单缸单活塞式倍力节能缸及作动模块制造技术

本发明专利技术公开了一种单缸单活塞式倍力节能缸及作动模块，其中，单缸单活塞式倍力节能缸包括缸体、活塞及活塞杆，所述活塞将所述缸体的内腔分隔为相互隔绝的推力作动腔与拉力作动腔，所述活塞杆穿过所述拉力作动腔并向前穿出至所述缸体的外部，所述拉力作动腔内设有倍力节能高刚度压缩弹簧构成拉力型倍力节能缸，或者所述推力作动腔内设有倍力节能高刚度压缩弹簧构成推力型倍力节能缸。该倍力节能缸的输出力接近于现有的双缸双活塞二倍力缸，返回行程节能效果极为显著，绿色化特征明显；同时，该单缸单活塞倍力节能缸，较现有的二倍力缸结构简单，轴向尺寸小，制造成本低，安装调整方便，大幅度提高现有倍力缸的技术经济指标。

Single cylinder single piston double energy saving cylinder and actuating module

The invention discloses a single cylinder and single piston type double force energy-saving cylinder and an actuating module, wherein the single cylinder and single piston type double force energy-saving cylinder comprises a cylinder block, a piston and a piston rod, the piston divides the inner cavity of the cylinder block into a push actuating cavity and a pulling actuating cavity separated from each other, and the piston rod passes through the pulling actuating cavity and advances toward the pulling force actuating cavity. The force-doubling energy-saving high-rigidity compression spring is arranged in the tension actuation chamber to form the tension-type energy-saving cylinder, or the force-doubling energy-saving high-rigidity compression spring is arranged in the thrust actuation chamber to form the thrust-type energy-saving cylinder. The output force of the double-force energy-saving cylinder is close to that of the existing double-cylinder double-piston double-force cylinder, the energy-saving effect of the return stroke is remarkable, and the green characteristics are obvious; at the same time, the single-cylinder single-piston double-force energy-saving cylinder has the advantages of simple structure, small axial size, low manufacturing cost, easy installation and adjustment, and greatly improved compared with the existing double-force cylinder. Technical and economic indexes of existing double cylinder.

【技术实现步骤摘要】
单缸单活塞式倍力节能缸及作动模块
本专利技术涉及一种单缸单活塞式倍力节能缸及作动模块。
技术介绍
人们为了减小气缸与液压缸，特别是气缸的径向尺寸，会选择采用倍力缸(也称串联缸)，因为采用二倍力缸能够使缸径缩小40％左右，多倍力缸能够使缸径缩小更多。附图1是现有双作用二倍力气缸的结构原理图。由图中可见，后活塞杆5’与前活塞10’固联。当作为拉力缸使用时，其工作原理是：工作行程时，压力气体通过前活塞拉力作动腔气管管接头螺纹适配孔21’与后活塞拉力作动腔气管管接头螺纹适配孔17’，同时进入前活塞拉力作动腔20’与后活塞拉力作动腔16’，拉动后活塞4’-后活塞杆5’-前活塞10’-前活塞杆11’，一起向左运动，由前活塞杆11’输出拉力做功。拉力计算公式为F拉＝π(D2-d2)P/2(其中D为活塞直径，d为活塞杆直径，P为系统压力)。而普通缸的输出拉力为π(D2-d2)P/4。所以，图1所示二倍力缸的输出拉力，是普通缸输出拉力的2倍。设该气缸的工作行程为L工作，则工作行程耗能的计算公式为E工作＝π(D2-d2)L工作P/2。L工作＝Lmax时，气缸工作行程的耗能最大，E工作max＝π(D2-d2)L工作maxP/2。返回行程时，压力气体通过后活塞推力作动腔气管管接头螺纹适配孔1-14’与前活塞推力作动腔气管管接头螺纹适配孔1-18’，同时进入后活塞推力作动腔15’与前活塞推力作动腔19’，推动后活塞4’-后活塞杆5’-前活塞10’-前活塞杆11’，一起向右运动，返回原始位置。当返回原始位置停止运动时，后活塞推力作动腔15’与前活塞推力作动腔19’的气体压力均为系统额定压力P。设该气缸的最大行程为Lmax，则返回行程耗能计算公式为E返回＝πD2LmaxP/2。对比工作行程与返回行程耗能的计算公式，很明显Lmax≥L工作，而D2﹥(D2-d2)，因此返回行程耗能E返回大于工作行程耗能E工作。二者之差为E返回-E工作＝π(D2Lmax-D2L工作+d2L工作)P/2。而返回行程只需要克服相关部位的摩擦力，所需消耗的能量是极少的。因此，现有的双作用倍力气缸，能量浪费极为严重。气缸一个往复行程消耗的能量为E＝E工作+E返回＝π(D2-d2)L工作P/2+πD2LmaxP/2。当L工作＝Lmax时，气缸一个往复行程消耗的能量最大，为Emax＝E工作max+E返回＝π(D2-d2)L工作maxP/2+πD2LmaxP/2＝πD2LmaxP-πd2L工作maxP/2。很明显，改变二位四通换向阀的控制顺序，附图1所示现有输出拉力的双作用二倍力气缸，就成为输出推力的双作用二倍力气缸。但是，其返回行程耗能过多的根本原因并没有消除。造成现有双作用气缸能量严重浪费的根本原因，在于返回行程耗能过多。而返程耗能过多的物理学原因，则是因为拉力缸的推力作动腔能量利用率极低，而推力缸的拉力作动腔能量利用率极低。为了降低现有双作用倍力缸返回行程的耗能，人们自然会想到采用单作用倍力缸。附图2所示即为现有单作用二倍拉力气缸的结构原理图，与附图1所示双作用倍力缸结构不同的是，在某一个或两个推力作动腔内设有低刚度复位弹簧(图示为在前活塞推力作动腔19’内部设有低刚度复位弹簧23’)，采用二位三通阀换向阀进行单作用控制，相应的后活塞推力作动腔气管管接头螺纹适配孔与前活塞推力作动腔气管管接头螺纹适配孔，改为空气呼吸孔。工作行程时，二位三通阀换向阀22’左位工作，压力气体通过前活塞拉力作动腔气管管接头螺纹适配孔21’与后活塞拉力作动腔气管管接头螺纹适配孔17’，同时进入前活塞拉力作动腔20’与后活塞拉力作动腔16’，拉动后活塞-后活塞杆-前活塞-前活塞杆，克服低刚度复位弹簧23’的作用力，一起向左运动，由前活塞杆11’输出拉力做功。这个过程中，后活塞推力作动腔15’与前活塞推力作动腔19’，内部容积不断变小，那一部分空气便通过后活塞推力作动腔空气呼吸孔2-14’与前活塞推力作动腔空气呼吸孔2-18’，排入大气。拉力F拉与工作行程耗能E工作计算公式，与图附1所示气缸完全相同，即F拉＝π(D2-d2)P/2-F弹，E工作＝π(D2-d2)L工作P/2。返回行程时，二位三通阀换向阀22’切换至右位工作，后活塞拉力作动腔16’与前活塞拉力作动腔20’同时通向大气，在低刚度复位弹簧23’作用力下，后活塞-后活塞杆-前活塞-前活塞杆，一起向右运动返回原始位置。在这个过程中，后活塞推力作动腔15’与前活塞推力作动腔19’，内部容积不断变大，便通过后活塞推力作动腔空气呼吸孔2-14’与前活塞推力作动腔空气呼吸孔2-18’，吸入空气。图2所示单作用二倍拉力气缸，返回行程也需要耗能。如果忽略摩擦力，返回行程的耗能等于工作行程时低刚度复位弹簧受到压缩时所积蓄的势能。但是，由于复位弹簧的刚度极低，复位弹簧作用力相对于气缸的总推力与总拉力很小，所以返回行程耗能在工程计算上可以忽略不计。由于E返回≈0，所以气缸一个往复行程消耗的能量为E≈π(D2-d2)L工作P/2。而图1所示倍力气缸一个往复行程消耗的能量为E＝E工作+E返回＝π(D2-d2)L工作P/2+πD2LmaxP/2。节能量为E返回＝πD2LmaxP/2，大于工作行程耗能。因此，图2所示单作用二倍拉力气缸，与图1所示双作用二倍拉力气缸相比，可以节能50％以上。很明显，如果把低刚度复位弹簧23’移动到前活塞拉力作动腔20’内部，并对空气呼吸孔与气管管接头螺纹适配孔做相应改变，则图2所示单作用二倍拉力气缸，就变为单作用二倍推力气缸。通过进行深入的技术功能与价值工程分析，可以发现图1、图2所示现有二倍力缸，具有下列突出的技术缺陷：(1)二倍力气缸、液压缸，必须具有前、后2只缸筒及前、后2只活塞，轴向尺寸大，结构复杂拖沓，联接装配不便，总体体积大；(2)具有后活塞推力作动腔、后活塞拉力作动腔、前活塞推力作动腔与前活塞拉力作动腔一共4个腔，并具备相应的4个气管管接头螺纹适配孔或空气呼吸孔，不仅自身结构复杂，而且外部管路布置也甚为不便，还需要增加三通接头等附件，总体制造成本高，安装调整费时费力；(3)双作用倍力缸返回行程耗能过多，能量浪费严重；(4)由于各个作动腔的气管管接头螺纹适配孔，与油管气管管接头螺纹适配孔标准不同，所以不能与油管管接头通用适配，因而造成图1、图2所示二倍力缸，仅能用于气压传动而不能用于液压传动；(5)单作用倍力缸虽然解决了双作用倍力缸返回行程耗能过多的问题，相对于双作用倍力缸可以节能50％以上，但同时却带来了两个严重弊病：一是后活塞推力作动腔15’与前活塞推力作动腔19’，必须设有相应的空气呼吸孔2-14’、2-18’，以保证活塞-活塞杆来回运动时，推力作动腔内部的空气能够自由排出或吸入。但是，空气呼吸孔2-14’、2-18’的存在，必然导致空气中的粉尘等杂质异物吸入推力作动腔15’、19’内部，并进入前后活塞的动密封摩擦副13’、7’，这无疑会显著缩短缸的使用寿命；二是设置低刚度复位弹簧的推力作动腔，由于复位弹簧需要占用轴向空间而纵向尺寸变大。单作用倍力缸由于存在上述严重弊病，造成在工业领域几乎没有应用；(6)现有的气缸与液压缸，无论是单纯缸还是倍力缸，都是具有完整功能的执行元件。所谓完整功能，是指该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单缸单活塞拉力型双作用倍力节能缸，包括缸体、活塞及活塞杆，其特征在于：所述活塞将所述缸体的内腔分隔为相互隔绝的推力作动腔与拉力作动腔，所述活塞杆穿过所述拉力作动腔并向前穿出至所述缸体的外部，所述拉力作动腔内设有倍力节能高刚度压缩弹簧。

【技术特征摘要】
1.一种单缸单活塞拉力型双作用倍力节能缸，包括缸体、活塞及活塞杆，其特征在于：所述活塞将所述缸体的内腔分隔为相互隔绝的推力作动腔与拉力作动腔，所述活塞杆穿过所述拉力作动腔并向前穿出至所述缸体的外部，所述拉力作动腔内设有倍力节能高刚度压缩弹簧。2.根据权利要求1所述的单缸单活塞拉力型双作用倍力节能缸，其特征在于：所述倍力节能高刚度压缩弹簧套设在所述活塞杆上并完全地收容在所述拉力作动腔中。3.根据权利要求2所述的单缸单活塞拉力型双作用倍力节能缸，其特征在于：所述缸体包括缸筒、前端盖及后端盖，所述倍力节能高刚度压缩弹簧的两端分别抵挡在所述活塞与所述前端盖上。4.一种单缸单活塞推力型双作用倍力节能缸，包括缸体、活塞及活塞杆，其特征在于：所述活塞将所述缸体的内腔分隔为相互隔绝的推力作动腔与拉力作动腔，所述活塞杆穿过所述拉力作动腔并向前穿出至所述缸体的外部，所述推力作动腔内设有倍力节能高刚度压缩弹簧。5.根据权利要求4所述的单缸单活塞推力型双作用倍力节能缸，其特征在于：所述活塞与所述活塞杆上开设有内孔，所述内孔与所述推力作动腔连通，所述倍力节能高刚度压缩弹簧全部或者部分地设于所述内孔中。6.根据权利要求5所述的单缸单活塞推力型双作用倍力节能缸，其特征在于：所述缸体至少具有缸筒与后端盖，所述推力作动腔中还设有弹簧导柱，所述弹簧导柱的后端固接在所述后端盖上，所述弹簧导柱的前端能够相对滑动地...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晔，李艳，魏山虎，钟康民，
申请(专利权)人：苏州劳灵精密机械有限公司，苏州普来可瑞机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32