活动工具的减震器的制作方法

专利名称：活动工具的减震器的制作方法
技术领域：
本发明涉及活动工具的减震器，主要是液压减震器。该减震器特别用 作循环工作的且具有活动工具的机器中的减震器。根据本发明的减震器主要用在切削和沖压呈线材、棒料、型材、带材等形式的金属和其他材料的 机器中。
背景技术：
利用动能进行各种诸如切削和沖压的加工操作的机器已经存在很长时间并有许多不同的形式。通常许多这种机器的运动质量(例如冲头(ram))被直 线地加速，以便撞击与固定工具配合的以进行实际加工操作(例如切削操作) 的例如沖压或切削工具的活动工具。在加工操作后，该活动工具具有一定 的剩余速度，因而具有一定的剩余动能，即残余能量。这种残余能量必须 被减震器吸收。当从沖头看时，通常这种减震器放置在与活动工具相反的 一侧上。从美国专利No.4339975，美国专利No.4311086和美国专利 No.5673601已知各种形式的减震器。当加工操作结束和用适合该加工的并对机器尽可能温和的方式使该活 动工具制动时，为了能进行下面的新的加工沖击(blow)，必须使该活动工具 返回至其起始位置。当这个动作发生时，可将新材料向前送进下一加工操 作。因此，对于带有活动工具的机器，必须具有两种功能。第一，必须能 够在加工操作(例如切削操作)后制动活动工具的运动。第二，必须能够在下 一加工操作前使活动工具返回。这两个功能之间的切换可以有源地(positive) 由机器的控制系统操纵，或无源地(passive)不需从外部单元进行干涉地进 行。有源的方案要求精确同步并了解残余能量的大小，以便在功能切换前 保证真正吸收全部动能。无源减震器自身处理这个问题，当减震完成时和到了要返回工具时切换功能。希望用于动力学机器的减震器尽可能多地吸收供给的残余能量并尽可
能小地返回。使用弹性体或空气的设计全部具有如下特征，即大部分残余 能量返回至活动工具，因而工具在减震器上弹起而不是减慢和停止。几种 已知的液压减震器也有这个缺点，部分地是由于液压液的压缩性引起的， 压缩性的作用易被低估。用于动力切削机的减震器的理想性质在于当进行实际的切削操作时， 在工具初始运动过程中，减震器尽可能小地减慢工具的运动。优选该工具 根本减慢，例如为了减慢其运动而应用在工具上的减震器的 一部分在沖头 撞击工具时根本不与工具接触，而是只在运动一短距离后应用。不将减震 器制成有源的(active),这种装置很难实现。这是因为工具的返回在实际中 需要某个装置将活动工具带至其返回位置。没有强制返回动力的减震器难 以做到如使用强制返回动力的减震器一样的快速且可靠。因此，活动工具 通常是利用将该活动工具压靠在挡块上因而使固定工具和活动工具对准的 装置返回的。为了达到最优的效果，必须在材料已经通过工具后、但在沖 头撞击工具前抽出该装置，根据机器尺寸不同，时间段大约为10至100毫 米。这是远远不可能的，而且这种装置的故障可造成机器损坏、运行故障 或生产故障部件。本发明的目的是提供一种改进的用于具有活动工具的机器的减震器， 它能够快速减慢运动，吸收动能以及将活动工具返回至其起始点。另外， 本发明的目的是使在加工操作开始时，减震器尽可能小地减慢活动工具的 运动。这些和其他目的可由本发明实现，这点清楚见于以下的说明中。发明内容本发明涉及一种用于循环工作的并具有活动工具的机器的液压减震 器。该减震器包括带有充满液压液的第一腔的壳体和在该壳体中可动地布 置的至少第一活塞。该活塞的第一末端用于接受来自活动工具的沖击，并 且通过其运动，将来自冲击的动能传递至第一腔中的液压液。该减震器还 包括在沖击后使第一活塞返回其起始位置从而使该活塞可接受新沖击的装 置。所述使第一活塞返回的装置可包括带有加压的液压液的腔，该液压液 在活塞被压向其起始位置的方向上作用在该第一活塞的表面区域上。在本发明的一个实施例中，活塞的末端位于不同的腔中，选择活塞末 端的区域和两个腔中的压力使得来自液压液的压缩力将活塞返回至其起始 位置。然后可将两个腔连接至加压的液压液源，所述液压液源共同用于两 个腔。当在沖击方向看时，活塞远端的表面区域较大，而在沖击方向看时， 活塞近端的表面区域较小，使得由液压液产生的压缩力极力将活塞返回其 起始位置。根据另一个实施例，所述第一腔可以分成相对于活塞第一末端远的小 腔和相对于活塞第一末端近的小腔。所述在冲击后使第一活塞返回至其起 始位置的装置可包括第一活塞上的套环，该套环具有远端表面区域和近端 表面区域，该近端表面区域比远端表面区域小。在优选实施例中，根据本发明的减震器包括具有充满加压的液压液的 第一腔的壳体和充满加压的液压液的第二壳体。第二腔经由第一单向阀与 第一腔连接，当第二腔中的压力大于第一腔中的压力时，该第一单向阀打 开。该减震器还包括至少第一活塞，该至少第一活塞布置成可在壳体中活 动并且其第一末端能够接受来自活动工具的沖击。所述第一活塞的第二末 端位于第二腔中，由此来自活动工具的沖击可使所述第一活塞在第二腔中 向内移动，从而将第二腔中的压力增加至可打开第一单向阀的水平。当第 一单向阀打开时，加压的液压液开始从第二腔流至第一腔。第一腔还具有(在优选实施例中)适于4吏液压液分别流入第一腔和从第一腔流出的出口。在优 选实施例中，第一单向阀可以装有将第一单向阀压向关闭位置的一个或多 个弹性元件。在有利的实施例中，第二腔经由第二单向阀与加压的液压液源连4妻， 使得当第二腔中的压力降低预定水平时，打开第二单向阀。然而可以构想 这样的实施例，其中不使用第二单向阀和其与加压的液压液源的连接。在优选实施例中，壳体设置有第三腔，并且在这种情况下，第一活塞 设置有用于与第三腔的界面区域遇合的至少一个挡块。因此，活塞的移动 在与冲击方向相反的方向上受限制，使得当第一活塞的挡块碰到所述界面 区域时，在相对于活动工具看时，第一活塞将到达近端位置。在优选实施例中，第三腔为压力优选与大气压相同的充满气体的腔。本发明主要涉及无源减震器。在本发明的优选实施例中，减震器包括 第二活塞(减震活塞)其优选连续地承靠在活动工具上。第二活塞布置成可在 壳体内移动，并且布置成第一末端直接与活动工具接触，第二末端面向第 一活塞的第一末端，使得活动工具的冲击可经由第二活塞传递至第一活塞。
优选地，第二活塞或减震活塞的重量和直径最小(然而应该意识到重量和直 径受到几个因素影响，例如要求的强度)。适当地，第二活塞可用还算中等 的力承靠在活动工具上，该力只够保证工具在足够短的时间内返回。这个 时间多长、该工具阻止向前送进新材料的时间多长可以取决于几个因素， 例如所希望的最大生产率。该壳体适当设置有第四腔。当第一活塞到达相对于活动工具近的其末 端位置时，第一活塞的第一末端延伸到第四腔中。在优选实施例中，第四 腔充满加压的液压液。当减震器在起始位置时，在第一活塞的第一末端和 第二活塞的第二末端之间可存在间隙。这样，在可将冲击从活动工具传递 至第一活塞前，第二活塞必须移动一定距离。第二活塞的第二末端和第一活塞的第一末端优选具有互相平行的平面形表面区域。在这种情况下，末端表面区域的尺寸优选相等。第四腔可以经由第三单向阀与加压的液压液源连接，使得当第四腔中的压力降低预定水平时，第三单向阀打开。在这种情况下，第二腔和第四腔适当地连4妾到相同的加压的液压液源。在本发明的特别有利的实施例中，第 一腔的出口连接到液压液的蓄能器。也可以使用蓄能器以利于驱动活动工具。适当地，第四腔具有出口，该出口布置成允许液压液分别流入第四腔和从第四腔流出。在本发明的有利实施例中，第四腔的出口也与液压液的蓄能器连接。在有利实施例中，第一活塞的第二末端的端表面区域大于第一末端的 端表面区;或。


图1为使用减震器的动力切削机的示意图，该减震器可以为根据本发 明的减震器。图2示出与图1相同的切削机，但这里是在切削机执行一个工作行程后。图3示出根据图1中的A-A的横截面，根据本发明的减震器在活动工 具执行其行程前处于第一位置。这里，减震器处在静止位置。图4为图3中的一些细部的方文大图。
图5示出与图3相应的图，但其中活动工具已有行程，并且根据本发 明的减震器开始接受来自活动工具的沖击。图6示出与图3和图5相应的图，其中通过活动工具的冲击使第一活 塞开始压入第二腔中。图7示出与图6相应的图，其中第一单向阀已打开并且液压液从第二 腔流入第一腔中。图8示出第一单向阀开始关闭的状态。图9示出第一单向阀已经返回到关闭位置的状态，但其中第一活塞还 没有返回到其起始位置。图IO示出活塞将要返回的状态。图11示出活动工具将要在正确位置对准的状态。图12示出对于新的工作行程，减震器和活动工具再次处在起始位置。图13示出第一单向阀的可能设计的透视图。图14示出本发明的实施例，其中可以在第二活塞与第一活塞接触前改 变第二活塞移动的距离。图15更详细i也示出图14所示的实施例的一部分。图16示出本发明的再一个实施例，其中减震器的第一腔被赋予不同设计。图17为图16的一部分的放大图。
具体实施方式
下文中，将在结合用于线材和棒料的动力切削机使用本发明的情况下解释本发明。然而，应当了解，根据本发明的减震器还可用于其他的循环 工作和具有活动工具的机器。图1示出已将线材或棒料W形式的工件W向前送至带有固定工具F 和活动工具2的机器。活动工具2具有用于线材或棒料W的通孔31,并且 在固定工具F中也有相应的通孔。接着，可使工件W通过固定工具F并进 入活动工具2中。关于活动工具2，有一活塞P能够相对于该活动工具2执 行工作行程。图2示出活塞P如何冲击活动工具2，使得活动工具2不再处 于其原始位置。但固定工具F仍处于其原始位置。固定工具F中的通孔和 活动工具2中的通孔将不再对准。工件W的位于活动工具2内的部分一皮从 工件W的其余部分排出。如图2所示，活动工具2将撞击减震器1。减震器1应该能够使活动工具2的运动制动，并且优选还能够使活动工具2返 回至其起始位置。当活动工具2已经返回至其起始位置，使得各工具的通 孔对准时，可以向前送工件W。除非已经除去，当向前送工件W时，留在 活动工具中的工件的事先切割部分将被推出。现参照图3和图4更详细地说明本发明的有利实施例。图3示出用于 循环工作的机器的液压减震器1。图3在底端示出活动工具2，根据本发明 的减震器可制动该活动工具2的运动。减震器1包括具有第一腔4的壳体3。 第一腔4充满加压的液压液。壳体3还具有也充满加压的液压液的第二腔5。 第二腔5经由第一单向阀6与第一腔4连接，当第二腔5中的压力比第一 腔4中的压力大时，将第一单向阀6设置成打开。附图示出一个或多个导 管/通道35如何将第一腔4与第二腔5连接，以及第一单向阀6如何与一个 或多个通道35的出口相关定位，当第一单向阀6打开时，所述出口通向第 一腔4。该减震器还包括布置成可在壳体3中运动的至少第一活塞7。第一 活塞7的第一末端8能够接受来自活动工具2的冲击。第一活塞7的第二 末端9位于第二腔5中。来自活动工具2的沖击将使所述第一活塞7向第 二腔5内运动。这样，第二腔5中的压力将升高至第一单向阀6打开的水 平，并且加压的液压液开始从第二腔5流入第一腔4。此外第一腔4具有允 许液压液分别流入第一腔4和从第一腔4流出的出口 10。在本发明的有利 实施例中，第二腔5经由第二单向阔11与加压的液压液源12连接，使得 当第二腔5中的压力降低预定水平时，第二单向阀ll打开。在优选实施例中，壳体3设置有第三腔13。第一活塞7可以设置有与 第三腔13的界面区域(limiting surface area) 15相遇的至少 一 个挡块14 。这样， 活塞7的运动可在与沖击方向相反的方向受到限制。当第一活塞7的挡块 14与所述界面区域15相遇时，第一活塞7将相应地到达最接近活动工具2 的末端位置。在优选实施例中，所述挡块14可以为在第一活塞7的上部分 上的下表面区域14,该活塞的上部的直径较大。实际上，即使其他形状也 有可能，但使用具有圆柱形状的活塞是适当的。这样，挡块14可以由具有 从较小直径向较大直径的直径过渡的活塞7实现。但应理解，该挡块可以 用其他方法形成。这里示出第三腔13的界面区域15为位于第三腔13底部 上的圆环30的上表面区域。该圓环30可由弹性体例如橡胶制造。这将导 致在返回期间第一活塞7的温和制动。在本发明的优选实施例中，第三腔13为充满气体的腔13，其中的压力 优选与大气压相同。有利的是，减震器1可以包括布置在壳体3中的第二活塞17。第二活 塞17的第一末端18与活动工具2直4妄^接触，而第二末端19面向第一活塞 7的第一末端8。因此，活动工具2的沖击可经由第二活塞17传递至第一 活塞7。有利的是，第二活塞17可具有凸缘，如果在没有活塞17承靠在工 具2上时减震器被错误地加压，该凸缘可防止第二活塞17被从减震器1推 出。壳体3还可以具有第四腔20,当第一活塞7到达其与活动工具2最近 的末端位置时，第一活塞7的第一末端8延伸到第四腔20中。第四腔20 充满加压的液压液。从图4可以清楚地看出，在减震器1的起始位置，在 第 一活塞7的第 一末端8和第二活塞17的第二末端19之间有间隙D。这样， 在将来自活动工具2的沖击传递给第一活塞7之前，第二活塞17必须移动 一定距离D。第二活塞17的第二末端19和第一活塞的第一末端8优选具有 互相平行的平面形表面区域22、 23。端面区域22、 23的尺寸优选相等。图 3例如示出第四腔20如何与加压的液压液源12连接。该连接可包括第三单 向阀25,并可以设计成当第四腔20中的压力降低预定水平时，第三单向阀 25打开。在优选实施例中，第二腔5和第四腔20与相同的加压的液压液源 12适当连接。在附图中，第二活塞17的上表面区域23示出为与第一活塞 7的下表面区域22大小相等。然而，可构想使第一活塞7的下表面区域22 与第二活塞17的活塞杆的横截面积大小相等。在该情况下，可实现当两个 活塞7、 17同时移动时没有油流入第四腔20或/人第四腔20流出的优点。在特别有利的实施例中，第一腔4的出口 10与液压液的蓄能器 (accumulator)26连接。适合该目的的蓄能器由地址为Postfach 1251, Sulzbach/Saar， Germany的HYDAC INTERNATIONAL GmbH销售。HYDAC 销售称为球胆蓄能器形式的蓄能器(德文为"Blasenspeicher")。 一种特别 适合的蓄能器形式为HYDAC销售的、称为"高流量球胆蓄能器"(德文为 "High-Flow Blasenspeicher")形式的蓄能器。在瑞典，这种蓄能器可从地 址为Karlsbodavagen 39， Mariehall, Box 20112， S-16102 BROMMA的 HYDAC Fluidteknik AB购买。然而，应当理解，HYDAC只是许多供应商中
的一个，还可从其他供应商获得合适的球胆蓄能器。接受来自第一腔4的液压液的蓄能器26可用于驱动给活动工具2以冲击的活塞P。在具有第四腔的实施例中，第四腔20也可以具有允许液压液分别从第四腔20流入和流出的出口 27。第四腔20的出口 27可与液压液的蓄能器28连接。该蓄能器也可以例如为来自HYDAC的高流量球胆蓄能器。在本发明的优选实施例中，第一单向阀6可以装有将第一单向阀6压向关闭位置的至少一个弹性元件29。所述至少一个弹性元件29可以例如为多个盘形弹簧29。在本发明的优选实施例中，第一活塞7的第二末端9的端表面区域24 比第一末端8的端表面区域22大。现参照图3和4与图5-12说明根据本发明的减震器的功能。图3示 出在工作行程前的起始位置，在时刻t。的减震器1和活动工具2。第二活塞 17直接放置在活动工具2上，并且活动工具2离壳体3的下部分一个距离 L0。从图4可清楚看出，第一活塞7的下端离第二活塞17的上端一个距离 D。优选第一腔4中的压力高，适当的压力大小为10 — 30MPa (100 — 300bar)。 在发明者设想的一个实施例中，第一腔中的压力可以为20MPa或大约为 20MPa。优选第二腔5中的压力比第一腔4中的低。第二腔5中的压力适当 地为0.1-10MPa，优选为l-5MPa。因此，单向阀6保持关闭，液压液不 能从第二腔5流至第一腔4。另外，为了附加地防止单向阀6打开，多个强 盘形弹簧29作用在第一单向阀6上。可意识到，单向阀6也可防止液压液 (适当地为液压油)从第 一腔4流至第二腔5 。第四腔20也充满加压的液压液， 实际上通常为液压油。第四腔20适当地连接到与第二腔5相同的压力源， 因此其压力大小为1-5MPa。通过将第四腔连接到与第二腔相同的加压的 液压液源，可得到使压力源数目最少的优点。经过节流阀33至油箱的持续 的油泄漏保证第四腔20中的液体不热，或空气或颗粒不积蓄在第四腔20 中。图5示出在时刻tl，在活动工具2已经接受来自下面的沖击并开始向 着减震器1向上运动后的情况。作为冲击的后果，第二活塞17向上运动并 碰到第一活塞7的下端表面区域22。接着，由于第四腔20被加压，第二活 塞必须克服一定阻力移动。然后， 一定量的液压液/油将经由出口 27从第四 腔27压出。压出的油可导向蓄能器28或经由节流阀导向油箱32。然而， 第二活塞17遇到的阻力非常小，因此活塞可以完全无阻碍地移动。因此， 活动工具2的运动不会受大的影响。图5示出活动工具2和壳体3下部之 间的距离L,。可意识到，图5中的距离L,比图3中的距离Lo稍微小。应该 理解，实际上，第二活塞17可以非常快地运动，速度高达每秒大约15米。 这种快速压入将导致在有时间从第四腔20压出前的油的压缩，而油的压缩 意味着压力升高。因此，出口 27的横截面积必须足够大，以便可以接受当 第二活塞压向第四腔内时产生的油的流量。如果不是这样，则压力升高快 并变得太高，可导致工具2的运动太过早的制动。图6示出在减震过程的稍后时刻12的情况。第二活塞17开始迫使第一 活塞7经过第二腔5向上移动。结果，第二腔5中的压力将升高。然而， 第二腔5中的压力不足以高到使第一单向阀6打开。活动工具2还继续其 运动，并且现在活动工具2和壳体3下部之间的距离为L2。距离L2比图5 中的距离L,小。由于第一活塞7开始向上运动，所以活塞7的上部不再承 靠在第三腔的下界面区域15上。由于第三腔充满处于大气压下的气体(适当 地为空气)，而不是充满液压液，可以避免空穴现象的风险。图7示出图6中情况之后的时刻t3(即13为比t2后的时刻)的情况。在图7所示的时刻，第二活塞7还进一步移动至第二腔5中。活动工具2和壳体 3下部之间的距离变得更小并示出为L3，其中L3比图6中的距离h小。实 际上，这示出第二腔5中的液压油已经受到1-3%的量的压缩。这造成第 二腔5中的压力相当大地增加，从而压力从1 -5MPa的起始水平增加至超 过第一腔4中的压力的水平。实际上，这表示第二腔5中的压力一直升高 至50MPa。这样，盘形弹簧29以及第一腔4中的压力可能不再将第一单向 阀6保持在关闭位置，但第一单向阀6打开并且液压液开始从第二腔5流 至第一腔4。如从图13中可以最清楚看出的，第一单向阀6可以包括盘状 的圓形体，其具有大的中心孔和多个通道34，液压液可通过所述通道34流 出。如图7中的箭头所示，液压液也可流出进入盘状体下面的第一腔4中。 当迫使高压的液压液进入第一腔4中时，第一腔4中的压力增加。然后， 液压液开始经由出口 10 ^皮迫^v第一腔4流出。原则上，出口 IO可利用当 压力超过一定的预定水平时使液压液流出的#^简单布置的阀关闭。这种阀 可以为单向阀。根据本发明的优选实施例，出口 10与蓄能器26连接。蓄 能器26优选为球胆式蓄能器，例如从HYDAC GmbH获得的球胆式蓄能器。 蓄能器26从第一腔4接受高压的液压液，并由此贮存要用来例如驱动活动
工具2的能量。实际上，这种"回收"表示压力源的容量不需要如其他情 况下必须的那样大。图8示出比t3更后的时刻即时刻t4时的情况。现在，活动工具2的运 动停止，第二腔5中的液压液不被另外地压缩。压力将开始降低。在盘形 弹簧29的作用下，第一单向阀6开始关闭。图9示出在第一单向阀6已经 关闭后的时刻ts(ts比U后)的情况。现在，在第一腔4中的压力已经降低至 与第一单向阀6打开前相同的大小。但在第二腔5中是比第二腔5中初始 压力高的高压。第二腔5中的压力作用在第一活塞的上端面区域24上。第 一活塞7承靠在第二活塞17上，第二活塞17又承靠在活动工具2上。因 此，第二腔5中的压力将使活动工具2返回至其起始位置。图10示出时刻15后的时刻即时刻t6的情况。从图10中可清楚看出， 两个活塞7、 17,还有活动工具2已经被推回。活动工具2和壳体3下部之 间的距离增加至L2。作为第一活塞7被从第二腔5部分推出的结果，第二 腔5中的压力降低。最后，压力将降低至第二腔5中初始压力大小。如果 第二腔5中的压力下降低于初始压力大小，则通过第二单向阔ll打开保持 该初始压力大小。第二腔5经由第二单向阀11与加压的液压液(适当地为液 压油)源连接。这样，第二腔5中的压力继续迫使活塞7、 17和活动工具2 返回。图11示出时刻t6后的时刻即时刻t7的情况。现在由于遇到界面区域3 0 ， 第一活塞7的运动停止。然而，第二活塞17和活动工具2部分地由于惯性 而继续运动。这样，第二活塞17失去与第一活塞7的接触。第四腔20中 的加压的液压液可作用在第二活塞的上界面区域23上，因此将活塞17和 工具2向下压。由于活塞7的上表面区域24比活塞7的下表面区域22大， 而腔5、 20中的压力相同，因此不将活塞7向上压。当然意识到，表面区 域2 2 、 2 4之间的关系不如向上作用力和向下作用力之间的关系具有决定性。 压力和表面积的乘积是决定性的。如果第二腔5中的压力比第四腔20中的 高，而表面区域22、 24相等，则作用相同。考虑到这点，第四腔20中的 容积稍^t增大，因此如果不供给新的加压的液压液，则压力降低。油主要 从蓄能器26加入，只有经由节流阀33流出的油需要经由单向阀25更换。 第四腔20利用第三单向阀25与加压的液压液源12(适当地是与第二腔5连 接的相同的加压的液压液源)连接。图11示出第三单向阀25如何在17后的 时刻ts打开。然而，第二单向阀11关闭。最后，图12示出在时刻tg后的时刻t9，减震器如何完全返回至其起始位置。另外，现在第三单向阀25关 闭(然而应当了解，由于从节流阀33来的固定流量必须进入，第三单向阀 25在这种情况下通常关闭不完全)。工具2现在可进行其下一个工作行程。 应当理解，上述的过程是非常快的，因此实际上工具的工作行程、减震和 返回仅仅只需2-10毫秒。其中，根据机器尺寸，工作行程、减震和返回 的时间可能较大。在一些现实情况下，工作行程、减震和返回的总时间可 以为100至500毫秒。在迫使第一活塞7在第二腔5中向内的整个时间过程中，作用在其上 端面区域24上的力减慢活动工具的运动。该力为压力乘第一活塞7的上端 面区i或24的面积、。(1) F=A*P消耗的能量为力乘工具移动的距离(F单位为牛顿，S单位为米)(2) W=F*S 或(3) W=A*P*S另夕卜，W=P*V，其中P-压力，v二变化体积。 当P改变时(4) W=V* _f 0TP(t)dt在单向阀6升高前，第二腔5中的压力P比第一腔4中的压力HP高很 多，但当单向阀6升高时，降低至HP。平衡时，第二腔5内的过压和从第 二腔5出来的流量与单向阀6的上升高度协调一致，系统本身在第二腔5 中的较固定的压力下平衡。也构想第二腔5不与加压的液压液源12连接的实施例。然而，在本发 明的优选实施例中，第二腔5与加压的液压液源连接。这样，可得到在工 作行程后系统更容易返回其原始位置的优点。现参照图14和15说明本发明的另一个实施例。图14和15示出第一 活塞7具有配置针103的轴向通道107。针103是固定布置的，优选相对于 壳体3固定布置。针103的末端之一具有锥形表面区域104。在壳体3内形 成至少一个通道102，它向内延伸至第一活塞7，至壳体3内的环形腔105 中的出入口，该环形腔105包围第一活塞7。第一活塞7内的一个或多个径
向通道106将环形腔105与第一活塞7中的轴向通道107连"l妻。图14和15 所示的实施例的目的是给出改变距离Dl即第二活塞17在与第一活塞7接 触并开始真正的制动前必须移动的距离的可能性。图14和15示出静止状 态或与图3中的位置相应的起始位置。外压力P2由压力调节阀101控制。 外压力P2造成经由壳体3中的通道102到达环形腔105的液压液(例如油) 的流动。液压液从腔105经由径向通道106流至由轴向通道107和针103 的锥形表面区;或104形成的节流阀110。当液压液经由通道107流过节流阀 110和流入第四腔20时，压力从较高水平P2降低至较低水平P3 。液压液从 这里继续通过节流阀33流至油箱T。为了使第一活塞7静止不动，压力P3 必须被活塞上方的压力P,平衡，使得PA尸P3A2其中P,=第二腔5中的压力，A广活塞的上表面区域24的面积，？3 =第四 腔20中的压力，以及A2 =活塞7的下表面区域22的面积。这样，第一活塞7的力平衡。如果由于外界影响使活塞7现在"向上" (在图中看向上)移动，则可变节流阀110的开^L面积减小，通过节流阀110 的流量减小。因此，通过固定节流阀33的流量减小，从而压力P3降低。这 又造成在活塞上的向下的净力。因此，活塞7被保持在适当位置。所加的 "向上"的力造成"向下"的增加的力。距离D如下方式发生变化。通过增加压力P2，更多的液压液流过可变 节流阀110，这又使通过节流阀33的流量增加。然后压力P3增加，使第一 活塞7在图15中向上运动，使距离D增大。当活塞7向上运动时，可变节 流阀110的开i文面积减小并且通过节流阀IIO的流量减小。通过节流阀110 的流量减少直至压力P3和P,再次互相平^f为止。然后，与以前相同的流量 通过可变节流阀110,i旦由于通过节流阀33的流量形成P^吏开;^面积减少， 并且如以前一样A,P^A2P3，节流阀IIO上的压力降较大。在上述所有实施例中，可以假定一旦第一单向阀6打开后，制动力基 本上不变。现参照图16和17i兌明再一个实施例。在才艮据图16和17的实施例中， 构想的方案中两个腔4和20中的压力相等或基本上相等。还构想第一腔4 中的压力较高而下腔20中的压力较低的实施例。图16示意性地示出第一 或上腔4具有单独的加压的液压液源52;而下腔20(对应于图3中的第四腔
20)具有单独的液压液源12。液压液源52可供给高压的液压液，例如10-30 MPa,而加压的液压液源12可供给低压的液压液，例如l-5MPa。然 而应该意识到在图16的实施例中，液压液源12和52也可供给相等压力的 液压液。还可以构想取消液压液源52，将液压液源12与两个腔4、 20都连 接。在图16和17所示的实施例中，第一腔4分成上部4b和下部4a(应当 理解，"上"和"下，，以及"向上，，和"向下，，分别指图中所示的"上，，和 "下"部。相对于例如冲头工具2或相对于活塞7的末端或一个或一些其 它腔，"上"部4b又称为"远"部，而"下，，部又称为"近，，部)。在图16 和17中，腔上部4b在向上方向变窄，它被在向上方向变窄的壁38(例如锥 形壁38)限制。这个实施例的功能不是基于带有相联的弹簧元件29的单向 阀6，如根据图1 - 15的实施例所示那样。相反，第一活塞7延伸到第一腔 4中。在这个实施例中，第一活塞7带有套环39。套环39的上表面区域41 面向腔上部或小腔4b，而下表面区域42面向腔下部4a。下表面区域42比 上表面区域41小。如前述实施例那样，第一活塞7优选为圓柱形的，其套 环39也优选为圆柱形的。图16和17示出套环39的圆柱形壁45从腔下部 4a延伸进入腔上部4b中。然后，在套环39的壁45和锥形壁38之间形成 窄隙。优选地， 一个或多个通道46通过套环39。在优选实施例中，在通道 46中有单向阀40,该单向阀40允许通过通道46从腔下部4a至腔上部4b 的流动，但阻碍或防止通过通道46在从腔上部4b至腔下部4a方向的流动。 在图16和17中放置在套环39下面的活塞7的部分7a可在壳体3的开孔 47中滑动，该开孔具有一定长度并因此能够用作第一活塞7的引导装置。 在图16和17中放置在套环39上面的活塞7的部分7b比放置在套环7下 面的活塞7的部分窄。例如，直径D4小于放置在套环39下面的活塞7的部 分的直径D2。活塞7的窄上部7b布置成可在壳体3的开孔48中滑动，该 开孔48具有一定长度并用作活塞7的上引导装置。图17示出根据图16和 17的实施例如下工作。工具2的沖击可选^^地经由第二活塞17到达第一活 塞7。第一活塞7向腔4内运动。在具有较大直径D2的活塞部分7a开始穿 入腔4的同时，活塞7的窄上部7b开始离开第一腔4。这要求将液压液推 开，因此活塞7的运动将遇到导致减震的阻力。同时，套环39穿入到腔上 部4b中，这导致将液压液从腔上部4b经由套环39和锥形壁38之间的间 隙压至腔下部4a。由于壁38逐渐变窄，因此当套环39进一步穿入腔上部4b时，套环39和壁38之间的间隙开始减小。因此阻力和减震将逐渐增加。 当所有来自沖击的能量已被吸收时，第一活塞7将处于上部(或远)位置。套 环39两侧上的压力相等，但由于下活塞部分的直径D2比上活塞部分的直径 D4大，套环39的上表面区域41比下表面区域42大。因此，在上表面区域 41上的力超过在相反方向上作用在下表面区域42上的力。这样，活塞7将 在朝向其起始位置的方向上被压回。在返回运动过程中，液压液可流过套环39中的一个或多个通道46，因为单向阀(或多个单向阀)40允许这样做。 但是，当套环39在图17中向上运动时(在腔上部4b中)，液压液不能流过 一个或多个通道46。由于液压液(优选为油)不^f旦可流过套环39和锥形壁38 之间的间隙，而且可流过一个或多个通道46,因此返回运动容易进行，使 它可以较快。在这个实施例中(如果腔4和20中压力相等)，如图16所示可以有^v第 一腔4至腔20的导管，在这个实施例中，这相应于根据图3 _ 13的实施例 中的第四腔20。图16示出止回阀或单向阀44位于导管43中。万一压力非 常高，在第一腔4中会暂时地产生"压力峰值"，在一些情况下有这种压力 峰值对系统各个部件产生负面影响的风险。在这种情况下，导管43允许腔 4在一定程度上^皮腔20緩解。单向阀44将防止液压液(例如油)从腔20流至 第一腔4。如果导管43与腔4和25互连，则来自第一腔4的液压液可^L与 腔20的出口连接的蓄能器20接受。然而应该意识到，第一腔4可以经由 出口 10以例如图5所示的相同方式与其自己的蓄能器26连接。这种蓄能 器26可以与根据图3 _ 13的实施例中的蓄能器26完全相同的方式工作和 利用。图16示出第一腔4的出口 10经由节流阀49通向贮存液压液的油箱 32的方案。如果取消单向阀43,则腔20中的第二活塞17的压入会使第一 腔4中的压力升高，这在向下方向上对第一活塞7有影响，应该避免。在^4居图16和17的实施例中，活塞7产生的向下运动受到例如隔环 30的限制。应该意识到在图16所示的实施例中，腔13适当地为充满气体(例 如空气)的腔，该气体的压力优选为大气压或至少具有比第一腔4中的压力 低的压力。在本专利申请中描述的发明为无源(passive)减震器。它是液压的和自行 调节的。它基本上能够吸收来自沖击的全部能量，以便作为势能贮存起来 以用于机器的其他部件，主要用于加速冲头。
利用本发明，可得到以基本上吸收来自冲击的全部能量的方式减慢活 动工具的运动的优点。另外，本发明提供了使工具有效返回的可能性。通 过使用初始互相隔开的两个活塞，可得到开始工具的运动初始时减慢非常 小的优点。通过使用蓄能器，可得到从冲击回收的能量可以用于新的冲击 的优点。应该意识到，本发明还限定了一种对在活动工具上的沖击进行减震的 方法，因此，该方法由使用根据本发明的减震器自然产生的步骤组成，与 是否明显提到这些步骤无关。还应该理解，本发明可限定包括活动工具和减震器的结构。 应该意识到，可以使用实施例中所示的各种减震原理，与减震器是否使活塞返回无关。因此，如果套环39的两个表面区域41、 42相等，则也 可使用图16和17中所示的逐渐减震的原理。还可配置单独的装置进行返 回运动。通过这种装置，即使与返回运动有关的问题没有解决，也可以有 效地吸收沖击的能量。应该意识到，可以使用初始互相分离的两个活塞7、 17的思想，而与减震器是以何种方式设计无关。还应该意识到，对于除了上述实施例所示类型的减震器以外的其他类 型的减震器，也可以使用如下原理，即利用压力蓄能器处理来自冲击的能 量，以便能够利用活动工具或一些其他工具。
权利要求
1. 一种用于具有活动工具(2)的机器的减震器(1),该减震器(l)包括a) 带有充满加压的液压液的第一腔(4)的壳体(3),b) 至少一个第一活塞(7)，该第一活塞可动地布置在壳体(3)内并且其第 一末端(8)布置成能够接受来自活动工具(2)的沖击，并通过其运动，将来自 冲击的动能传递至第一腔(4)中的液压液，和c) 装置(4b, 22, 24， 38, 39, 41)，该装置用于在沖击后使第一活塞(7) 返回至其起始位置，使得活塞(7)能够接受新沖击。
2. 根据权利要求1所述的减震器，其特征在于，所述用于返回第一活 塞(7)的装置包括带有加压的液压液的腔(4, 5)，该液压液在活塞(7)^皮压向 其起始位置的方向上作用在该第一活塞(7)的表面区域(24， 41)上。
3. 根据权利要求2所述的减震器，其特征在于，活塞(7)的末端位于不 同的腔(5， 20)中，选择活塞(7)末端的表面区域(24， 22)和两个腔(5， 20)中 的压力使得所形成的力将活塞(7)返回至其起始位置。
4. 根据权利要求3所述的减震器(l)，其特征在于，将两个腔(5, 20) 连接至加压的液压液源(12),所述液压液源共同用于两个腔(5， 20)，当在沖 击方向看时，活塞(7)远端的表面区域(24)较大，而在沖击方向看时，活塞(7) 近端的表面区域(22)较小，使得由液压液产生的压缩力极力将活塞(7)返回。
5. 根据权利要求2所述的减震器，其特征在于，所述第一腔(4)分成相 对于活塞第一末端远的小腔(4b)和相对于活塞(7)第一末端近的小腔(4a),所 述在沖击后使第一活塞(7)返回至其起始位置的装置包括第一活塞(7)上的套 环(39),该套环具有远端表面区域(41)和近端表面区域(42)，该近端表面区 域(42)比远端表面区域(41)小。
6. 根据权利要求1所述的减震器(l),其特征在于，减震器的壳体(3) 设置有充满加压的液压液的第二腔(5),该第二腔(5)经由第 一单向阀(6)与第 一腔(4)连接，当第二腔(5)中的压力比第一腔(4)中的压力大时，该第一单向 阀(6)打开；第一活塞的第二末端(9)位于第二腔(5)中，使得来自活动工具(2) 的沖击可使所述第一活塞(7)向第二腔(5)内移动，从而将第二腔(5)中的压力 增加至打开第 一单向阀(6)的水平，使得加压的液压液开始从第二腔(5)流至 第一腔(4),并且第一腔(4)具有布置成允许液压液分别流入第一腔(4)和从第 一腔(4)流出的出口(IO)。
7. 根据权利要求6所述的减震器(1)，其特征在于，第二腔(5)经由第二 单向阀(11)与加压的液压液源(12)连接，使得当第二腔(5)中的压力低于预定 水平时，第二单向阀(ll)打开。
8. 根据权利要求7所述的减震器(1),其特征在于，壳体(3)设置有第三 腔(13)，第一活塞(7)设置有用于与第三腔(13)的界面区域(15)遇合的至少一 个挡块(14),使得活塞(7)的移动在与冲击方向相反的方向上受限制，使得当 第一活塞(7)的挡块(14)碰到所述界面区域(15)时，在相对于活动工具(2)看 时，第一活塞(7)到达近端位置。
9. 根据权利要求8所述的减震器，其特征在于，第三腔(13)为压力优 选与大气压相同的充满气体的腔(13)。
10. 根据权利要求9所述的减震器(l)，其特征在于，减震器(l)包括布 置成可在壳体(3)内移动的第二活塞(17),其第一末端(18)布置成直接与活动 工具(2)接触，其第二末端(19)面向第一活塞(7)的第一末端(8)，使得来自活 动工具(2)的沖击可经由第二活塞(17)传递至第一活塞(7)。
11. 根据权利要求8所述的减震器(l)，其特征在于，壳体(3)设置有第 四腔(20)，当第一活塞(7)到达相对于活动工具(2)近的其末端位置时，第一 活塞(7)的第 一末端(8)延伸到第四腔(20)中。
12. 根据权利要求11所述的减震器(l)，其特征在于，第四腔(20)充满 加压的液压液，在减震器(l)的起始位置，在第一活塞(7)的第一末端(8)和第 二活塞(17)的第二末端(19)之间有间隙(D),使得在能够将冲击从活动工具(2) 传递至第一活塞(7)前，第二活塞(17)必须移动一定距离(D)。
13. 根据权利要求12所述的减震器(l)，其特征在于，第二活塞(17)的 第二末端(19)和第一活塞的第一末端(8)具有互相平行的平面形表面区域 (22， 23),该端部表面区域(22, 23)的尺寸优选相等。
14. 根据权利要求13所述的减震器(l),其特征在于，第四腔(20)经由 第三单向阀(25)与加压的液压液源(12)连接，使得当第四腔(20)中的压力低 于预定水平时，第三单向阀(25)打开。
15. 根据权利要求14所述的减震器(1)，其特征在于，第二腔(5)和第四 腔(20)与相同的加压的液压液源(12)连接。
16. 根据权利要求7所述的减震器(l),其特征在于，第一腔(4)的出口 (10)与液压液的蓄能器(26)连接。
17. 根据权利要求12所述的减震器(l)，其特征在于，第四腔(20)具有 出口(27)，该出口布置成当第四腔(20)中的压力超过预定水平时使液压液流出。
18. 根据权利要求17所述的减震器(l),其特征在于，第四腔(20)的出 口 (27)与液压液的蓄能器(28)连接。
19. 根据权利要求7所述的减震器(l)，其特征在于，第一单向阀(6)装 有将第 一单向阀(6)压向关闭位置的至少一个弹性元件(29)。
全文摘要
本发明涉及减震器，其中来自活动工具(2)的冲击由活塞(7)接受，该活塞将冲击的动能传递给充满液压液的腔(4)。该减震器还设置有在已经吸收了冲击后将活塞返回至其起始位置的装置。为了使活塞(7)返回，该减震器装置可以为作用在活塞(7)上的液压装置。
文档编号B21D28/02GK101146631SQ200580049257
公开日2008年3月19日 申请日期2005年4月1日 优先权日2005年4月1日
发明者哈坎·奥尔森, 安德斯·达尔伯格, 比约恩·阿维森 申请人:莫菲克科技股份公司