产生有效的移动，它的位置是第二重要。因此主动缸通过一单个的控制阀进行操作，该阀是一个机械或者电气方向控制阀。然而，控制阀的操作杆必须在整个时间中保持旋转，直到活塞到达所需的位置。此外，用于转向的主动缸非常小，以至于即使操作杆一个很小的移动都会使活塞快速移动很长的一段距离。这使得当突然移动时转向的急动可能损坏连接在主动缸上的结构。此外，因为操作杆较小的移动，控制阀必须靠近操作杆安装。这需要在主动缸和控制阀之间设置软管。此外，当使用传统的控制阀时，活塞的位置不能被预先限定。

尤其是在转向应用中，建立在气垫或者电动机基础上的设备可以进行改进，其中操作杆可以直接转动到所需的位置上。然而，这些设备是复杂的并且它们在例如水上运输的装置上的应用尤其需要防水保护。此外，所知的设备是较慢的并且需要大量的能量。

US3915070公开了一种主动缸，其中具有一个指示活塞位置的检测元件。在公开的主动缸中，活塞的纵向移动转换成检测元件的旋转运动，该检测元件显示了活塞相对于缸筒的位置。同样在该例子中，主动缸通过一个传统的控制阀进行控制，以至于不考虑检测元件，当在转向中应用时主动缸在脉动(jerk)中移动。此外，当连接在检测元件上的指示器位于主动缸的一个端部时，或者至少靠近端部时，研究转向中的位置数据非常的困难。

US4475440公开了一种主动缸，一个控制阀设置成与主动缸相连接。在机车中尤其利用一种转向机。在控制阀中，具有一个特殊的滑动结构，检测元件通过一个人字齿轮连接在其上。因此，当活塞到达由转向轮决定的位置时，滑动结构通过检测元件的导向相应地旋转到中间位置。

上述的主动缸较大并且包含许多复杂的部件。此外，控制阀是一个实际缸筒的延伸部并且包括许多加工较困难的部件。此外，控制阀的主体具有许多必须加工的通道，这使得主动缸的制造变得复杂。此外，检测元件具有多个部件并且检测元件必须用一个轴承稳固地安装在缸筒上。由于多个通道以及复杂的部件，液压介质的流动阻力较高。此外，在滑动结构的中间位置上，液压在活塞的两侧释放。换句话说，主动缸缺少所谓的保持特征，以至于外力可以影响活塞的位置。

发明内容

本发明提供了一种主动缸，用于连接在一个液压介质系统上并且通过被操作杆控制的控制阀进行操作，所述控制阀设置成与主动缸相连接，并且该主动缸包括：一个缸筒以及一个密封并设置成可以在该缸筒内移动的活塞；一个连接在活塞上的活塞杆，该活塞杆的一个端部伸出缸筒外；一个与活塞杆相连接的检测元件，该检测元件设置成可以以这样的一种方式围绕它的纵轴线旋转，即它的旋转角度对应于活塞相对于缸筒的当前位置；以及根据控制阀的位置，把液压介质导向活塞的通道和孔；其中主动缸的所述控制阀包括一个可旋转地支撑并多部件同轴滑动的滑动结构，检测元件连接在该滑动结构上，从而当活塞位于与操作杆相对应的位置时，可以旋转滑动结构到一个自由循环位置上，并且为了把主动缸连接在液压介质系统上，控制阀包括两个连接件，在所述两个连接件之间设置有一个流通通道，并且滑动结构还包括一个关闭所述流通通道的部件，其特征在于，滑动结构具有一个包括一个外导向件、一个滑块以及内部导向件的三部分结构，外导向件和内部导向件互相连接在一起，并且当流通通道穿过滑块时，形成关闭所述流通通道的所述部件的滑块连接在检测元件上。

本发明用于产生一种新的主动缸，该主动缸可以比以往的主动缸更加容易和精确地控制，但是结构简单并且在操作中更加可靠。本发明的特征在附属的权利要求中进行了描述。在根据本发明的主动缸中，控制阀以这样的一种方式设置，即活塞精确地移动到控制阀的操作杆所示的位置。此外，一旦活塞最终到达操作杆所示的位置时操作杆可以独立于活塞的位置移动。因此，主动缸尤其适于作为一个转向缸使用，允许获得精确和平滑的转向。此外，控制阀优选地设置成与主动缸相连接，这进一步简化了整个安装的结构。此外，控制阀的尺寸很小但是结构坚固。此外，新的结构意味着流动损伤非常的小，尤其是当控制阀在自由循环位置时。主动缸尤其适于水上运输装置，因为主动缸的控制阀的操作全部是机械的，没有电子部件。这同样降低了主动缸维护的需要以及提高了主动缸的操作可靠性。此外，当缸筒作为控制阀的部件时，主动缸非常紧凑。

附图说明

下面，本发明将参照显示了本发明一个实施例的附图进行详细的说明，其中：

图1示出了根据本发明的主动缸的剖视图，

图2a示出了主动缸在图1中的A-A面上的剖视图，

图2b示出了主动缸在图1中的B-B面上的剖视图，

图2c示出了主动缸在图1中的C-C面上的剖视图，

图3a示出了主动缸在图1中的D-D面上的剖视图，

图3b示出了主动缸在图1中的E-E面上的剖视图，

图3c示出了主动缸在图1中的F-F面上的剖视图，

图4a示出了当操作杆旋转时，主动缸在图1中的A-A面上的剖视图，

图4b示出了当操作杆旋转时，主动缸在图1中的B-B面上的剖视图，

图4c示出了当操作杆旋转时，主动缸在图1中的C-C面上的剖视图，

图5示出了当活塞位于端部位置之间时，根据本发明的主动缸的剖视图，

图6a示出了根据本发明的主动缸的部件的分解透视图，

图6b示出了具有安装好的部件的图6a中的主动缸，以及

图7示出了图6a的一个局部放大图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的主动缸的剖视图。与图示的不同，根据实际情况的需要主动缸、此后简称为气缸可以安装在任何位置上。根据本发明的气缸尤其是作为一个转向缸，其精确度和简单的操作优先于高的动力。然而，虽然具有较小的尺寸，气缸的使用可以获得较高的动力，同时还比现有的设备可以获得更快但是更精确的移动。在另一个方面，气缸的动力可以简单地增大，例如，通过增大气缸的尺寸和容量。

气缸连接在一个液压介质系统上，在实际中该系统可以为一个气动系统或者为一个水力系统(没有显示)。气缸通过一个控制阀10进行操作，该控制阀相应地通过一个操作杆11进行控制。根据附图，在操作杆11上具有用于连接的适当的连接点12，例如，枢转点，从而传递操纵需要，例如从一个操纵轮到控制阀。一个测试应用是用于喷射滑雪橇(jet ski)上的控制缸，根据本发明的气缸非常地适合。气缸的主要部件包括一个缸筒13以及一个密封并可以在缸筒中移动的活塞14。在图1中，活塞14示出在一个端部位置。此外，一个延伸出缸筒13的活塞杆15连接在活塞14上。当其它的部件保持静止时，活塞杆与活塞是可以在气缸的纵向方向上移动的部件。因此，活塞杆连接在可以移动的结构上，例如，前面所述的操纵臂上(没有显示)。

活塞14和它的活塞杆15具有适当的密封16和17从而阻止液压介质的泄漏。此外，一个检测元件18与活塞杆保持连接。检测元件设置成可以相对于它的纵向轴线以这样的一种方式旋转，即旋转的角度对应于活塞相对于缸筒的当前位置。检测元件的操作，以及根据控制阀的位置用于把液压介质导向活塞的连接件将在下面进行详细的描述。

根据本发明，控制阀设置成与气缸相连接。此外，控制阀10包括一个旋转支撑的、多部件同轴滑动的结构39，并且当活塞14位于与操作杆11相对应的位置时，检测元件18连接在该结构上从而可以旋转该结构39。因此，由于滑动结构的独立位置，控制阀的操作杆可以自由地转动，而不论活塞的位置。此外，当操作杆旋转到一定的位置时，活塞移动，直到它达到由操作杆所限定的位置。实际上，在活塞移动的整个时间中检测元件可以转动滑动结构。一旦滑动结构旋转到自由循环位置，活塞停止移动。讨论中的结构不仅非常的简单和可靠，并且容易使用和实践。

为了把气缸连接在液压介质系统上，在控制阀10的大致的对置侧上具有连接件24和25。在连接件24和25之间设置有一个流通通道40。滑动结构还包括一个关闭所述流通通道40的内部导向件27。在所示的实施例中，流通通道40形成在滑动结构29上，并且具有两个连接件24和25。因此，当活塞的位置保持不变并且滑动结构位于自由循环位置时，流过的流体尤其没有损失。结构不仅简单而且操作可靠。

根据附图，控制阀10优选地作为形成缸筒13的主体部20内的气缸的一个部件。这使得结构耐用并且容易制造。气缸的整个长度同样保持有利的短。此外，滑动结构39的旋转轴线基本上与检测元件18的轴线相重合，从而更进一步地简化了气缸的结构。在另一个方面，根据本发明的气缸可以通过在传统的气缸(没有显示)的端部设置一个根据本发明的控制阀形成。在此，主体部的内外都具有一个完全光滑的表面，以至于它可以需要尽可能小的间隙并容易制造。在所示的气缸中，在操作杆11的端部同样具有一个支撑臂21以及在对置端部上的用来把气缸连接到它的应用上的一个大螺母22，例如，一个喷射滑雪橇。同样的附图标记用于表示操作相似的部件。根据本发明的气缸的连续操作通过一个特殊的控制阀来获得，该控制阀包括前面所述的滑动结构。令人惊讶的是，操作杆11用于直接操作控制阀10的阀体23。此外，阀体23还可以相对于阀体23以及滑动结构39的滑块19可旋转的支撑。因此，当操作杆旋转，阀体转动相应的角度，但是滑块保持静止。控制阀的操作将联系图4a-4c更详细地进行描述。

图2a-3c示出了在所谓的自由循环位置上的控制阀。活塞14在通过操作杆11所示的位置上，根据图2a，以至于液压介质直接从气缸的一个连接件24流到另一个连接件。连接件24和25连接在液压介质系统上，并且当另一个连接件25通常连接在一个液压介质罐(没有显示)上时，压缩的液压介质供给连接件24。在附图中，液压用字母P表示并且相应的流向罐中的回流用字母T表示。根据本发明的前述的连接件设置在缸筒的纵向上的相同高度上，在缸筒的对置侧上。在自由循环位置上，控制阀中的流过的通道尽可能的短并且所需的软管相应的较短。流通通道形成在滑动结构中，在附图中用附图标记40表示。

令人惊奇的是，滑块19和阀体23都设置在内侧并且能够相对于彼此自由转动。更进一步地，阀体23包括两个互相设置在内侧的并协调工作的外导向件26和内部导向件27。在图7中，外导向件26和内部导向件27彼此分开显示。此外，滑块19相对于阀体23以及缸筒13可旋转地设置在外导向件26和内部导向件27之间从而对液压介质导向。通过所讨论的结构，控制阀可以制造得很小而且操作可靠。通过在部件之间设置适当小的间隙，可以不需要设置密封，然而当部件需要在整个时间上润滑时，尤其是当液压油被作为液压介质时。同时，缸筒的内侧可以完全光滑，形成的连接件主要在移动部件上。换句话说，所述连接的部分设置在阀体的内部。根据图7，在外导向件26和内部导向件27上具有通道，它们相对于液压介质的缸筒为径向和纵向，滑块19设置成在自由循环位置时靠近这些通道。设置在气缸的纵向上的不同高度上的两个开口28和29互相成90°，作为最外侧导向件上的通道。内部导向件27与滑块19相对应，用来通过它的沟槽30来对液压介质导向。实际上，外导向件26和内部导向件27通过销钉31连接在一起，以至于它们之间的转动被阻止。相应地，如图7和6a所示，检测元件18通过第二个销钉32连接在滑块19上。

当气缸为双作用时，液压介质必须被导向活塞的活塞杆侧。为了该目的，气缸包括设置在缸筒13的径向和纵向上的缸筒13的壁上的孔33，33′和33″。在所示的实施例中，孔33，33′和33″从主体部20的外表面形成并且塞住。因此，主体部的外表面仍然保持光滑，没有分布的凸起。

图4a-4c示出了操作杆11被轻轻地反时针转动时的情况。滑块19仍然静止在图2a所示的位置。换句话说，活塞14仅仅刚刚开始移动。根据以上所述，阀体23和它的外导向件26和内部导向件27连接在操作杆11上因此跟随操作杆11的位置。在所示的情况下，自由循环被阻止并且液压介质从连接件25以字母P表示流入到滑块19的间隙34中。在间隙34中，液压介质向下朝着活塞14流动。这通过图4b中的阴影区域表示。在间隙34的底部，液压介质可以流动到外导向件26的下部开口29并且从开口穿过孔35到达中间环36。在中间环36的相应的位置处具有孔37(图3a)，通过该孔压缩的液压介质到达活塞14，并推动活塞向外。根据图5，当检测元件18转动滑块19到达自由循环位置时，活塞的移动停止。然后液压介质从连接件24通过滑块19的间隙34和外导向件26的上部开口28直接流动到另一个连接件。当活塞14在上述方向上移动时，液压介质可以从活塞14的活塞杆15侧，经过设置在缸筒13壁上的孔33，33′和33″到达外导向件26的下部开口29(图4c)并且从该开口到达滑块19。最终，液压介质从滑块19的间隙34的上部流到连接件25到达罐。当操作杆顺时针旋转时，活塞移动的方向改变。然而，回流的液体总是具有比液压流体宽的流动路线。

实际上，在滑块的自由循环位置上，通向活塞以及从活塞回来的连接件是封闭的，以至于活塞锁定在所讨论的位置上。这也被称之为保持特性。突然关闭尤其发生在外导向件26和滑块19之间(图4c)。在所示的实施例中，在一方面外导向件26把流体分流到不同的方向上，另一方面在自由循环位置上与滑块一块阻止流体流到活塞中。滑块19相应地形成了一个径向或纵向的通道。在自由循环位置上，滑块19形成一个流通通道40，在操作位置上形成一个在导向件的开口之间的纵向通道40′。内部导向件27与滑块19一起阻止自由循环。通过所讨论的结构，滑块的结构是简单的，并且使控制阀的操作精确和平稳。

实际上，操作杆和控制阀这样设置以至于操作杆的最大移动量最多对应于检测元件的最大旋转量。因此，活塞的位置总是对应于操作杆的位置。理论上，气缸的冲程独立于所述最大旋转量。因此即使使用一单个的控制阀也可以仅仅通过变化检测元件的长度，使利用不同尺寸的气缸变为可能。然而，形成了检测元件18的螺旋形滑块38的旋转角度影响控制阀10的灵敏度。滑块的旋转角度优选地与操作杆的最大移动相同，形成一个角度α，该角度为80°-130°，优选为90°-120°，该角度基本上对应于气缸的活塞杆的整个冲程。因此，操作杆的旋转运动覆盖了气缸的整个冲程。图6a示出了气缸的部件的分解图，图6b示出了组装好的用于安装的这些部件。滑块38通过形成在活塞14上的沟槽39(图3b)控制。

一个测试气缸的冲程为200mm，活塞的直径为50mm。通过使用所讨论的气缸，当使用压力为100巴的液压油时，可以获得一个大约为20KN的力。在所讨论的实施例中，转动操作杆，该操作杆具有一个最大移动量100°，1°对应于活塞移动2mm。

根据本发明的气缸结构是紧凑的并且所获得的冲程可以容易并精确地控制。此外，气缸的结构是简单的并且可以容易地制造和工作。最主要的方面在于使操作杆可以独立于活塞的位置进行转动变为可能。尽管如此，活塞总是移动和停止在由操作杆指示的位置上。因此，即使在液压连接之前，利用特殊的路径并把操作杆设置在所需的位置是可能的。

Claims

1.一种主动缸，用于连接在一个液压介质系统上并且通过被操作杆(11)控制的控制阀(10)进行操作，所述控制阀设置成与主动缸相连接，并且该主动缸包括：

一个缸筒(13)以及一个密封并设置成可以在该缸筒内移动的活塞(14)；

一个连接在活塞上的活塞杆(15)，该活塞杆的一个端部伸出缸筒(13)外；

一个与活塞杆(15)相连接的检测元件(18)，该检测元件设置成可以以这样的一种方式围绕它的纵轴线旋转，即它的旋转角度对应于活塞(14)相对于缸筒(13)的当前位置；以及

根据控制阀(10)的位置，把液压介质导向活塞(14)的通道(28，29，34，35)和孔(33，33′，33″)；

其中主动缸的所述控制阀(10)包括一个可旋转地支撑并多部件同轴滑动的滑动结构(39)，检测元件(18)连接在该滑动结构(39)上，从而当活塞(14)位于与操作杆(11)相对应的位置时，可以旋转滑动结构(39)到一个自由循环位置上，并且为了把主动缸连接在液压介质系统上，控制阀(10)包括两个连接件(24，25)，在所述两个连接件之间设置有一个流通通道(40)，并且滑动结构还包括一个关闭所述流通通道(40)的部件，其特征在于，滑动结构(39)具有一个包括一个外导向件(26)、一个滑块(19)以及内部导向件(27)的三部分结构，外导向件(26)和内部导向件(27)互相连接在一起，并且当流通通道(40)穿过滑块(19)时，形成关闭所述流通通道(40)的所述部件的滑块(19)连接在检测元件(18)上。

2.根据权利要求1所述的主动缸，其特征在于，所述流通通道(40)形成在滑动结构(39)上，并且在缸筒(13)的对置侧上缸筒(13)的纵向的相同高度上设置所述两个连接件(24，25)。

3.根据权利要求1或2所述的主动缸，其特征在于，控制阀设置成形成了缸筒(13)的主体部(20)内的主动缸的部分，并且滑动结构(39)的旋转轴线与检测元件(18)的轴线相同。

4.根据权利要求1所述的主动缸，其特征在于，所述控制阀包括一个连接在操作杆(11)上的阀体(23)，该阀体同样相对于缸筒(13)可旋转地支撑，并且在该缸筒中设置一些所述的通道(28，29，34，35)和孔(33，33′，33″)。

5.根据权利要求4所述的主动缸，其特征在于，所述滑块(19)设置在阀体(23)内以至于它们可以相对于彼此自由地旋转，滑块(19)和检测元件(18)相连接。

6.根据权利要求5所述的主动缸，其特征在于，阀体(23)包括设置在内侧并协调工作的所述内部导向件(27)和所述外导向件(26)，在所述内部导向件(27)和所述外导向件(26)之间的滑块设置成相对于阀体(23)和缸筒(13)旋转，用来对液压介质导向。

7.根据权利要求6所述的主动缸，其特征在于，所述内部导向件(27)和所述外导向件(26)中具有在缸筒(13)的径向和纵向上的用于液压介质的所述通道(28，29，34，35)，滑块(19)设置成在自由循环位置时靠近所述通道(28，29，34，35)。

8.根据权利要求1所述的主动缸，其特征在于，为了把液压介质引导至活塞(14)的活塞杆(15)侧，主动缸包括设置在缸筒(13)壁上的并在缸筒(13)的纵向和径向上的所述孔(33，33′，33″)。

9.根据权利要求1所述的主动缸，其特征在于，操作杆(11)和控制阀(10)以这样的一种方式设置，即操作杆(11)的最大移动量至多对应于检测元件(18)的最大旋转量。

10.根据权利要求9所述的主动缸，其特征在于，操作杆(11)的最大移动量形成一个角度α，该角度为80°-130°，并且该角度对应于主动缸的活塞杆(15)的整个冲程。

11.根据权利要求10所述的主动缸，其特征在于，所述角度为90°-120°。