CN213451090U - 一种多级联动的伸缩式气液驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种多级联动的伸缩式气液驱动装置，包括依次套装在一起的外部缸体、内部缸体、高速活塞，安装在内部缸体内腔底部的调流阀；且由内壁外部缸底密封端盖内圆面和外部缸筒内壁与内部缸体的缸底外圆面共同构成气体蓄能腔，由外部缸筒内壁面、外部环形缸盖内环面与内部缸体的外圆柱面、以及内部缸体的缸底内环面共同构成第一液压加速腔，由内部缸体的底腔与高速活塞底端外圆面共同构成第二液压加速腔，由内部缸体的内壁面、内部环形缸盖内环面、以及高速活塞的外圆柱面、高速活塞的底端内环面共同构成气体缓冲腔；气体蓄能腔、气体缓冲腔与压缩气源相连，第二液压加速腔通过过油孔与第一液压加速腔相连通，第一液压腔通过油液调节孔与液压源相连。

Description

一种多级联动的伸缩式气液驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种多级联动的伸缩式气液驱动装置，特别适用于需要在短时间内获取不同冲击速度和驱动能量的试验场合。

背景技术

现有技术的驱动系统中多采用高压力、大流量的液压油作为驱动介质，有时为了获取较大的冲击速度和驱动能量，系统的机械结构尺寸较大，驱动行程相应的也要增大，对于更大流量阀的需求也较大。另外，采用单纯的液压油驱动介质在重复使用的过程中会造成油液损失。所以，当需要较大冲击速度和冲击能量时，所需的液压油流量也相应的较大，现有的流量阀无法满足试验需求时，就需要多个流量阀并用，这不仅会使机构的尺寸增大、成本增加，对整个系统的密封性能也会有更高的要求。

发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处，从保证系统结构尺寸刚强度满足要求、节约成本、安全性的角度出发，而提供一种多级联动的伸缩式气液驱动装置，本实用新型采用高压气体和液压油作为驱动介质，设计外部缸体、内部缸体和活塞等部分，利用内部缸体和活塞作为两级联动部分，在驱动过程中同步伸缩的组合方式来实现。本实用新型采用基于能量守恒及能量转换的方式来实现高速驱动，在冲击启动前给定所需的总能量、冲击过程中自动转换输出冲击试验所需的动能。通过伸缩式气液驱动装置的活塞推动撞击模块，当撞击模块加速到一定速度时，同时撞击试验试件。通过调整撞击模块的结构和质量规格以及控制其撞击速度，使之作用在试验试件上的冲击能量满足试验条件所需要求。

本实用新型的目的可通过下述技术措施来实现：

本实用新型的多级联动的伸缩式气液驱动装置包括以共轴线方式依次套装在一起的外部缸体、内部缸体、高速活塞，以及固定安装在内部缸体内腔底部的调流阀；所述外部缸体由外部缸底密封端盖、外部缸筒和外部环形缸盖构成，所述内部缸体由内部缸筒和内部环形缸盖构成；且由内壁外部缸底密封端盖内圆面和外部缸筒内壁与内部缸体的缸底外圆面共同构成气体蓄能腔，由外部缸筒内壁面、外部环形缸盖内环面与内部缸体的外圆柱面、以及内部缸体的缸底内环面共同构成第一液压加速腔，由内部缸体的底腔与高速活塞底端外圆面共同构成第二液压加速腔，由内部缸体的内壁面、内部环形缸盖内环面、以及高速活塞的外圆柱面、高速活塞的底端内环面共同构成气体缓冲腔；所述气体蓄能腔、气体缓冲腔与压缩气源相连，第二液压加速腔通过调流阀、内部缸体缸壁上加工出的过油孔与第一液压加速腔相连通，第一液压加速腔通过外部缸筒缸壁上设置的油液调节孔与液压源相连。

进一步说，所述调流阀包括两端加工有腔室、且呈中空柱形结构的销筒，设置在两端腔室内的弹簧，分别穿过相应端弹簧并延伸至销筒中空腔内的左右推销，所述左右推销均为T形结构，且位于左右推销外延端的凸缘分别与内部缸体缸壁上相对加工出的过油孔相密封配合。

所述高速活塞的杆头端通过螺纹或法兰结构与撞击模块相连接；所述撞击模块为多种不同质量规格的模块。

所述外部缸底密封端盖通过螺纹连接件封装在外部缸筒底部，在外部缸底密封端盖上设置有连通气体蓄能腔的充气阀、放气阀、位移传感器和压力传感器。

所述内部环形缸盖与内部缸筒之间通过螺钉连接，在内部环形缸盖的上设置有连通气体缓冲腔的单向充气阀、高精度压力传感器。

所述推销的凸缘外径大于弹簧的外径、并且小于销筒两端腔室的内径。

本实用新型中所述内部缸体竖直安装在外部缸体中，内部缸体的顶端延伸至外部缸体的之外。内部缸体沿着外部缸体的缸壁运动，相对于外部缸体的位置关系，内部缸体可看作为大截面的活塞形式，可将内部缸体作为冲击移动的第一级。高速活塞竖直安装在内部缸体中，其顶端位于内部缸体的之外，活塞在内部缸体中移动，其可视为冲击移动的第二级。外部缸体的顶端与内部缸体的缸壁接触部位设置有第一密封件，采用导向支撑环与填充聚四氟乙烯方式密封，外部缸体的缸壁与内部缸体的缸底接触部位设置有第二密封件，采用填充聚四氟导向带和填充聚四氟乙烯方式密封，内部缸体的缸壁与活塞的接触部位设置有第三密封件，采用填充聚四氟导向带和填充聚四氟乙烯方式密封，内部缸体的顶端与活塞杆的接触部位设置有第四密封件，采用导向支撑环与填充聚四氟乙烯方式密封。同时，在外部缸筒与外部缸底密封端盖、内部缸筒与内部环形缸盖之间均采用O形密封圈密封，保证整体结构的密封性能。活塞杆头与撞击模块接口之间设计为可拆卸结构，便于维护。

在内部缸体的缸壁上靠近缸底的位置设置有过油孔，在外部缸体的侧壁上设置有油液调节孔，液压油可通过油路与该调节孔相连通，油路上设置有液压调节阀。在内部缸体的内部底端面安装调流阀，使调流阀的两个推销凸缘位于过油孔的位置，堵住过油孔。在内部缸体的顶端设置有充气口与安全溢流阀的安装孔，在外部缸体的外部缸底密封端盖上设置有高压氮气的充放气口及高精度压力传感器、位移传感器的安装孔，相应的控制管路上有电磁开关阀或安全溢流阀。当缸内压力超过设定值时，安全阀打开，将缸内的一部分气体排入外界，保证缸内气体压力不超过设定值，起到安全保护的作用。

本实用新型的工作原理以及有益效果如下：

所述的多级联动的伸缩式气、液驱动装置，采用合适的结构模式实现气液能量的转换释放，同时采用高压气体（高压氮气）、液压油和相关的控制管路对多个腔室进行增压蓄能等多个功能的控制，采用多级联动的方式实现气体蓄能、能量快速转换释放等功能需求。

工作前，先向液压腔内注入预设量的液压油，在油液压力的作用下挤压调流阀的推销和弹簧，解除推销对过油孔的封堵，通过过油孔连通第一、二液压加速腔的两个腔室，液压油推动活塞移动至最低位置，此时过油孔在油压作用下仍处于连通状态。气体缓冲腔内充入高压氮气，推动活塞沿内部缸体往上移动至上限位置，当弹簧弹力大于油液压力时，调流阀的推销堵住过油孔。气体蓄能腔通过外部缸底密封端盖上的充气阀充入一定量的高压氮气，再往液压腔内注入液压油，在油液压力作用下推动内部缸体上移挤压气体蓄能腔增压。同时，通过外部缸底密封端盖上的高精度压力传感器与位移传感器实时监测蓄能腔内的气体压力和内部缸体的位置，不断调整腔体内压力，达到冲击试验所需的能量需求。开始工作时，调流阀的推销在此时液压油的作用下解除对过油孔的封堵，高压气源压缩液压油通过过油孔作用在活塞上，推动内部缸体和活塞分级伸出朝着试验试件的方向高速移动，活塞推动撞击模块以试验所需的冲击能量撞击试验试件。工作完成后，控制外部缸底密封端盖上的放气阀开启，气体蓄能腔开始放气泄压，内部缸体与活塞向着靠近外部缸底密封端盖的方向运动。

本实用新型的装置采用高压气源与液压站的方式，利用高压氮气和液压油作为装置的驱动介质，避免采用大流量、超高压力的液压驱动装置。同时，采用分级联动的输出方式，内部缸体和活塞依次伸出时可以获得较大的行程，在收缩后轴向尺寸较小，结构尺寸上得到优化，且能显著提升驱动速度和驱动稳定性，满足不同冲击速度的试验需求，有效地解决了需要短时间内不同冲击能量需求的试验要求，在航天、航空、民用等领域均可以应用。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为调流阀的主视图。

图中序号：1.外部缸体， 2.内部缸体，3.高速活塞（活塞），4.调流阀，5.外部缸底密封端盖，6.外部缸筒，7.内部缸筒，8.内部环形缸盖，9.推销，10.弹簧，11.销筒，12.腔室，13.充气阀，14.放气阀，15.位移传感器，16.压力传感器，17.单向充气阀，18.高精度压力传感器，19.油液调节孔，20.过油孔，21.撞击模块，22.外部环形缸盖，23. 气体蓄能腔， 24.第二液压加速腔，25. 第一液压加速腔， 26. 气体缓冲腔。

具体实施方式

本实用新型以下将结合实例（附图）作进一步描述。

如图1、2所示，本实用新型的多级联动的伸缩式气液驱动装置包括以共轴线方式依次套装在一起的外部缸体1、内部缸体2、高速活塞3，以及固定安装在内部缸体内腔底部的调流阀4；所述外部缸体1由外部缸底密封端盖5、外部缸筒6和外部环形缸盖构成，所述内部缸体2由内部缸筒7和内部环形缸盖8构成；且由内壁外部缸底密封端盖5内圆面和外部缸筒6内壁与内部缸体2的缸底外圆面共同构成气体蓄能腔23，由外部缸筒6内壁面、外部环形缸盖22内环面与内部缸体2的外圆柱面、以及内部缸体2的缸底内环面共同构成第一液压加速腔25，由内部缸体2的底腔与高速活塞3底端外圆面共同构成第二液压加速腔24，由内部缸体2的内壁面、内部环形缸盖8内环面、以及高速活塞3的外圆柱面、高速活塞3的底端内环面共同构成气体缓冲腔26；所述气体蓄能腔、气体缓冲腔与压缩气源相连，第二液压加速腔通过调流阀4、内部缸体2缸壁上加工出的过油孔20与第一液压加速腔相连通，第一液压加速腔通过外部缸筒6缸壁上设置的油液调节孔19与液压源相连。

进一步说，所述调流阀4包括两端加工有腔室12、且呈中空柱形结构的销筒11，设置在两端腔室12内的弹簧10，分别穿过相应端弹簧并延伸至销筒11中空腔内的左右推销9，所述左右推销9均为T形结构，且位于左右推销9外延端的凸缘分别与内部缸体2缸壁上相对加工出的过油孔20相密封配合。

所述高速活塞3的杆头端通过螺纹或法兰结构与撞击模块21相连接；所述撞击模块21为多种不同质量规格的模块。

所述外部缸底密封端盖5通过螺纹连接件封装在外部缸筒6底部，在外部缸底密封端盖5上设置有连通气体蓄能腔的充气阀13、放气阀14、位移传感器15和压力传感器16。

所述内部环形缸盖8与内部缸筒7之间通过螺钉连接，在内部环形缸盖8的上设置有连通气体缓冲腔的单向充气阀17、高精度压力传感器18。

所述推销9的凸缘外径大于弹簧10的外径、并且小于销筒11两端腔室12的内径。

本实用新型中所述压力传感器16为高精度压力传感器，可实时监测反馈气体蓄能腔内的压力大小，有效地实现气体蓄能增压所需的压力。所述调流阀4在工作初始阶段与气体蓄能增压过程中处于弹簧10被压缩、推销9收缩的状态，保证液压加速腔的两个腔体之间的连通，保证高速活塞3与内部缸体2位于冲击能量满足需求时的位置。在外部缸体1的顶端与内部缸体2的缸壁接触部位以及内部缸体2的顶端与高速活塞3的接触部位均采用导向支撑环与填充聚四氟乙烯方式密封，外部缸体1的缸壁与内部缸体2的缸底接触部位以及内部缸体2的缸壁与高速活塞3的接触部位均采用填充聚四氟导向带和填充聚四氟乙烯方式密封，保证各腔体的密封性能和安全性。

开始工作前，通过油液调节孔19使液压腔与油箱连通,往液压腔注入适量的液压油，高速活塞3下降至最下位。往气体缓冲腔内充入氮气至相应压力的设定值，高速活塞3上移。蓄能气体腔外部连通高压气源，往腔中充氮气至设定值，内部缸体2沿外部缸体1上移至设定位置，为蓄能腔增压。在液压油压力下，调流阀4的推销9解除对过油孔20的封堵，在高压氮气和液压油的作用下，内部缸体2和高速活塞3同步移动，推动撞击模块21沿着试验试件的方向移动，待撞击模块21加速到试验所需的冲击速度时与试验试件发生碰撞。此时，控制外部缸体1上放气阀14的开启，气体蓄能腔开始放气泄压，内部缸体2与高速活塞3向着靠近外部缸底密封端盖5的方向运动。

Claims (6)

1.一种多级联动的伸缩式气液驱动装置，其特征在于：所述装置包括以共轴线方式依次套装在一起的外部缸体（1）、内部缸体（2）、高速活塞（3），以及固定安装在内部缸体内腔底部的调流阀（4）；所述外部缸体（1）由外部缸底密封端盖（5）、外部缸筒（6）和外部环形缸盖构成，所述内部缸体（2）由内部缸筒（7）和内部环形缸盖（8）构成；且由内壁外部缸底密封端盖（5）内圆面和外部缸筒（6）内壁与内部缸体（2）的缸底外圆面共同构成气体蓄能腔（23），由外部缸筒（6）内壁面、外部环形缸盖（22）内环面与内部缸体（2）的外圆柱面、以及内部缸体（2）的缸底内环面共同构成第一液压加速腔（25），由内部缸体（2）的底腔与高速活塞（3）底端外圆面共同构成第二液压加速腔（24），由内部缸体（2）的内壁面、内部环形缸盖（8）内环面、以及高速活塞（3）的外圆柱面、高速活塞（3）的底端内环面共同构成气体缓冲腔（26）；所述气体蓄能腔、气体缓冲腔与压缩气源相连，第二液压加速腔通过调流阀（4）、内部缸体（2）缸壁上加工出的过油孔(20)与第一液压加速腔相连通，第一液压加速腔通过外部缸筒(6)缸壁上设置的油液调节孔(19)与液压源相连。

2.根据权利要求1所述的多级联动的伸缩式气液驱动装置，其特征在于：所述调流阀(4)包括两端加工有腔室（12）、且呈中空柱形结构的销筒（11），设置在两端腔室（12）内的弹簧（10），分别穿过相应端弹簧并延伸至销筒（11）中空腔内的左右推销（9），所述左右推销（9）均为T形结构，且位于左右推销（9）外延端的凸缘分别与内部缸体（2）缸壁上相对加工出的过油孔（20）相密封配合。

3.根据权利要求1所述的多级联动的伸缩式气液驱动装置，其特征在于：所述高速活塞（3）的杆头端通过螺纹或法兰结构与撞击模块（21）相连接；所述撞击模块（21）为多种不同质量规格的模块。

4.根据权利要求1所述的多级联动的伸缩式气液驱动装置，其特征在于：所述外部缸底密封端盖（5）通过螺纹连接件封装在外部缸筒（6）底部，在外部缸底密封端盖（5）上设置有连通气体蓄能腔的充气阀（13）、放气阀（14）、位移传感器（15）和压力传感器（16）。

5.根据权利要求1所述的多级联动的伸缩式气液驱动装置，其特征在于：所述内部环形缸盖（8）与内部缸筒（7）之间通过螺钉连接，在内部环形缸盖（8）的上设置有连通气体缓冲腔的单向充气阀（17）、高精度压力传感器（18）。

6.根据权利要求2所述的多级联动的伸缩式气液驱动装置，其特征在于：所述左右推销（9）的凸缘外径大于弹簧（10）的外径、并且小于销筒（11）两端腔室（12）的内径。

Images