CN205533528U

CN205533528U - 具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸

Info

Publication number: CN205533528U
Application number: CN201620354908.7U
Authority: CN
Inventors: 钟康民; 窦云霞
Original assignee: Suzhou Pulai Kerui Electrical And Mechanical Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Pulai Kerui Electrical And Mechanical Technology Co Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2026-04-26

Abstract

现有双作用拉力气缸的返程耗能，大于工作行程耗能，能量浪费极为严重；而现有的利用弹簧返程复位的单作用拉力气缸，因复位弹簧占据较大轴向空间，使得缸体纵向尺寸过大，不仅造成材料浪费与结构笨重，而且行程受到很大制约。本实用新型提出了一种利用中空状返程杆的复合气容形成返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，用其取代现有的双作用拉力气缸，节能效果极为显著；用其取代现有的单作用拉力气缸，具有缸体纵向长度尺寸小、行程不受局限等优点。本实用新型具有缸内返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，可以为社会有关领域，提供一种节能、环保、生产效率高、通用化程度高的新型气动执行元件。

Description

具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸

技术领域

本实用新型涉及气缸领域，主要涉及一种利用内部复合气容形成返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸。

背景技术

相对于液压传动，气压传动以速度快、生产效率高而著称，且由于采用清洁的压缩空气作为传动介质，还享有“绿色”传动技术之美誉。但是，气压传动的所谓“绿色”，需要打一个重重的引号，是一个假的绿色。这是因为，从能量利用率方面来看，气动系统效率约为20%，而液压系统效率约为40%,前者仅为后者的一半左右（李军等.气动系统节能简介.机床与液压，2001(5):7-8,25）。气压传动的能量利用率之所以如此之低，最主要的原因是，目前国民经济有关领域所使用的气缸，双作用气缸占绝大多数。特别是大缸径、长行程的气缸，基本上都是双作用的。但是，有一个非常重要的经济指标问题，长期以来为绝大多数人所忽视：双作用气缸，特别是双作用拉力气缸，返回行程浪费的能量，太严重了！

双作用拉力气缸返回行程消耗的能量，大于工作行程消耗的能量。设系统额定压力为p，气缸最大行程为L，气缸无杆腔容积V₁=πD²L/4,有杆腔容积V₂=π(D²-d²)L/4；根据气缸耗能计算公式E=pV可知，拉力气缸工作行程耗能E_工作=pV₂=π(D²-d²)Lp/4，而返回行程耗能

E_返程=pV₁=πD²Lp/4，返回行程耗能与工作行程耗能的差值为E_返程-E_工作= πd²Lp/4。

然而，气缸返程仅需要克服相关运动部位的摩擦力。因该摩擦力而导致的所需返程力与能量消耗，一般都在工作行程最大作用力及能量消耗的10%以内，超低摩擦气缸甚至能够做到1%以内。因此，现有拉力气缸的返回行程，存在很大的力冗余及能量浪费。

鉴于双作用拉力气缸的返回行程，耗能过多且浪费严重，因此，对于大中型与特大型气缸，用单作用拉力气缸取代双作用气缸，具有非常明显的节能效果。因为相对于双作用拉力气缸，单作用拉力气缸返程耗能甚微，甚至在工程概念上可以做到不耗能。这是因为，单作用拉力气缸的返程力，是利用了无杆腔内复位弹簧在气缸工作行程中得到压缩而积蓄的势能，仅需要克服气缸相关密封部位的摩擦力即可。这一摩擦力，相对于气缸的额定输出力甚小，在工程计算上完全可以忽略不计。

但是，现有的单作用拉力气缸存在以下严重缺点：（一）复位弹簧为固态物质材料制造，一般需要占据缸体大约50%的轴向空间，不仅造成缸体长度过长，而且因为总体结构笨重而行程不可能做的较长，极大地限制了单作用拉力气缸的应用领域及范围。（二）复位弹簧的最小返程力，无法根据每只气缸的具体摩擦力进行调整，选取上具有较大的盲目性。为了保险起见，工程师往往选取过大的弹簧返程力，从而导致一定的不经济因素。

由于上述缺点的存在，使得单作用拉力气缸，特别是单作用大中型、特大型拉力气缸，应用数量远远不及双作用拉力气缸，从而造成了大量的能源浪费。

发明内容

本实用新型的目的是，克服现有弹簧势能复位单作用拉力气缸因缸体长度过长、总体结构笨重而行程不可能做的较长，以及现有双作用拉力气缸返程严重浪费能量的缺点，创新设计出一种行程与双作用拉力气缸相当的单作用拉力气缸，为社会有关领域提供一种节能、环保、生产效率高、通用化程度高的新型气动执行元件。

为达上述目的，本实用新型采用的创新方案是：一种具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，其运动部分包括返程杆-活塞-活塞杆组件，所述返程杆为中空状，所述中空状返程杆与活塞之间形成返程杆杆内容腔；所述杆内容腔与其杆外容腔相互连通而且对外部相对封闭，形成复合气容；所述复合气容充入并保持有用于返程的压缩气体，形成返程复位气体弹簧。

由于上述创新方案的运用，本实用新型与现有气缸相比具有下列优点：

1、本实用新型具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，利用互通的中空状返程杆的杆内容腔与杆外容腔形成复合气容，并向复合气容充入并保持有用于返程的压缩气体而形成返程复位气体弹簧，从而将缸体的一部分纵向尺寸转嫁于中空状返程杆，缸体纵向尺寸可以缩短一半左右，能够做成行程与双作用气缸相当的长行程单作用拉力气缸，极大地拓展了单作用拉力气缸的应用领域及范围。可以全面取代现有的单作用与双作用拉力气缸，具有很高的通用化程度。用其取代现有的单作用拉力气缸，缸体纵向尺寸小，结构重量轻；用其取代现有的双作用拉力气缸，能够大幅度降低能耗，并相应提高气缸使用企业的经济效益。

2、本实用新型拉力气缸的返程复位气体弹簧，由于气体为非固态物质，几乎没有重量，用其代替现有的弹簧返程复位式单作用拉力气缸，不仅能够节约较为昂贵的弹簧材料，而且无弹簧损坏之虞。

3、本实用新型气缸的返程复位气体弹簧的返程力，可以根据具体气缸的实际摩擦力大小，来调整及设定复合气容的压力，所以能够做到最小的返程力冗余。这一点，是现有的弹簧复位返程的单作用拉力气缸，无论如何也做不到的。

附图说明

本实用新型具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸的结构原理图如下，其中图1为工作行程、气缸输出拉力做功的状态，图2为返回行程状态。

图中，1、活塞；2、中空状返程杆；3、拉力活塞杆 4、杆内容腔；5、杆外容腔；6、空气流通孔 7、二位三通换向阀；8、压力开关

具体实施方式

附图1与2是本实用新型的一个具体实施例。下面，结合该具体实施例，来对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

本实用新型单作用拉力气缸具体实施例的工作原理是：气缸活塞1的两端，分别固设有中空状返程杆2与拉力活塞杆3；中空状返程杆2与活塞1形成杆内容腔4；中空状返程杆2、活塞1与缸筒形成杆外容腔5；中空状返程杆2与活塞1的交接处，设有空气流通孔6，使得杆内容腔4与杆外容腔5实现互通；互通的杆内容腔4与杆外容腔5，由活塞1与返程杆2的密封结构而实现对外部相对封闭，形成复合气容；所述复合气容充入并保持用于返程的压缩气体，从而形成返程复位气体弹簧。

当二位三通换向阀7处于如图1所示左位工作时，气缸为工作行程，其右腔内进入压缩空气，使得活塞1与中空状返程杆2、拉力活塞杆3一起向左运动，由拉力活塞杆3输出拉力F做功；杆外容腔5内的有一定压力范围的压缩气体，通过空气流通孔6，部分流入杆内容腔4，内部复合气容压力逐渐有所增加。该过程中，根据理想气体的状态方程p₁V₁T₁=p₂V₂T₂，复合气容压力逐渐有所增加。但由于杆内容腔4的容积明显大于杆外容腔5的容积，所以压力增加的幅度不是很大。由于背压提高，气体弹簧作用于活塞左端面的力也有所增加。

当二位三通换向阀7切换至右位工作时，气缸的右腔通向大气，杆内容腔4内的有一定压力范围的压缩气体，通过空气流通孔6，部分流入杆外容腔5；气体弹簧作用于活塞1左端面上的力，推动活塞1与中空状返程杆2、拉力活塞杆3一起向右运动，进行返程复位。复位过程中，根据理想气体的状态方程p₁V₁T₁=p₂V₂T₂，复合气容压力逐渐有所降低，但降低幅度不是很大。如图2所示。

向复合气容充入并保持有返程压缩气体的控制装置，可以有许多种技术方案，此处限于篇幅不予赘述。无论气缸在何种工作状态下，只要缸内气容的压力，因为泄漏等原因而低于压力开关8调整的最低压力时，控制系统便会发出信号，压缩空气便会从外部充入缸内气容。而一旦缸内气容压力达到压力开关8调整的最高压力，控制系统又会发出信号而停止充气。由于缸内气容形成的返程复位气体弹簧的作用力，可以根据每个气缸的实际摩擦力，来对压力开关8进行现场调整设定，所以能够最大限度地降低返程作用力冗余。这一点，是弹簧复位返程的现有单作用气缸，所根本不可能做到的。

需要特别提醒注意的是，对复合气容进行充气，一般是为了补充泄漏，其次数是很少的。

由附图1、2不难分析出，本实用新型具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，由于缸体长度仅为现有弹簧返程复位式单作用拉力气缸的一半左右，因而行程可以做的与现有双作用拉力气缸一样长，显著扩大了现有单作用拉力气缸的应用领域与范围。此外，本实用新型具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，也可以全面取代现有双作用拉力气缸。而现有双作用拉力气缸返程耗能大于工作行程耗能，本实用新型单作用拉力气缸返程耗能甚微，或基本不耗能，节能效果极为显著。

仅从结构原理图上来看，许多人也许会认为，本实用新型具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸的制造成本，会高于现有的双作用拉力气缸，实际情况却并非如此。这是因为，现有的双作用拉力气缸，前后端盖上都需要设置结构甚为复杂的缓冲装置。而本实用新型拉力气缸，由于工作行程始终存在返程复位气体弹簧背压，而返程复位作用力又较小，故而气缸前后端盖上的缓冲装置，可以省略或简化。所以其综合制造成本，反倒会低于现有的双作用气缸。此外，本实用新型气缸在工作行程中，没有压缩气体排出，不产生噪音，省掉了一个消音器。

上述实施例只是为了说明本实用新型的创新构思与技术特点，但本实用新型的保护范围并不局限于上述特定的具体实施方式。凡根据本实用新型创新构思实质与技术特点而所进行的各种等效变化或局部性的修饰，特别是返程杆-活塞-拉力活塞杆组件的等效结构变化等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，其特征在于：气缸的运动部分包括返程杆-活塞-活塞杆组件，所述返程杆为中空状，所述中空状返程杆与活塞之间形成返程杆杆内容腔；所述杆内容腔与其杆外容腔相互连通而且对外部相对封闭，形成复合气容；所述复合气容充入并保持有用于返程的压缩气体，形成返程复位气体弹簧。