CN218093716U - 直线驱动缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直线驱动缸，在活塞式直线驱动缸的缸体内，设有副活塞，及副活塞杆；所述副活塞的截面尺寸与所述缸体的内截面相匹配，所述副活塞与主活塞相平行设置，所述副活塞与主活塞之间为驱动腔；所述驱动腔通过主压流体入口与驱动流体站相通；所述副活塞与所述后缸盖之间沿所述缸体形成快速推进腔；所述快速推进腔与驱动流体入口相通；所述副活塞杆连接在所述副活塞上，并部分位于所述快速推进腔内；所述副活塞杆穿过所述后缸盖，并保持部分位于所述后缸盖外。本实用新型提高了在无功或低功行程时的运行速度，并减少了流体用量，从而提高设备运行效率，降低驱动流体站的功耗。

Description

直线驱动缸

技术领域

本实用新型涉及一种进行直线驱动的液压缸或气缸，属于机械驱动元件领域。

背景技术

在机械设备领域，经常使用液压缸或者气缸，执行直线驱动，可以统称为直线驱动缸。这类直线驱动缸，主要部件包括缸体、活塞、及活塞杆；在圆柱形的缸体内设有一个圆柱形的活塞，在活塞的一侧设有活塞杆，活塞杆穿过缸体端部的缸盖，活塞杆露出缸体外，作为直线驱动元件；通过在活塞的一侧缸体内注入液压油、或空气，驱动活塞沿缸体直线运动，进而带动活塞杆直线运动。

由于缸体、活塞都是圆柱形的，面积固定，这就导致在同样的驱动压力(驱动油压、或者驱动气压相同)下，想要获得更大的驱动力，就要增大活塞和缸体内腔的截面积，从而要求更大的驱动流体量(油量、或气量)。

在龙门剪(可参考中国专利公开号为CN206509581U的龙门剪，中国专利公开号为CN214264056U的双刃剪切龙门剪等)、液压打包机(可参考中国专利公开号为CN1765617A的卧式液压全自动打包机、中国专利公开号为CN216659013U的带顶杆的液压打包机等)，甚至压机等，采用直线驱动缸作为直线驱动元件的设备，往往直线驱动缸的加压工作过程中，前面很长一段行程都是无功或低功行程，最后一段才是需要大压力的行程。

这些机械设备，虽然大压力的工作行程较短，但受现有的直线驱动缸的结构限制，也只能采用通长的大尺寸活塞的大功率直线驱动缸；虽然受设备操作空间要求，或产品工作特性要求，直线驱动缸的大部分行程不产生大的驱动压力，但也不得不注入大量的驱动流体，使活塞杆运动到最终工作区域。

当需要设备工作效率提升时，就需要加大驱动流体的流量，提高注入速度，这就需要提高驱动流体站(液压站、或空压泵)的产出流体速度，势必增加了设备的成本。

这是长期困扰应用直线驱动缸产品的机械设备研发人员的问题，随着市场对设备运行效率提升的需求增加，以及对设备能耗降低的需求增加，有必要对直线缸体的结构进行改进，从而既降低能耗，又提高驱动速度，提高直线驱动缸所在设备的运行效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直线驱动缸，提高直线驱动缸在无功或低功行程的运行速度，减少流体用量，从而提高设备运行效率，降低驱动流体站的功耗。

为达到上述实用新型目的，本实用新型提供了直线驱动缸，为活塞式直线驱动缸；

包括缸体、前缸盖、后缸盖、主活塞、主活塞杆、驱动流体入口、回程流体入口；

所述主活塞的截面尺寸与所述缸体的内截面相匹配，所述主活塞将所述缸体的内腔分割为两部分，分别为回程腔，及驱动腔；

所述回程腔与所述回程流体入口相通；

所述主活塞杆连接在所述主活塞上，并部分位于所述回程腔内；所述主活塞杆穿过所述前缸盖，并保持部分位于所述前缸盖外；所述主活塞杆位于所述前缸盖外的部位为工作部；

在所述缸体内，还设有副活塞，及副活塞杆；

所述副活塞的截面尺寸与所述缸体的内截面相匹配，所述副活塞与所述主活塞相平行设置，所述副活塞与所述主活塞之间为驱动腔；所述驱动腔通过主压流体入口与驱动流体站相通；

所述副活塞与所述后缸盖之间沿所述缸体形成快速推进腔；所述快速推进腔与所述驱动流体入口相通；

所述副活塞杆连接在所述副活塞上，并部分位于所述快速推进腔内；所述副活塞杆穿过所述后缸盖，并保持部分位于所述后缸盖外。

作为本实用新型的进一步改进，所述主压流体入口为，在所述副活塞杆内设有第一主压流体通道；

所述第一主压流体通道贯穿所述副活塞，与所述驱动腔相贯通；

所述第一主压流体通道的入口位于所述副活塞杆位于所述后缸盖外的部分上。

进一步的，所述第一主压流体通道的入口位于所述副活塞杆的伸出端的端面上。

作为本实用新型的进一步改进，所述主压流体入口为，在所述主活塞杆内设有第二主压流体通道；

所述第二主压流体通道贯穿所述主活塞，与所述驱动腔相贯通；

所述第二主压流体通道的入口位于所述主活塞杆位于所述前缸盖外的部分上。

进一步的，所述第二主压流体通道的入口位于所述主活塞杆的伸出端前部的杆体面上。

作为本实用新型的进一步改进，在所述缸体上设有第三主压流体接口；当所述驱动腔移动到所述第三主压流体接口处时，可通过所述第三主压流体接口向所述驱动腔内注入驱动流体。

作为本实用新型的进一步改进，所述副活塞与所述主活塞之间设有支撑物；所述副活塞与所述主活塞之间始终存在所述驱动腔。

进一步的，所述副活塞或所述主活塞的端部面设有凹陷，形成预留驱动腔；

所述预留驱动腔的外围形成支撑体；

所述驱动腔体积最小时，所述预留驱动腔外围的支撑体抵在所述副活塞与所述主活塞之间。

进一步的，所述预留驱动腔与所述主活塞的接触面的面积，大于等于所述快速推进腔的有效流体推动面积。

进一步的，所述主压流体入口，在所述副活塞杆内设有第一主压流体通道；

所述第一主压流体通道贯穿所述副活塞，与所述预留驱动腔相贯通；

所述第一主压流体通道的入口位于所述副活塞杆位于所述后缸盖外的部分上。

本实用新型的直线驱动缸，通过在缸体内增加了副活塞，及副活塞杆；所述副活塞与所述后缸盖之间沿所述缸体形成快速推进腔，通过减小面积，可以实现主活塞杆的快速伸出；而所述副活塞与所述主活塞之间为驱动腔，驱动腔通过主压流体入口与驱动流体站相通，保留驱动腔的有效工作面积，可以在需要提供大压力时，仍旧输出较大的工作压力。

本实用新型的直线驱动缸，通过对内部结构的改进，提高在无功或低功行程时的运行速度，并减少了流体用量，从而提高设备运行效率，降低驱动流体站的功耗。

附图说明

图1为本实用新型的直线驱动缸的整体结构示意图；

图2为本实用新型的主压流体入口的设置方式示意图；

图3为本实用新型的直线驱动缸的内部横截面参数标注图；

图4为本实用新型的直线驱动缸的快速伸出过程的工作原理图；

图5为本实用新型的直线驱动缸的快速伸出过程与主压过程切换时的工作原理图；

图6为本实用新型的直线驱动缸的主压过程的工作原理图；

图7为本实用新型的预留驱动腔的设置示意图；

附图标记：缸体101、前缸盖102、后缸盖103；

回程腔1、驱动腔2、预留驱动腔21；快速推进腔3；

主压流体入口6、第一主压流体通道61、第二主压流体通道62、第三主压流体接口63；

主活塞7、主活塞杆8；副活塞9、副活塞杆10；驱动流体入口14、回程流体入口15。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，为本实用新型直线驱动缸的整体结构示意图，相对于普通的活塞式直线驱动缸，也包括缸体101、前缸盖102、后缸盖103、主活塞7、主活塞杆8、驱动流体入口14、回程流体入口15；所述主活塞7的截面尺寸与所述缸体101的内截面相匹配，所述主活塞7将所述缸体101的内腔分割为两部分，分别为回程腔1，其与所述回程流体入口15相通，及驱动腔2。

本实用新型的改进之处为，在原驱动腔2内，设有副活塞9，其上连接有副活塞杆10；所述副活塞杆10穿过所述后缸盖103；所述副活塞9与所述后缸盖103之间沿所述缸体101形成快速推进腔3，其内设有所述副活塞杆10，所述快速推进腔3与所述驱动流体入口14相通；所述主活塞7与所述副活塞9之间设有所述驱动腔2，所述驱动腔2通过主压流体入口6与驱动流体站相通。

如图2所示，所述主压流体入口6可有多种设置方式：

(1)在所述副活塞杆10内设有第一主压流体通道61，其贯穿所述副活塞9，与所述驱动腔2相贯通；所述第一主压流体通道61的入口优选的位于所述副活塞杆10的伸出端的端面上，所述第一主压流体通道61为贯通的直孔，加工方便。

(2)在所述主活塞杆8内设有第二主压流体通道62，其贯穿所述主活塞7，与所述驱动腔2相贯通；所述第二主压流体通道62的入口优选的位于所述主活塞杆8的位于所述前缸盖102外的杆体上，而非端面，因为端部一般需要与设备的工作部相连。

(3)在所述缸体101上设有第三主压流体接口63；当所述驱动腔2移动到所述第三主压流体接口63处时，可通过所述第三主压流体接口63，向所述驱动腔2内注入驱动流体。

如图3所示，为本实用新型的直线驱动缸的内部横截面参数标注：

(1)A＝缸体101内腔的横截面积＝主活塞7的横截面积＝副活塞9的横截面积；

(2)B＝副活塞杆10的横截面积；

(3)C＝主活塞杆8的横截面积；

A>B；A>C。

(4)S1＝回程腔1的横截面积＝A-C；

(5)S2＝驱动腔2的横截面积＝A；

(6)S3＝快速推进腔3的有效流体推动面积＝A-B。

本实用新型的直线驱动缸使用时，优选的将缸体101固定在目标设备的机架上，然后将所述主活塞杆8的端部与设备工作部相连；

驱动流体站的输出流速为Q(m³/s)，输出压强为P(Pa)。

下述过程中，暂不考虑各部位的摩擦力、阻力等的作用。

具体工作过程如下：

a，快速伸出过程；如图4所示，所述驱动流体入口14与驱动流体站相通，注入驱动流体；所述回程流体入口15与回油管路相通，或敞开，排出回程腔1内的流体介质；所述主压流体入口6封闭；

驱动流体对所述副活塞9施加压力，驱动所述副活塞9向工作方向运动；

此时，所述驱动腔2的空间很小，甚至没有；所述副活塞9直接，或者通过所述驱动腔2内残留的流体推动所述主活塞7运动，最终带动所述主活塞杆8伸出；

所述主活塞7、所述主活塞杆8、所述副活塞9、所述副活塞杆10的移动距离为La；

所述主活塞杆8的a阶段：

运行速度Va＝Q÷S3；

伸出耗时Ta＝La÷Va＝La×S3÷Q；

压力Fa＝P×S3；

驱动流体用量Ma＝La×S3。

b，主压过程；如图5所示，当所述主活塞杆8伸出距离La后，需要提高输出压力时，此时需要将所述主压流体入口6开启，并与驱动流体站相通，注入驱动流体；所述回程流体入口15与回油管路相通，或敞开，继续排出回程腔1内的流体介质；而所述驱动流体入口14需要及时断开与驱动流体站的连接，并且封闭；

驱动流体经所述主压流体入口6进入到所述驱动腔2，直接对所述主活塞7施加压力，驱动所述主活塞7继续向工作方向运动，即带动所述主活塞杆8继续伸出，直至如图6所示；

此时，所述驱动腔2内的驱动流体同样对所述副活塞9施加压力；

当直线驱动缸为液压缸时，所述快速推进腔3内的流体体积基本不会被压缩，故所述快速推进腔3的尺寸不会发生改变，所述副活塞9仍能保留在La的伸出距离位置。

当直线驱动缸为气缸时，所述快速推进腔3内的流体体积会被压缩，从而提高所述快速推进腔3内的压力，直至达到所述副活塞9两侧平衡，而所述快速推进腔3的尺寸会减小，所述副活塞9伸出距离将发生回缩，而小于La。

此处，所述主活塞杆8的b阶段以液压缸为例，不额外估算所述快速推进腔3内的流体体积压缩的情况：

所述主活塞7、所述主活塞杆8的移动距离为Lb；

所述主活塞杆8的b阶段：

运行速度Vb＝Q÷S2；

伸出耗时Tb＝Lb÷Vb＝Lb×S2÷Q；

压力Fb＝P×S2；

驱动流体用量Mb＝Lb×S2。

本实用新型的直线驱动缸，整个活塞杆的伸出耗时：

T＝Ta+Tb＝(La×S3+Lb×S2)÷Q；

驱动流体用量M＝Ma+Mb＝La×S3+Lb×S2。

如采用现有的直线驱动缸：活塞杆的伸出速度V`＝Q÷S2；

故运行整个活塞杆的伸出耗时：

T`＝(La+Lb)÷V`＝(La×S2+Lb×S2)÷Q；

驱动流体用量M`＝La×S2+Lb×S2。

本实用新型的直线驱动缸，相对于现有的直线驱动缸，

节约伸出耗时ΔT＝T`-T＝((La×S2+Lb×S2)-(La×S3+Lb×S2))÷Q＝La×(S2-S3)÷Q＝La×(A-(A-B))÷Q＝La×B÷Q；

节约注入的驱动流体用量ΔM＝M`-M＝(La×S2+Lb×S2)-(La×S3+Lb×S2)＝La×(S2-S3)＝＝La×(A-(A-B))＝La×B；

即当a阶段(无功或低功行程)移动距离La越长，副活塞杆10的横截面积B越大，节约的伸出耗时越多、节约注入的驱动流体用量越多(驱动流体本身用量越少)，直线驱动缸的增效越明显。

本实用新型的直线驱动缸使用时，为了进一步提高效率；当目标设备a阶段的工作压力需求极低，甚至仅是空行程时，可采用大输出流量、低输出压强的第一驱动流体站进行驱动，强调快速伸出；当进入到b阶段时，再切换至高输出压强的第二驱动流体站进行驱动，强调高压工作。通过配备2台不同输出性能的驱动流体站，可以进一步提高工作效率，并有望降低驱动流体站的综合能耗，甚至驱动流体站的综合采购成本。

本实用新型的直线驱动缸使用时，在a阶段过渡到b阶段时，如果所述副活塞9与所述主活塞7之间的所述驱动腔2过小，甚至完全没有时，往往会影响后续的主压过程的压力Fb的产生，故在a阶段开始，或过程中，所需的工作压力较小时(即工作阻力较小)，可设置活塞分离过程，即如图5所示，所述主压流体入口6与驱动流体站相通，注入驱动流体；驱动腔2。或者，在所述副活塞9与所述主活塞7之间设有支撑物(该支撑物可以是凸起的环面、或凸起的柱体、甚至凸起的纹路；支撑物可通过铣加工的形式，去除活塞端面上的料而形成；支撑物也可以通过在活塞端面上安装凸起物形成)，使两者起码保持一定距离的分离，从而始终存在所述驱动腔2。

即如图7所示，所述副活塞9的端部中间设有凹陷，形成预留驱动腔21，所述预留驱动腔21的外围形成支撑体，当所述主压流体入口6敞开时，所述预留驱动腔21外围的支撑体可抵在所述主活塞7上，从而直接推动所述主活塞7；所述主压流体入口6优选的采用第一主压流体通道61的形式，所述预留驱动腔21与所述主活塞7的接触面的面积S4，大于等于所述快速推进腔3的有效流体推动面积S3。

进一步的，基于上述实施方式，凹陷还可以设置在所述主活塞7的端部；所述凹陷可以不完全位于活塞的中间，如偏向一侧；所述凹陷也可以不完全以圆形凹陷的形式存在，如矩形、椭圆形、甚至不规则形状；所述凹陷还可与所述缸体101的内壁相贯通，从而使所述主压流体入口6以采用设置方式3进行设置，即在所述缸体101上设置第三主压流体接口63，通过第三主压流体接口63向预留驱动腔21内注入驱动流体。

即当本实用新型的直线驱动缸应用在液压打包机(中国专利公开号为CN1765617A的卧式液压全自动打包机)等输出压力要求连续递增的领域时，本实用新型的直线驱动缸先运行在a阶段快速伸出过程，由所述副活塞9通过所述预留驱动腔21外围的支撑体推动所述主活塞7向前运动；在a阶段过渡到b阶段时，驱动流体直接通过所述第一主压流体通道61，注入到所述预留驱动腔21内，此时由于S4≥S3，也将在瞬时产生大于a阶段快速伸出过程中的驱动压力Fa，使所述主活塞7可直接被推动，一旦推开即形成所述驱动腔2，输出的驱动压力也提高到Fb，进入b阶段的主压过程。

上述过程所述主压流体入口6优选的采用第一主压流体通道61的形式，即可确保驱动流体能够顺利的进入到所述预留驱动腔21内，又能使所述主活塞7侧驱动腔2的面积最大。

本实用新型的直线驱动缸，当每次的La距离固定时，则所述驱动腔2在所述缸体101内的起始位置也是固定的，则所述主压流体入口6可采用第三主压流体接口63的设置方式，预设在所述缸体101上(此时，所述主活塞7与所述副活塞9需要保持足够的间距，形成所述驱动腔2，方便驱动流体经第三主压流体接口63注入时，直接能产生Fb的压力；避免因有效面积不足，而阻力过大，造成无法及时分开所述主活塞7与所述副活塞9，形成所述驱动腔2)，其优点是所述第三主压流体接口63可随着缸体101一起进行固定。否则，当La的距离不固定时，仅能采用第一主压流体通道61，从所述副活塞9上，或采用第二主压流体通道62，从所述主活塞7上，向所述驱动腔2内注入驱动流体，实施b阶段的动作，相应的输油管道需要随着所述主活塞杆8、或所述副活塞杆10的运动，而进行移动。

本实用新型的直线驱动缸，加压工作完成，需要使所述主活塞杆8缩回时，即处于阶段c，复位过程；所述回程流体入口15与驱动流体站相通，向回程腔1内注入驱动流体；所述驱动流体入口14、及所述主压流体入口6同时或先后与回油管路相通，或敞开，排出驱动腔2、及快速推进腔3内的流体介质；

所述主活塞杆8的c阶段的移动距离为La+Lb：

运行速度Vc＝Q÷S1＝Q÷(A-C)；

缩回耗时Tc＝(La+Lb)÷Vc＝(La+Lb)×(A-C)÷Q；

驱动流体用量Mc＝(La+Lb)×S1＝(La+Lb)×(A-C)。

本实用新型的直线驱动缸的c阶段，与现有的直线驱动缸性能一致。

本实用新型的直线驱动缸使用时，主要利用所述主活塞杆8的向外伸出产生压力(推力)的过程，即a阶段快速伸出过程、b阶段主压过程；但本实用新型的直线驱动缸在工作时，并不需要严格限定a阶段、b阶段的先后顺序，实际上可根据具体的工作设备使用需求，以及应用需求，合理调配a阶段、b阶段的动作顺序；a阶段、b阶段还可以一定模式进行交替组合进行，甚至还可以在其中适时加入c阶段的复位过程。

本实用新型的直线驱动缸使用过程中，所述副活塞杆10并不参与向外施加压力；当然，也可以适当调整主压流体入口6、驱动流体入口14、回程流体入口15的工作顺序，也可以使本实用新型的直线驱动缸变成双向直线驱动缸，使所述主活塞杆8、所述副活塞杆10分别实施双向施压工作，即可将上述c阶段的所述主活塞杆8复位过程适当调整(封闭所述驱动腔2)，作为所述副活塞杆10的快速伸出过程。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不仅限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.直线驱动缸，为活塞式直线驱动缸；包括缸体、前缸盖、后缸盖、主活塞、主活塞杆、驱动流体入口、回程流体入口；

所述主活塞的截面尺寸与所述缸体的内截面相匹配，所述主活塞将所述缸体的内腔分割为两部分，分别为回程腔，及驱动腔；

所述回程腔与所述回程流体入口相通；

所述主活塞杆连接在所述主活塞上，并部分位于所述回程腔内；所述主活塞杆穿过所述前缸盖，并保持部分位于所述前缸盖外；所述主活塞杆位于所述前缸盖外的部位为工作部；

其特征在于，在所述缸体内，还设有副活塞，及副活塞杆；

所述副活塞的截面尺寸与所述缸体的内截面相匹配，所述副活塞与所述主活塞相平行设置，所述副活塞与所述主活塞之间为驱动腔；所述驱动腔通过主压流体入口与驱动流体站相通；

所述副活塞与所述后缸盖之间沿所述缸体形成快速推进腔；所述快速推进腔与所述驱动流体入口相通；

所述副活塞杆连接在所述副活塞上，并部分位于所述快速推进腔内；所述副活塞杆穿过所述后缸盖，并保持部分位于所述后缸盖外。

2.如权利要求1所述的直线驱动缸，其特征在于，所述主压流体入口为，在所述副活塞杆内设有第一主压流体通道；

所述第一主压流体通道贯穿所述副活塞，与所述驱动腔相贯通；

所述第一主压流体通道的入口位于所述副活塞杆位于所述后缸盖外的部分上。

3.如权利要求2所述的直线驱动缸，其特征在于，所述第一主压流体通道的入口位于所述副活塞杆的伸出端的端面上。

4.如权利要求1所述的直线驱动缸，其特征在于，所述主压流体入口为，在所述主活塞杆内设有第二主压流体通道；

所述第二主压流体通道贯穿所述主活塞，与所述驱动腔相贯通；

所述第二主压流体通道的入口位于所述主活塞杆位于所述前缸盖外的部分上。

5.如权利要求4所述的直线驱动缸，其特征在于，所述第二主压流体通道的入口位于所述主活塞杆的伸出端前部的杆体面上。

6.如权利要求1所述的直线驱动缸，其特征在于，在所述缸体上设有第三主压流体接口；当所述驱动腔移动到所述第三主压流体接口处时，可通过所述第三主压流体接口向所述驱动腔内注入驱动流体。

7.如权利要求1所述的直线驱动缸，其特征在于，所述副活塞与所述主活塞之间设有支撑物；所述副活塞与所述主活塞之间始终存在所述驱动腔。

8.如权利要求7所述的直线驱动缸，其特征在于，所述副活塞或所述主活塞的端部面设有凹陷，形成预留驱动腔；

所述预留驱动腔的外围形成支撑体；

所述驱动腔体积最小时，所述预留驱动腔外围的支撑体抵在所述副活塞与所述主活塞之间。

9.如权利要求8所述的直线驱动缸，其特征在于，所述预留驱动腔与所述主活塞的接触面的面积，大于等于所述快速推进腔的有效流体推动面积。

10.如权利要求8所述的直线驱动缸，其特征在于，所述主压流体入口，在所述副活塞杆内设有第一主压流体通道；

所述第一主压流体通道贯穿所述副活塞，与所述预留驱动腔相贯通；

所述第一主压流体通道的入口位于所述副活塞杆位于所述后缸盖外的部分上。

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