CN209510776U - 气液增速液压缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了气液增速液压缸，属于驱动装置领域，包括从上到下设置的开阀组件、蓄能组件和驱动缸，所述驱动缸包括高速杆，所述高速杆的输出端与外部的负载连通，所述蓄能组件包括由活塞分隔成的相互独立的第一驱动腔和第二驱动腔，所述第二驱动腔设在所述第一驱动腔的下端且驱动所述高速杆运动，所述开阀组件包括提动阀芯，所述提动阀芯上下运动，所述提动阀芯穿过所述活塞控制所述第二驱动缸与所述高速杆的连通和断开。本实用新型由气、液作为能量转换媒介，能量输出可在极短的毫秒级时间内达到百万焦的等级。

Description

气液增速液压缸

技术领域

本实用新型属于驱动装置领域，涉及一种气液增速液压缸。

背景技术

超高速驱动装置主要用于使负载实现在极短时间内获得极大的初始动能和极高的速度，目前采用的驱动方式主要有蒸汽式、电磁式、燃气式等等，无论是蒸汽式、电磁式、燃气式因为密封性或者结构限制，无法在毫秒级别达到很大的输出能量，不能达到更加严高级别的要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是在于提供一种气液增速液压缸，由气、液作为能量转换媒介，能量输出可在极短的毫秒级时间内达到百万焦的等级。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：气液增速液压缸，包括从上到下设置的开阀组件、蓄能组件和驱动缸，所述驱动缸包括高速杆，所述高速杆的输出端与外部的负载连通，所述蓄能组件包括由活塞分隔成的相互独立的第一驱动腔和第二驱动腔，所述第二驱动腔设在所述第一驱动腔的下端且驱动所述高速杆运动，所述开阀组件包括提动阀芯，所述提动阀芯上下运动，所述提动阀芯穿过所述活塞控制所述第二驱动缸与所述高速杆的连通和断开。

进一步的，第一驱动腔为第一气腔，所述第二驱动腔为第一油腔，所述第二驱动腔设置所述第一驱动腔的下端且二者平行设置。

进一步的，所述蓄能组件还包括组成封闭腔体的缸体和第一缸筒，所述活塞设置在所述缸体和第一缸筒组成封闭式的空腔内二者滑动连接，所述提动阀芯垂直于所述活塞设置，所述提动阀芯与所述活塞密封式配合且二者上下滑动连接。

进一步的，所述驱动缸包括高速杆、第二缸筒和缸头，所述第二缸筒垂直设在所述蓄能组件的下端，所述缸头设在所述第二缸筒的下端且二者密封设置，所述高速杆设在所述第二缸筒内且二者上下密封式滑动连接，所述高速杆向下穿过所述缸头后与外部的负载连接，所述高速杆与所述缸头之间形成第二油腔，所述缸头上设有与所述第二油腔连通的油口。

进一步的，所述高速杆的上端与所述第二缸筒之间设有多个平行设置的第一密封圈，所述高速杆的下端与所述缸头之间设有多个平行设置的第二密封圈。

进一步的，所述提动阀芯包括主体杆、密封盘和锁死斜面，所述密封盘设在所述主体杆的下端，所述锁死斜面设在所述主体杆的上端，所述锁死斜面和所述密封盘设在所述活塞的上下两端，所述密封盘向下运动后与所述第二缸筒的内圈密封配合。

进一步的，所述开阀组件还包括阀体、自锁杆和驱动机构，所述阀体设在所述蓄能组件的正上方，所述提动阀芯还包括阀板，所述阀板设在所述阀体内且相对所述阀体密封式上下运动，所述主体杆垂直于所述阀板设置，所述阀板的上端与所述阀体之间形成密闭的第二气腔，所述阀体上设有与所述第二气腔连通的第一气口，所述阀板的下端与所述阀体和蓄能组件形成密闭的第三气腔，所述阀体上设有与所述第三气腔连通的第二气口，所述自锁杆设在所述阀体内，所述驱动机构驱动所述自锁杆相对所述阀体运动与所述锁死斜面配合实现提动阀芯的上限位。

进一步的，所述开阀组件还包括弹簧，所述弹簧与所述驱动机构的出力轴同轴设置，所述弹簧设在所述阀体与所述自锁杆之间。

进一步的，所述驱动机构为气动式、液压式或机械式。

进一步的，开阀组件还包括阀体、自锁杆和驱动机构，所述阀体设在所述蓄能组件的正上方，所述提动阀芯还包括阀板，所述阀板设在所述阀体内且相对所述阀体密封式上下运动，所述主体杆垂直于所述阀板设置，所述阀板的上端与所述阀体之间形成密闭的第二气腔，所述阀体上设有与所述第二气腔连通的第一气口，所述阀板的下端与所述阀体和蓄能组件形成密闭的第三气腔，所述阀体上设有与所述第三气腔连通的第二气口，所述自锁杆设在所述阀体内，所述驱动机构驱动所述自锁杆相对所述阀体运动与所述提动阀芯配合实现提动阀芯的上限位。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下。

1、本实用新型采用蓄能组件于驱动缸内部的整体式设计，将活塞式蓄能组件的出液口与驱动缸的第二缸筒直接相连，避免了普通蓄能组件出口流量小的限制，省略了复杂的中间管路和阀块连接，采用内控阀，解决了常规阀无法实现的高压大流量问题，其流量最高可超过150000L/min，同时这种结构消除了液压油在管路中的能量损失，将能量完全用于负载驱动，在同等条件下，该设备空间体积可减少一半以上；

2、采用两级增速器，该增速器利用超高压气体的极速膨胀特性，第一级用于快速开阀组件，第二级蓄能组件用于快速驱动负载，能够实现150000L/min以上的流量和大于1000KJ的能量输出，最终使适当质量的负载在毫秒级(≤15ms)极短的时间内可达到极高的运动速度(可大于80m/s)，满足负载超高速的工况要求；

3、采用液压油作为中间传递介质，利用液压油的特性实现对高速下运动副、密封等相对滑动部件间的润滑与冷却，解决超高速运动过程中的润滑和冷却问题，避免摩擦副在高速下产生高温烧结和密封融化等问题；

4、设置驱动机构和弹簧，弹簧可实现自控式机械锁，满足快速开阀的需求，利用锥面摩擦角将自锁杆与提动阀芯锁住，再利用高压气体快速打开，减少解锁时间，这种方式解锁时间可缩短至1ms左右，大大缩短了反应时间，提升了效率；

5、设置第一密封圈和第二密封圈，突破常规密封15m/s的速度限制，超高速密封，其最高速度可大于80m/s。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型气液增速液压缸的结构示意图；

图2是本实用新型气液增速液压缸的剖视图；

图3是本实用新型图2的局部放大图。

附图标记：

1-缸体；2-第一缸筒；3-第一气腔；4-活塞；5-第一油腔；6-高速杆；61-第一密封圈；62-第二密封圈；8-第二缸筒；9-第二油腔；10-油口；11-缸头；12-负载； 20-驱动机构；21-弹簧；22-自锁杆；23-第二气腔；24-提动阀芯；241-主体杆；242- 密封盘；243-锁死斜面；244-阀板；25-第三气腔；26-第一气口27-第二气口；30-阀体；90-开阀组件；91-蓄能组件；92-驱动缸。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1、图2和图3所示，本实用新型为气液增速液压缸，包括从上到下设置的开阀组件90、蓄能组件91和驱动缸92，蓄能组件91用于储存一定的液压能，驱动缸92包括高速杆6，高速杆6的输出端与外部的负载12连通，并推动负载12达到所需的动能，开阀组件90主要用于将蓄能组件91中的高压液压油快速供给驱动缸92，使高速缸的高速杆6加速运动，蓄能组件91包括由活塞4分隔成的相互独立的第一驱动腔和第二驱动腔，第二驱动腔设在第一驱动腔的下端且驱动高速杆6运动，开阀组件90包括提动阀芯 24，提动阀芯24上下运动，提动阀芯24穿过活塞4控制第二驱动缸92与高速杆6的连通和断开。

优选地，第一驱动腔为第一气腔3，第二驱动腔为第一油腔5，第二驱动腔设置第一驱动腔的下端且二者平行设置。

优选地，蓄能组件91还包括组成封闭腔体的缸体1和第一缸筒2，活塞4设置在缸体1和第一缸筒2组成封闭式的空腔内二者滑动连接，提动阀芯24垂直于活塞4设置，提动阀芯24与活塞4密封式配合且二者上下滑动连接。

优选地，驱动缸92包括高速杆6、第二缸筒8和缸头11，第二缸筒8垂直设在蓄能组件91的下端，缸头11设在第二缸筒8的下端且二者密封设置，高速杆6设在第二缸筒8内且二者上下密封式滑动连接，高速杆6向下穿过缸头11后与外部的负载12连接，高速杆6与缸头11之间形成第二油腔9，缸头11上设有与第二油腔9连通的油口10。

优选地，高速杆6的上端与第二缸筒8之间设有多个平行设置的第一密封圈，高速杆的下端与缸头11之间设有多个平行设置的第二密封圈，更优选地，第一密封圈和第二密封圈均采用复合材料制成，复合材料优选聚四氟乙烯、玻璃纤维或碳纤维材质。

优选地，提动阀芯24包括主体杆241、密封盘242和锁死斜面243，密封盘242设在主体杆241的下端，锁死斜面243设在主体杆241的上端，锁死斜面243和密封盘242 设在活塞4的上下两端，密封盘242向下运动后与第二缸筒8的内圈密封配合且二者为斜面接触，实现了第二缸筒8的内腔与第一油腔5的隔离和连通，隔离状态下实现启动的准备工作，蓄能，连通状态下，瞬间开启，蓄能瞬间转化为动能释放。

优选地，开阀组件90还包括阀体30、自锁杆22和驱动机构20，阀体30设在蓄能组件91的正上方，提动阀芯24还包括阀板244，阀板244设在阀体30内且相对阀体30 密封式上下运动，主体杆241垂直于阀板244设置，阀板244的上端与阀体30之间形成密闭的第二气腔23，阀体30上设有与第二气腔23连通的第一气口26，阀板244的下端与阀体30和蓄能组件91形成密闭的第三气腔25，阀体30上设有与第三气腔25连通的第二气口27，自锁杆22设在阀体30内，驱动机构20驱动自锁杆22相对阀体30运动与锁死斜面243配合实现提动阀芯24的上限位，斜面结构配合稳定性高，锥面有导向作用，提升整个结构的运动精度和稳定性。

优选地，开阀组件90还包括弹簧21，弹簧21与驱动机构20的出力轴同轴设置，弹簧21设在阀体30与自锁杆22之间，自锁杆22为T型结构且大直径的一端与驱动机构20的出力轴连接，在弹簧21的作用下，自锁杆22与锁死斜面243配合实现整个结构的关闭状态，需要开启的时候，驱动机构20动作，驱动自锁杆22向远离锁死斜面243 的方向运动，实现整个结构的瞬间开启，由于锁死斜面243的距离相对阀体30的内腔比例很小，小距离操作方便快捷高效，实现了大结构的快速启动。

优选地，驱动机构20为气动式、液压式或机械式，可采用气缸、液压缸或者电动推杆结构，驱动机构20直接驱动自锁杆22运动，实现自锁杆22与提动阀芯24的配合。

优选地，开阀组件90还包括阀体30、自锁杆22和驱动机构20，阀体30设在蓄能组件91的正上方，提动阀芯24还包括阀板244，阀板244设在阀体30内且相对阀体30 密封式上下运动，主体杆241垂直于阀板244设置，阀板244的上端与阀体30之间形成密闭的第二气腔23，阀体30上设有与第二气腔23连通的第一气口26，阀板244的下端与阀体30和蓄能组件91形成密闭的第三气腔25，阀体30上设有与第三气腔25连通的第二气口27，自锁杆设在阀体30内，驱动机构20驱动自锁杆相对阀体30运动与提动阀芯24配合实现提动阀芯24的上限位。

在实际的使用过程中，工作前，先向第一气腔3内充入高压氮气，然后向第一油腔5内充入驱动缸运动所需液压油，通过油口10向第二油腔9内充入液压油，使高速杆6完全缩回，活塞4随动，通过第一气口26向第二气腔23内充气，将提动阀芯24完全伸出，将驱动缸92的第二缸筒8与蓄能组件中的第一油腔5的油路断开，然后通过弹簧21将自锁杆22推出，通过自锁杆22的锥面与提动阀芯24的锁死面243配合实现锁住，准备投放，然后第三气腔25内的高压气体快速膨胀推动提动阀芯24快速向上运动，与此同时第一气腔3内的高压气体快速膨胀并推动蓄能组件中的活塞4向下运动，同时使第一油腔5内的高压油推动高速杆6快速向下运动，改变蓄能器压力、油腔和高速缸缸径、行程等参数，可使负载在极短时间(毫秒级)内获得极大的动能(百万焦以上)，适当质量的负载最高速度可大于80m/s，此结构为了减少中间环节干扰，提高系统响应速度，该产品采用自控式机械锁快速开阀机构，利用锥面摩擦角将自锁杆与提动阀芯锁住，再利用高压气体快速打开，减少解锁时间，这种方式解锁时间可缩短至1ms左右，大大缩短了反应时间。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.气液增速液压缸，其特征在于：包括从上到下设置的开阀组件、蓄能组件和驱动缸，所述驱动缸包括高速杆，所述高速杆的输出端与外部的负载连通，所述蓄能组件包括由活塞分隔成的相互独立的第一驱动腔和第二驱动腔，所述第二驱动腔设在所述第一驱动腔的下端且驱动所述高速杆运动，所述开阀组件包括提动阀芯，所述提动阀芯上下运动，所述提动阀芯穿过所述活塞控制所述第二驱动缸与所述高速杆的连通和断开。

2.根据权利要求1所述的气液增速液压缸，其特征在于：第一驱动腔为第一气腔，所述第二驱动腔为第一油腔，所述第二驱动腔设置所述第一驱动腔的下端且二者平行设置。

3.根据权利要求1所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述蓄能组件还包括组成封闭腔体的缸体和第一缸筒，所述活塞设置在所述缸体和第一缸筒组成封闭式的空腔内二者滑动连接，所述提动阀芯垂直于所述活塞设置，所述提动阀芯与所述活塞密封式配合且二者上下滑动连接。

4.根据权利要求1所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述驱动缸包括高速杆、第二缸筒和缸头，所述第二缸筒垂直设在所述蓄能组件的下端，所述缸头设在所述第二缸筒的下端且二者密封设置，所述高速杆设在所述第二缸筒内且二者上下密封式滑动连接，所述高速杆向下穿过所述缸头后与外部的负载连接，所述高速杆与所述缸头之间形成第二油腔，所述缸头上设有与所述第二油腔连通的油口。

5.根据权利要求4所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述高速杆的上端与所述第二缸筒之间设有多个平行设置的第一密封圈，所述高速杆的下端与所述缸头之间设有多个平行设置的第二密封圈。

6.根据权利要求4所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述提动阀芯包括主体杆、密封盘和锁死斜面，所述密封盘设在所述主体杆的下端，所述锁死斜面设在所述主体杆的上端，所述锁死斜面和所述密封盘设在所述活塞的上下两端，所述密封盘向下运动后与所述第二缸筒的内圈密封配合。

7.根据权利要求6所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述开阀组件还包括阀体、自锁杆和驱动机构，所述阀体设在所述蓄能组件的正上方，所述提动阀芯还包括阀板，所述阀板设在所述阀体内且相对所述阀体密封式上下运动，所述主体杆垂直于所述阀板设置，所述阀板的上端与所述阀体之间形成密闭的第二气腔，所述阀体上设有与所述第二气腔连通的第一气口，所述阀板的下端与所述阀体和蓄能组件形成密闭的第三气腔，所述阀体上设有与所述第三气腔连通的第二气口，所述自锁杆设在所述阀体内，所述驱动机构驱动所述自锁杆相对所述阀体运动与所述锁死斜面配合实现提动阀芯的上限位。

8.根据权利要求7所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述开阀组件还包括弹簧，所述弹簧与所述驱动机构的出力轴同轴设置，所述弹簧设在所述阀体与所述自锁杆之间。

9.根据权利要求7所述的气液增速液压缸，其特征在于：所述驱动机构为气动式、液压式或机械式。

10.根据权利要求7所述的气液增速液压缸，其特征在于：开阀组件还包括阀体、自锁杆和驱动机构，所述阀体设在所述蓄能组件的正上方，所述提动阀芯还包括阀板，所述阀板设在所述阀体内且相对所述阀体密封式上下运动，所述主体杆垂直于所述阀板设置，所述阀板的上端与所述阀体之间形成密闭的第二气腔，所述阀体上设有与所述第二气腔连通的第一气口，所述阀板的下端与所述阀体和蓄能组件形成密闭的第三气腔，所述阀体上设有与所述第三气腔连通的第二气口，所述自锁杆设在所述阀体内，所述驱动机构驱动所述自锁杆相对所述阀体运动与所述提动阀芯配合实现提动阀芯的上限位。