流體動力缸的製作方法
2023-06-05 01:16:06
專利名稱：流體動力缸的製作方法
技術領域：
本發明涉及流體動力缸，尤其是氣動缸，但不僅限於氣動缸。
眾所周知，當氣動缸的運動接近衝程結束時，要讓氣動缸的運動減慢下來，或使其受到「緩衝」。這種緩衝的主要目的是防止損傷缸所驅動的負載，和/或避免缸體本身因活塞以高速碰撞缸體端部而可能發出的損壞。通常，緩衝僅在每個衝程結束前一小段期間起作用。然而，存在著這樣的應用，它要求在整個延續長度範圍內提供緩衝，但採用普通的緩衝技術這是不可能的或行不通的。本發明的目的是設計一種向流體動力缸(例如氣動缸)提供延續緩衝的機構。
因此，按照本發明，提供一種流體動力缸，它包括一個帶腔的缸體、一個在腔內可以沿縱向作往復運動且在其上固定有運動傳遞部件的活塞、位於腔一端的一個主流體排氣通道和一個輔助流體排氣通道、以及由該活塞攜帶的密封件，在活塞向上述腔端運動期間該密封件在預定階段封閉住上述主排氣通道，因而在活塞向上述腔端作進一步運動期間流體只能經輔助排氣通道排出，於是對活塞向上述腔端的進一步運動起緩衝作用，其特徵在於活塞有縱向安裝在其內的細長支承件，在細長支承件的一端固定支承著上述密封件，支承件和活塞可彼此沿縱向在兩個位置之間相對滑動，在其中的第一位置密封件靠近活塞，而在第二位置密封件遠離活塞，該動力缸還包括一個在活塞向上述腔端的初始運動之前或期間將支承件從上述第一位置移到上述第二位置的機構，在其進一步向上述腔端運動期間，活塞可以沿縱向相對於支承件作運動，直到達到上述第一位置，而密封件仍然是靜止的，且封閉住主排氣通道。
原則上，根據本發明構成的缸可以是單作用缸，也就是這樣一種缸，它僅在一個方向提供動力衝程，而在相反方向是靠壓縮彈簧返回的。然而更通常的，它是一種雙作用缸，也就是說沿其運動的每個方向都提供動力衝程。下面說明書將涉及到一種雙作用缸，這種缸的缸腔兩端各有一個流體進口通道、一個主排氣通道和一個輔助排氣通道，因此，儘管在不太通常的情況下，這種結構可以僅在其衝程之一按照本發明的方法來緩衝，但其在每個衝程都可以有緩衝作用。正如常規情況，流體進口通道和主排氣通道通常為同一個通道，它在特定時間所起的作用由實踐中比較成熟的方向控制閥來加以控制。又如同在常規的缸中，運動傳遞部件可以是活塞杆或者所謂無活塞杆缸的傳遞部件。
正如上面指出的，腔兩端通常會各有一個輔助排氣通道，因此藉助於設置另一個實現前述功能的密封件可以在每個動力衝程期間都得到緩衝。正如在普通的緩衝缸中，輔助排氣通道的橫截面面積比主排氣通道小得多，並且就此排氣通道的性質而言，最好裝有可調的節流裝置。
如同可明顯看到的那樣，在按照本發明構成的缸中，緩衝起作用的活塞衝程長度可以比一般設計中僅在每個衝程結束前局部起緩衝作用的衝程長度大得多。在許多應用中，延長緩衝程度很有用，例如氣動操作的鐵路客車門。
下面藉助於具體實例並結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。
圖1是按本發明構成的雙作用氣動缸在其進氣衝程期間的側剖視圖，其中主排氣通道密封件是用機械和氣動方式來操縱的；圖2是類似於圖1的側剖視圖，但表示處於進氣衝程結束時的氣動缸；圖3是類似於圖1和圖2的側剖視圖，但表示在排氣衝程時的氣動缸；圖4至圖6分別是類似於圖1至圖3的側剖視圖，但其中主排氣通道密封件僅僅藉助於壓縮彈簧以機械方式來操縱的；圖7a和7b是分別說明另兩個根據本發明構成的氣動缸的示意側剖視圖。
首先參看圖1，氣動缸包括一個兩端分別由端蓋2和3封閉的缸體1。活塞4以軸向可滑動方式設置在缸體1的腔內，且有一個固定在其上的活塞杆5。在活塞4的外圓柱表面和缸體1的腔壁之間，藉助於一系列位於活塞4上環形槽中的環形密封環6、7和8來形成氣密密封。
活塞杆5延伸穿過端蓋2上的孔9，孔9中配置了一個環形支承件10和一個環形密封件11。孔9的內端在12處加大，從而在活塞杆5周圍形成一個環形通道13，該通道13與端蓋2上帶螺紋的主進氣/排氣口14相通。端蓋2還有一個輔助排氣通道15，它經可調的錐形節流螺釘16與環形通道13相通。
端蓋3上類似地設置了相應的通道13′和15′、一個主進氣/排氣口14′以及一個可調的節流螺釘16′。
正如下面將要理解的，上述特徵一般來說包括在傳統的雙作用缸中，這樣的雙作用缸在進氣和排氣衝程各自結束之前的部分衝程期間具有緩衝作用。然而，根據本發明，在每個衝程的整個延續期間提供了緩衝措施。尤其是，活塞杆5縱向空心部分同軸地安裝一個缸17，在此缸內，密封地、且軸向可滑動地安裝了一個小活塞18。活塞18與軸向延伸穿過活塞4的活塞杆19成一整體，活塞杆19遠離活塞的那一端支承著一個密封件20。密封件20向前的斜角表面上帶有一個0型密封圈21，該密封圈在氣動缸的部分進氣衝程期間封閉住通道13′。實際上，圖1表示在進氣衝程期間緩衝開始時密封件20的位置。
氣動缸還包括一個環形導向件22，它以滑動配合方式設置在缸體1內。導向件22環繞包圍著活塞杆19，有兩根連結杆23和24的端部固定在導向件上，這兩根連結杆以可密封滑動配合的方式穿過各自沿活塞4縱向上形成的孔25和26。連結杆23和24的另一端固定在密封件27上，該密封件27以滑動配合方式密封地安裝在活塞杆5上。密封件27帶有一個O形密封圈28。部件22、23、24、27和28的組合，就象部件17至21的組合在氣動缸進氣衝程期間所起作用一樣，在氣動缸排氣衝程的延續期間提供了緩衝作用，這將在下面作比較詳細的描述。
下面詳細地研究一下圖1，正如已提到的，圖1表示在完成進氣衝程期間的氣動缸；可以看到，活塞19/密封件20處於完全拉開的位置。事實上，在前一排氣衝程緩衝階段也達到此位置(參見後面結合圖3所作的描述)。為了實現進氣衝程，壓縮空氣經過普通的方向控制閥(圖中未畫出)、口14和通道13進入缸的左腔29。同時，口14′藉助於方向控制閥與大氣相通，從而缸右腔30的空氣可以經通道13′和口14′排出。出於後面將要說明的原因，在活塞杆5空心部分的壁上開有一個小的徑向孔31，它經過該壁和缸17之間形成的環形通道32和缸17的開口端33與缸17相連通。此外，缸17的另一端經環形通道34′與活塞4上的通道34相通。
缸以其最大要求速度繼續其進氣衝程直到它最後實際上達到圖1所示位置；到此之後，在標記有A的距離範圍內進氣衝程的緩衝開始起作用。那時，通往通道13′的主入口被密封件20所攜帶的密封圈21封住，在活塞4繼續作進氣衝程運動時，腔30中的空氣僅僅經排氣通道15′/節流螺釘16再通過口14′排出。因而活塞4的速度將取決於節流螺釘16′的調節情況而減小。缸則以緩衝方式完成其進氣衝程，活塞4在活塞杆19上滑動，因而活塞18、活塞杆19和密封件20最後重現其完全縮回的位置。圖2表示進氣衝程結束時的缸，為清楚起見，省略了圖中的附圖標記。
在缸進氣衝程緩衝階段開始時，從圖1可以看到導向件22緊靠端蓋3的內表面，密封件27緊靠活塞4的左邊表面，也就是說密封件27相對於活塞4處於完全縮回的位置。缸的前一排氣衝程結束時將會達到這個位置。然而，在進氣衝程緩衝階段，活塞4在連結杆23、24上滑動，並且在該衝程結束時緊靠在決定進氣衝程極限位置的導向件22上。於是，密封件27相對於活塞4達到其完全拉開的位置，為完成排氣衝程作好準備。
再參看圖3，它表示在排氣衝程期間的缸，排氣衝程由方向控制閥的換向來實現，從而壓縮空氣送到口14′，而口14變成與大氣相通(排氣)。最初，使密封件20軸向向左移動，壓縮空氣經通道13′完全流入腔30。因此，排氣衝程以其最大要求速度進行，直到圖3所示位置。在此位置，安裝在密封件27上的O形密封圈封住通道13的主入口並且腔29中的空氣僅能通過通道15和節流螺釘16排出。因此，排氣衝程出現緩衝，並且在圖3中標有A′的排氣衝程剩餘長度範圍繼續被緩衝，在此期間，活塞4在連結杆23和24上滑動，直到其靠近用作限制缸排氣衝程的密封件27的內表面。在此同時，活塞18相對於缸17會呈現出圖1所示的位置，即完全拉開的位置，為下一個進氣衝程作好準備。
上面所描述的動作順序適用於氣動缸完全完成進氣衝程和排氣衝程的情況。然而，即使前一衝程未完全完成，後一衝程的延續緩衝也會發生。參看附圖1，例如在圖1所示位置，如果缸藉助於方向控制閥的換向來完成排氣衝程，腔30中的壓縮空氣會經通道34和34′進入缸17的右端，因而使活塞18向左運動，缸17左邊的空氣經孔31、腔29和口14排到大氣中。活塞18的這種運動也會使密封件27同樣完全向左運動，也就是說將密封件27帶到其相對於活塞4完全拉開的位置。因此，這種特別的排氣衝程有可能在整個長度A′範圍內得到緩衝。
類似地，如果在轉換成進氣衝程之前排氣衝程未完全完成，則由於腔29中的壓縮空氣經孔31進入缸17的左邊部分，缸17右邊的空氣經通道34′、34′、腔30和口14′排出，密封件20將被帶到相對於活塞4拉開的位置。因此，進氣衝程有可能在整個長度A範圍得到緩衝。
正如剛才所描述的那樣，不管在從不完全進氣衝程轉換成排氣衝程和反過來從不完全排氣衝程轉換成進氣衝程時活塞4所處的位置，以氣動方式使密封件20和27到達相對於活塞4位開的位置必然會發生。
如下面將要說明的那樣，上述結構在缸每個衝程的延續長度範圍內提供了緩衝作用。當然發出緩衝的衝程長度(A和A′)可以通過改變活塞杆19以及連結杆23和24的長度來改變，緩衝程度可以通過合適地調節節流螺釘16和16′來改變。
圖4到圖6描述了一個基本上與圖1至3所示氣動缸相同的雙作用氣動缸，但其中密封件20和27的位置調整僅僅以機械方式來控制。在圖4和圖6中，相應於圖1和圖3中的部件分別採用相同的附圖標記。
首先參看圖4，它表示在進氣衝程期間緩衝開始時的缸，密封件20及其0型密封圈21安裝在固定於導向件22上的塞形連接件35上。導向件22上固定著連結杆36的一端和管37的一端。連結杆36和管37的另一端分別與第二根管38和第二連結杆39以可伸縮的方式相連接在第二根管38和第二連結杆39遠離導向件22的一端上安裝了密封件27。管37和38可滑動地安裝在活塞4上的孔40、41中。然而，管37相對於活塞4的向右運動和管38相對於活塞4的向左運動分別藉助於其在37′和38′處的嗽叭形管端來加以限制。
每根管37、38內分別裝有以及每根連接杆36、39分別圍繞著相同的壓縮彈簧42、43、44和45。彈簧43和44的相鄰端緊靠在一個圓筒形隔套46上，該隔套46可滑動地安裝在連接杆36上和管38中；而彈簧42和45的相鄰端緊靠在一個同樣的隔套47上，該隔套47可滑動地安裝在連結杆39上和管37中。
在圖4所示的位置，兩密封件20和27都被壓縮彈簧42至45推到它們完全拉開的位置，尤其是密封件20/密封圈21封住通道13′的主入口。在繼續向腔29供給壓縮空氣時，活塞4在有標記A的距離範圍內以緩衝方式繼續其進氣衝程，從而連結杆36和39各自完全縮入到管38和37中，並且彈簧42和45受到同等的壓縮。圖5表示進氣衝程結束時的缸，為清楚起見省略了附圖標記。
圖6表示在排氣站程期間緩衝開始時的結構。在這裡可看到，密封件20和27兩者與圖4中一樣都處於完全拉開的位置，但在繼續向腔30供給壓縮空氣時，活塞4在距離A′範圍內以緩衝方式繼續其排氣衝程，於是連結杆36和39再次分別完全縮入到管38和37中，且彈簧42和45受到同等的壓縮。
相應地，在缸每個衝程的延續長度(A或A′)的範圍內再次提供了緩衝，這可以通過改變管37和38以及連結杆36和39的長度來改變。
正如將要說明的那樣，對圖4至圖6的實施方式，即使前一衝程未完成，也為下一衝程提供了延續的緩衝作用。這個特點象圖1至3的實施方式情況一樣，對於用本發明的缸來驅動鐵路客車門來說是很有用的，在那裡，由於關門時乘客的阻擋會使門重新打開，而且一旦乘客離開門就關閉。
圖7a和7b描述了特別適用於任何公知的所謂無活塞杆缸中的延續緩衝結構，對於這種無活塞杆缸讀者可參閱歐洲專利說明書No.68088和69199中所描述和所要求保護的無活塞杆缸。
參看圖7a和7b，無活塞杆缸包括一個細長的空心缸體1，例如用鋁擠壓而成，缸體1兩端由端蓋2和3封閉。端蓋2和3各自帶有通道4和5，通道4和5在其出口端分別在6和7處車有螺紋，以便與方向控制閥(圖中示畫出)相連接，這與傳統的一樣。通道4和5的內端分別終止在構成主進氣/排氣口的加大喇叭型口8和9處。
每個端蓋2和3也分別帶有輔助排氣通道10和11，該輔助排氣通道上設置了一個固定的、或如圖所示可調節的節流閥。
空心缸體1構成一個缸腔，其中以可滑動方式安裝了一個主活塞組件12，主活塞組件上固定著一個運動傳遞部件13。該運動傳遞部件13從開在缸體1上、沿缸體1整個長度方向上延伸的、密封的槽中伸出。這種型式無活塞杆缸的結構和操作的進一步詳細情況可以查閱到，例如可從上述歐洲專利說明書中查找到。
主活塞組件12將缸腔分隔成右腔14和左腔15，藉助於方向控制閥交替地向右腔14和左腔15送入壓縮空氣，以使缸動作並使其完成往復衝程。
主活塞組件12上開有軸向孔16，孔內可滑動地安裝了一根杆(或管)17。O型密封圈18和19設置在孔的兩端，不僅提供流體密封，而且還以摩擦方式嚙合住杆17。
杆17的兩端分別裝有密封件20、21，它們各有一個支承O型密封圈22、23的錐形表面。
可滑動的杆/密封件構成的組件可用來使缸衝程在其延續長度範圍內起緩衝作用，下面將對此作更詳細的描述。
首先研究圖7a，它表示向右衝程結束時的無活塞杆缸，其中可以看到，密封件21密封地與喇叭形口9相嚙合，而主活塞組件12緊靠密封件21。在另一邊，可以看到密封件20位於遠離主活塞組件12的位置，相隔距離A。為使活塞組件12以及運動傳遞部件13完成向左的衝程，壓縮空氣經方向控制閥、通道5和喇叭形口9送入腔14。與此同時，腔15經喇叭形口8、通道4和方向控制閥與大氣相通(排氣)。在密封件21移動而離開喇叭形口9後，活塞組件12運動到圖7b所示位置並攜帶著杆17/密封件20、21隨同它一起進到同樣的相對位置。
在圖7b所示位置，可以看到密封件20/O型密封圈22此時密封地與喇叭形口8相嚙合，於是封閉主排氣通路。然而，在活塞組件12繼續運動時，腔15內的空氣經軸向排氣通道10連續排出，但速度大大減小。相應地，活塞組件12的速度顯著地減小，也就是說，在距離A範圍運動被緩衝。在活塞組件12這樣繼續作緩衝運動時，它在杆17上滑動，直到它緊靠密封件20，因而到達向左衝程的終點。此時，密封件21將處於遠離活塞組件12的位置，為無活塞杆缸在下一個向右衝程期間再提供一個長度A範圍內的緩衝，下一個向右衝程是用通常方式使方向控制閥換向來實現。
因此，藉助這種很簡單的結構提供了延續的緩衝，而且每個衝程中緩衝起作用的長度A可以按要求簡單地通過改變杆17的長度來改變。
正如圖1到6專門描述的實施例一樣，即使其前一衝程未完全完成，此衝程期間在整個長度A或A′上仍然發生緩衝。於是，即使說向左衝程未完全完成，在下一個向右衝程開始的同時，杆17由於其兩側所受的壓差會完全向右運動，直到密封件20緊靠主活塞組件12的左側表面。
權利要求
1.一種流體動力缸，包括一個帶腔的缸體、一個在腔內可沿縱向作往復運動且在其上固定有運動傳遞部件的活塞、位於腔一端的一個主流體排氣通道和一個輔助流體排氣通道、以及由該活塞攜帶的密封件，在活塞向上述腔端運動期間該密封件在預定階段封閉住上述主排氣通道，因而在活塞向上述腔端作進一步運動期間流體只能經輔助排氣通道排出；於是對活塞向上述腔端的進一步運動起緩衝作用，其特徵在於活塞有縱向安裝在其內的細長支撐件，在細長支承件的一端固定支承著上述密封件，支承件和活塞可彼此沿縱向在兩個位置之間相對滑動，在其中的第一位置密封件靠近活塞，而在第二位置密封件遠離活塞；該動力缸還包括一個在活塞向上述腔端的初始運動之前或期間將支承件從上述第一位置移到上述第二位置的機構，在其進一步向上述腔端運動期間，活塞可以沿縱向相對於支承件作運動，直到達到上述第一位置，而密封件仍然是靜止的，封閉住主排氣通道。
2.按照權利要求1所述的流體動力缸，其特徵在於運動傳遞部件是從活塞的一側沿缸體軸向延伸的活塞杆，上述密封件位於活塞的另一側，細長支承件軸向穿過活塞延伸，其另一端可滑動地並且密封地安裝在活塞杆的軸向孔內，動力缸還包括把加壓操作流體從缸體的腔輸送到活塞杆軸向孔的流體供給通道，因而由於上述操作流體對上述位於活塞杆軸向孔內的支承件另一端的作用使上述細長支承件和上述密封件移動到上述第二位置。
3.按照權利要求2所述的流體動力缸，其特徵在於活塞的雙向運動都能發生前述的緩衝，該動力缸在上述活塞一側還有另一個密封件，其固定在另外的細長支承件的一端，該細長支承件縱向可滑動地安裝在活塞上，上述另外的支承件/另一個密封件在活塞向缸體另一端的初始運動之前或期間可在兩個位置之間運動，在其中第一個位置另一個密封件靠近活塞，而在第二位置另一個密封件遠離活塞。
4.按照權利要求3所述的流體動力缸，其特徵在於上述另外的支承件/另一個密封件，藉助於活塞向上述一端運動期間活塞相對於其作運動，或者藉助在將流體壓力供給到活塞杆內軸向孔而引起其餘的支承件/密封件從其第二位置移動到第一位置時隨其餘支承件/密封件一起動作，可以在其第一和第二位置之間運動。
5.按照權利要求1所述的流體動力缸，其特徵在於細長支承件/密封件被一個或多個壓縮彈簧推到上述第二位置。
6.按照權利要求5所述的流體動力缸，其特徵在於活塞的雙向運動都能發生前述的緩衝，該動力缸包括各自配置在活塞兩側的細長支承件/密封件，上述各自的細長支承件彼此可伸縮地相互連接，並且藉助於上述壓縮彈簧推向或推入它們各自的第二位置。
7.按照權利要求1所述的流體動力缸，它是無活塞杆型缸，活塞的雙向運動都發生前述緩衝，其特徵在於細長支承件包括軸向密封地延伸完全穿過活塞並超過活塞兩側的杆或管，在此杆或管的兩端分別固定支承著上述密封件。
全文摘要
一種雙作用氣動缸，藉助可滑動地安裝在活塞(4)縱向孔中的杆(19和23、24)，將一對密封件(20，21和27、28)安裝在活塞(4)的兩側。在缸進氣衝程開始時，杆(19)和其上的密封件(20、21)處於拉開的位置，當活塞離其進氣衝程終端還隔開一段距離時就封閉住主排氣口(13、14)。在進一步的進氣衝程期間空氣僅能通過輔助排氣口(15′)排出，運動被緩衝。類似地在排氣衝程離終端還有相當一段距離時，密封件(27，28)封閉住主排氣口(13，14)，空氣僅通過輔助排氣口(15)排出，從而使其緩衝。
文檔編號F15B15/22GK1129291SQ9511994
公開日1996年8月21日 申請日期1995年10月17日 優先權日1994年10月18日
發明者U·崇塔格 申請人:德國Imi.諾格倫有限公司