一種缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸的制作方法
【專利摘要】現(xiàn)有的雙作用沖擊氣缸，存在沖擊噪聲極大，沖擊力較小，沖擊爆發(fā)臨界壓力控制精度低，返程耗能過多等顯著技術(shù)缺陷，致使其應(yīng)用范圍局限于小直徑氣缸，無法應(yīng)用于需要大直徑氣缸的沖壓機(jī)床上。本實(shí)用新型缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸，采用缸體組件運(yùn)動、缸內(nèi)具有返程復(fù)位氣體彈簧的技術(shù)方案，較現(xiàn)有雙作用沖擊氣缸，具有沖擊噪音大幅度降低，沖擊力顯著提高，沖擊爆發(fā)臨界壓力控制精度高，以及返回行程耗能甚微等突出優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)闆_壓機(jī)床等社會領(lǐng)域，提供一種技術(shù)性能較為完善、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高的新型氣動執(zhí)行元件。
【專利說明】
一種缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及沖擊氣缸領(lǐng)域，主要涉及一種缸體運(yùn)動的單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊氣缸是對蓄能缸的蓄能腔進(jìn)行限壓蓄能，使得運(yùn)動構(gòu)件受壓縮氣體作用的面積陡然擴(kuò)大，而在氣缸工作腔內(nèi)形成壓力沖擊波為技術(shù)特征的特殊氣缸。在缸徑、額定壓力相同的條件下，沖擊氣缸輸出的峰值沖擊力可達(dá)常規(guī)氣缸的20多倍，甚至50倍以上，而其工作行程耗能僅為常規(guī)氣缸的2倍左右。因此，對于需要瞬時(shí)沖擊力很大的場合，如某些沖壓機(jī)床等，采用沖擊氣缸取代常規(guī)氣缸，具有極為明顯的節(jié)能效果。
[0003]在工作原理上，沖擊氣缸特別適合于在沖壓機(jī)床上使用。但是，現(xiàn)有沖擊氣缸真正應(yīng)用于沖壓機(jī)床的，卻極為罕見。造成這種局面的根本原因，在于沖壓機(jī)床需要較大缸徑的沖擊氣缸。而在沖擊過程中，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的沖擊氣缸，如果缸徑較大，勢必造成有桿腔的容積過大(對于d/D=0.20的氣缸，有桿腔容積與無桿腔容積之比為0.96)，而活塞-活塞桿組件的沖擊速度極快，存在于有桿腔內(nèi)的大量氣體，因排放受阻，會產(chǎn)生高達(dá)100分貝以上的沖擊噪聲，這是絕大多數(shù)工業(yè)場合所不能接受的。此外，由于活塞-活塞桿組件在沖擊時(shí)的加速度極大，活塞有桿腔內(nèi)的氣體因排放受阻而對活塞形成的背壓會陡然升高，甚至?xí)够钊?活塞桿組件反向運(yùn)動，產(chǎn)生所謂“負(fù)位移”現(xiàn)象。盡管有人設(shè)計(jì)了所謂“快排”沖擊氣缸，但快排裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高昂，而且對沖擊噪聲降低幅度有限。
[0004]除了沖擊噪音極大之外，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的沖擊氣缸還有以下技術(shù)缺陷:1、現(xiàn)有沖擊氣缸大多都是雙作用的，其返回行程耗能接近于工作行程耗能的一半，能量浪費(fèi)極為嚴(yán)重。2、現(xiàn)有沖擊氣缸是依靠相關(guān)運(yùn)動部位的摩擦力，來控制壓縮氣體的沖擊爆發(fā)臨界壓力，可控性及精準(zhǔn)性極差。特別是壓力機(jī)用沖擊氣缸，一般都是垂直安放的，在蓄能階段，運(yùn)動部件會因?yàn)樽灾囟a(chǎn)生下滑，從而無法形成蓄能爆發(fā)功能；或蓄能有限，爆發(fā)力較小。3、沖擊氣缸的基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是，運(yùn)動部件的質(zhì)量應(yīng)該盡可能大，以便于在蓄能爆發(fā)后，能夠利用動能形成較大的沖擊力。而現(xiàn)有的沖擊氣缸。運(yùn)動部件為活塞-活塞桿組件，質(zhì)量難以大幅度增加。
[0005]由于現(xiàn)有沖擊氣缸存在上述明顯的技術(shù)缺陷，致使其應(yīng)用范圍，基本上局限于小直徑氣缸，基本無法應(yīng)用于沖壓機(jī)床。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種新型的低噪音、沖擊力大的節(jié)能沖擊氣缸，以滿足社會相關(guān)行業(yè)，特別是壓力機(jī)行業(yè)的迫切要求。
[0007]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采用的創(chuàng)新方案是:一種缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸，其運(yùn)動部分為缸體組件，固定部分為蓄能缸組件及活塞-活塞桿組件;所述活塞桿為中空狀，所述活塞-活塞桿組件形成桿內(nèi)容腔;所述桿內(nèi)容腔，與桿外容腔相互連通且對外部相對封閉，形成缸內(nèi)氣容;所述缸內(nèi)氣容充入并保持有用于缸體組件返程的壓縮氣體，形成返程復(fù)位氣體彈簧。
[0008]優(yōu)選地，所述活塞-活塞桿組件的活塞一端結(jié)構(gòu)，與所述缸體組件內(nèi)端結(jié)構(gòu)，以圓柱面密封配合方式，形成壓縮氣體作用面積的突變裝置。
[0009]由于上述創(chuàng)新方案的運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列突出優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、本實(shí)用新型新型沖擊氣缸，利用缸內(nèi)氣容形成缸體組件返程復(fù)位氣體彈簧，沖擊工作過程中，桿外容腔內(nèi)的氣體，不是像現(xiàn)有沖擊氣缸一樣流入大氣，而是流入桿內(nèi)容腔，而缸內(nèi)容腔是相對封閉的，所以沖擊噪聲會大幅度降低，完全可以降低至50分貝以下，能夠?yàn)榻^大多數(shù)工業(yè)場合所接受，完全可以應(yīng)用在沖壓機(jī)床上。
[0011]2、由于本實(shí)用新型新型沖擊氣缸的運(yùn)動部分為缸體組件，其質(zhì)量顯著大于現(xiàn)有沖擊氣缸的活塞-活塞桿組件，根據(jù)動能計(jì)算公式E=mv2/2，可知本實(shí)用新型沖擊氣缸在工作行程中，能夠獲得較大的動能，蓄能爆發(fā)后能夠利用動能形成更大的沖擊力。
[0012]3、現(xiàn)有沖擊氣缸是依靠相關(guān)運(yùn)動部位的摩擦力，來控制壓縮氣體的沖擊爆發(fā)臨界壓力，可控性及精準(zhǔn)性極差;而本實(shí)用新型新型沖擊氣缸，主要依靠氣體彈簧的返程復(fù)位背壓，來控制壓縮氣體的沖擊爆發(fā)臨界壓力，其可控性及精準(zhǔn)性大大提高。
[0013]4、由于本實(shí)用新型新型沖擊氣缸，利用氣體彈簧返程，返程力僅需要克服活塞-活塞桿組件的摩擦力及缸體組件重力，因而耗能甚微。因而比現(xiàn)有的雙作用沖擊氣缸，節(jié)能效果顯著。
[0014]綜上，本實(shí)用新型壓力機(jī)用缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸，在降低噪音，提高沖擊力，提高沖擊爆發(fā)臨界壓力控制精度，以及節(jié)約能源等諸方面，都較現(xiàn)有沖擊氣缸有了大幅度或明顯改善，是一種技術(shù)性能較為完善，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高的新型氣動執(zhí)行元件。
【附圖說明】
[0015]附圖為本實(shí)用新型壓力機(jī)用缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖。其中，圖1為原始狀態(tài)，圖2為蓄能腔蓄能、尚未沖擊爆發(fā)狀態(tài)，圖3為沖擊爆發(fā)的工作行程狀態(tài)，圖4為返回行程狀態(tài)。
[0016]圖中，1、缸體組件:11、桿外容腔;12、工作腔;13、尾腔排氣小孔
[0017]2、固定部分:21、活塞-活塞桿組件；22、空氣流通孔;23、桿內(nèi)容腔；24、蓄能缸組件;25、蓄能腔
【具體實(shí)施方式】
[0018]附圖為本實(shí)用新型壓力機(jī)用缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸的一個(gè)具體實(shí)施例。與現(xiàn)有一般沖擊氣缸不同的是，本實(shí)用新型采用缸體組件I運(yùn)動的方式，而活塞-活塞桿組件21是相對固定的，固定部分還包括與活塞-活塞桿組件21固聯(lián)的蓄能缸組件24。
[0019]由圖中可見，活塞-活塞桿組件21包圍有桿內(nèi)容腔22，活塞-活塞桿組件21與缸體組件I等自然形成桿外容腔11;在活塞-活塞桿組件21上，加工有空氣流通孔22，使桿內(nèi)容腔22與桿外容腔11實(shí)現(xiàn)互相連通，形成缸內(nèi)氣容;所述缸內(nèi)氣容充入并保持有用于返程的壓縮氣體，從而形成返程復(fù)位氣體彈簧;缸體組件I與活塞-活塞桿組件21形成工作腔12;活塞-活塞桿組件21的活塞一端，具有內(nèi)孔與密封圈，缸體組件位于工作腔12的內(nèi)端，具有圓柱狀端頭，二者配合形成壓縮氣體作用面積的突變裝置。此外，蓄能缸組件24具有蓄能腔25，活塞-活塞桿組件21的中部具有空氣進(jìn)出孔道，聯(lián)通蓄能腔25與工作腔12。
[0020]圖1為原始狀態(tài)，即準(zhǔn)備工作狀態(tài)。在該狀態(tài)下，二位三通閥處于右位，工作腔12與蓄能腔25通向大氣。桿外容腔11內(nèi)的返程壓縮氣體的作用力，使得缸體組件I處于最高位置。
[0021]圖2為所示為蓄能腔25蓄能、尚未沖擊爆發(fā)狀態(tài)。該狀態(tài)下，二位三通閥切換至左位工作，壓縮氣體進(jìn)入蓄能腔25及活塞-活塞桿組件21的中部空氣進(jìn)出孔道。但由于該狀態(tài)下壓縮氣體使缸體組件I向下運(yùn)動的作用力，是作用于缸體組件I內(nèi)端圓柱狀端頭上的力；因圓柱狀端頭直徑及橫截面面積太小，一般其直徑僅為活塞直徑的1/3左右，其橫截面面積僅為活塞橫截面面積的1/9左右，因此，蓄能腔25內(nèi)的壓縮空氣，壓力需要達(dá)到一定臨界值，才能夠推動缸體組件I向下運(yùn)動。所以，此時(shí)缸體組件I保持不動，仍然處于最高位置。
[0022]一旦系統(tǒng)壓力達(dá)到臨界壓力值，缸體組件I就會向下運(yùn)動，在其圓柱狀端頭脫離活塞-活塞桿組件21的活塞一端內(nèi)孔的一瞬間，作用面積突然由圓柱狀端頭的橫截面截面積，一下子擴(kuò)大到活塞即缸體內(nèi)孔的橫截面面積，由于壓縮氣體作用面積突然擴(kuò)大到原來的9倍左右，從而在工作腔12內(nèi)形成了氣體壓力沖擊波，缸體組件I就會以極大的加速度向下運(yùn)動，輸出沖擊力做功。該過程中，桿外容腔11內(nèi)的部分壓縮氣體，通過空氣流通孔22，流入桿內(nèi)容腔23，缸內(nèi)氣容背壓有所提高。該過程中，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程P1V1T1=P2V2T2，缸內(nèi)氣容壓力逐漸有所增加。但由于桿內(nèi)容腔23的容積，明顯大于桿外容腔11的容積，所以壓力增加的幅度不是很大。如圖3所示。
[0023]工作行程即缸體組件I輸出沖擊力做功階段結(jié)束后，二位三通閥又切換至右位工作，工作腔12與蓄能腔25又通向大氣。桿外容腔11內(nèi)壓縮氣體的作用力，使得缸體組件I向上運(yùn)動，進(jìn)行返程復(fù)位。該過程中，桿內(nèi)容腔23內(nèi)的部分壓縮氣體，通過空氣流通孔22，流入桿外容腔11，缸內(nèi)氣容背壓有所降低。該過程中，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程plVlTl=p2V2T2，缸內(nèi)氣容壓力逐漸有所降低，但降低幅度不是很大。如圖4所示。
[0024]返程復(fù)位過程結(jié)束后，缸體組件I又回到最高位置，即圖1所示原始的準(zhǔn)備工作狀態(tài)。在缸體組件I返程復(fù)位過程將近結(jié)束時(shí)，缸體組件I內(nèi)端的圓柱狀端頭，會插入活塞-活塞桿組件21的活塞一端具有密封圈的內(nèi)孔中，從而在缸體組件I內(nèi)端與活塞-活塞桿組件21的活塞一端之間，形成所謂尾腔。該狀態(tài)下，尾腔內(nèi)的空氣，通過缸體組件I上的尾腔排氣小孔13，排入大氣。直到缸體組件I回到最高位置。
[0025]向缸內(nèi)氣容充入并保持有返程壓縮氣體的控制裝置，可以有許多種技術(shù)方案，此處限于篇幅不予贅述。無論氣缸在何種工作狀態(tài)下，只要缸內(nèi)氣容的壓力，因?yàn)樾孤┑仍蚨陀谠O(shè)定的最低壓力時(shí)，控制系統(tǒng)便會發(fā)出信號，壓縮空氣便會從外部充入缸內(nèi)氣容。而一旦缸內(nèi)氣容壓力達(dá)到設(shè)定的最高壓力，控制系統(tǒng)又會發(fā)出信號而停止充氣。由于缸內(nèi)氣容形成的返程復(fù)位氣體彈簧的作用力，可以根據(jù)每個(gè)氣缸的實(shí)際摩擦力來進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整設(shè)定，所以能夠最大限度地降低返程作用力冗余。這一點(diǎn)，是彈簧復(fù)位返程的現(xiàn)有單作用沖擊氣缸，所根本不可能做到的。此外需要特別提醒注意的是，對缸內(nèi)氣容進(jìn)行充氣，一般是為了補(bǔ)充泄漏，其次數(shù)是很少的。
[0026]工作過程中壓縮氣體作用面積的突變裝置，也可以有多種技術(shù)方案，目前主要有端面密封與圓柱面密封兩大類。對于缸體運(yùn)動的沖擊氣缸而言，采用圓柱面密封結(jié)構(gòu)較為簡單可靠，故本實(shí)用新型優(yōu)選采用圓柱面密封結(jié)構(gòu)。
[0027]需要特別說明的是，本實(shí)用新型氣缸中的返程復(fù)位氣體彈簧，與現(xiàn)有的氣體彈簧，如氮?dú)鈴椈傻?，有著本質(zhì)的區(qū)別?，F(xiàn)有氣體彈簧，如氮?dú)鈴椈傻?，是一個(gè)相對獨(dú)立的封閉部件，根本無法在氣缸內(nèi)部使用。而本實(shí)用新型氣缸中的返程復(fù)位氣體彈簧，是利用缸內(nèi)氣容自然形成，不需要占據(jù)任何軸向空間。
[0028]上述實(shí)施例只是為了說明本實(shí)用新型的創(chuàng)新構(gòu)思與技術(shù)特點(diǎn)，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于上述特定的【具體實(shí)施方式】。凡根據(jù)本實(shí)用新型創(chuàng)新構(gòu)思實(shí)質(zhì)與技術(shù)特點(diǎn)而所進(jìn)行的各種變化或局部性的修飾，特別是壓縮氣體作用面積突變裝置的等效變化等，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸，其特征在于:運(yùn)動部分為缸體組件，固定部分為蓄能缸組件及活塞-活塞桿組件;所述活塞桿為中空狀，所述活塞-活塞桿組件形成桿內(nèi)容腔;所述桿內(nèi)容腔，與桿外容腔相互連通且對外部相對封閉，形成缸內(nèi)氣容;所述缸內(nèi)氣容充入并保持有用于缸體組件返程的壓縮氣體，形成返程復(fù)位氣體彈簧。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缸體運(yùn)動單作用低噪音節(jié)能沖擊氣缸，其特征在于:活塞-活塞桿組件的活塞一端結(jié)構(gòu)，與所述缸體組件內(nèi)端結(jié)構(gòu)，以圓柱面密封配合方式，形成壓縮氣體作用面積的突變裝置。
【文檔編號】F15B15/20GK205533534SQ201620354779
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】鐘康民, 竇云霞
【申請人】蘇州普來可瑞機(jī)電技術(shù)有限公司