一种缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸的制作方法
【专利摘要】现有的双作用冲击气缸，存在冲击噪声极大，冲击力较小，冲击爆发临界压力控制精度低，返程耗能过多等显著技术缺陷，致使其应用范围局限于小直径气缸，无法应用于需要大直径气缸的冲压机床上。本实用新型缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸，采用缸体组件运动、缸内具有返程复位气体弹簧的技术方案，较现有双作用冲击气缸，具有冲击噪音大幅度降低，冲击力显著提高，冲击爆发临界压力控制精度高，以及返回行程耗能甚微等突出优点，能够为冲压机床等社会领域，提供一种技术性能较为完善、经济指标较高的新型气动执行元件。
【专利说明】
一种缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸
技术领域
[0001]本实用新型涉及冲击气缸领域，主要涉及一种缸体运动的单作用低噪音节能冲击气缸。
【背景技术】
[0002]冲击气缸是对蓄能缸的蓄能腔进行限压蓄能，使得运动构件受压缩气体作用的面积陡然扩大，而在气缸工作腔内形成压力冲击波为技术特征的特殊气缸。在缸径、额定压力相同的条件下，冲击气缸输出的峰值冲击力可达常规气缸的20多倍，甚至50倍以上，而其工作行程耗能仅为常规气缸的2倍左右。因此，对于需要瞬时冲击力很大的场合，如某些冲压机床等，采用冲击气缸取代常规气缸，具有极为明显的节能效果。
[0003]在工作原理上，冲击气缸特别适合于在冲压机床上使用。但是，现有冲击气缸真正应用于冲压机床的，却极为罕见。造成这种局面的根本原因，在于冲压机床需要较大缸径的冲击气缸。而在冲击过程中，现有结构的冲击气缸，如果缸径较大，势必造成有杆腔的容积过大(对于d/D=0.20的气缸，有杆腔容积与无杆腔容积之比为0.96)，而活塞-活塞杆组件的冲击速度极快，存在于有杆腔内的大量气体，因排放受阻，会产生高达100分贝以上的冲击噪声，这是绝大多数工业场合所不能接受的。此外，由于活塞-活塞杆组件在冲击时的加速度极大，活塞有杆腔内的气体因排放受阻而对活塞形成的背压会陡然升高，甚至会使活塞-活塞杆组件反向运动，产生所谓“负位移”现象。尽管有人设计了所谓“快排”冲击气缸，但快排装置结构复杂，制造成本高昂，而且对冲击噪声降低幅度有限。
[0004]除了冲击噪音极大之外，现有结构的冲击气缸还有以下技术缺陷:1、现有冲击气缸大多都是双作用的，其返回行程耗能接近于工作行程耗能的一半，能量浪费极为严重。2、现有冲击气缸是依靠相关运动部位的摩擦力，来控制压缩气体的冲击爆发临界压力，可控性及精准性极差。特别是压力机用冲击气缸，一般都是垂直安放的，在蓄能阶段，运动部件会因为自重而产生下滑，从而无法形成蓄能爆发功能；或蓄能有限，爆发力较小。3、冲击气缸的基本设计准则是，运动部件的质量应该尽可能大，以便于在蓄能爆发后，能够利用动能形成较大的冲击力。而现有的冲击气缸。运动部件为活塞-活塞杆组件，质量难以大幅度增加。
[0005]由于现有冲击气缸存在上述明显的技术缺陷，致使其应用范围，基本上局限于小直径气缸，基本无法应用于冲压机床。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是，创新设计出一种新型的低噪音、冲击力大的节能冲击气缸，以满足社会相关行业，特别是压力机行业的迫切要求。
[0007]为达上述目的，本实用新型采用的创新方案是:一种缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸，其运动部分为缸体组件，固定部分为蓄能缸组件及活塞-活塞杆组件;所述活塞杆为中空状，所述活塞-活塞杆组件形成杆内容腔;所述杆内容腔，与杆外容腔相互连通且对外部相对封闭，形成缸内气容;所述缸内气容充入并保持有用于缸体组件返程的压缩气体，形成返程复位气体弹簧。
[0008]优选地，所述活塞-活塞杆组件的活塞一端结构，与所述缸体组件内端结构，以圆柱面密封配合方式，形成压缩气体作用面积的突变装置。
[0009]由于上述创新方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列突出优点:
[0010]1、本实用新型新型冲击气缸，利用缸内气容形成缸体组件返程复位气体弹簧，冲击工作过程中，杆外容腔内的气体，不是像现有冲击气缸一样流入大气，而是流入杆内容腔，而缸内容腔是相对封闭的，所以冲击噪声会大幅度降低，完全可以降低至50分贝以下，能够为绝大多数工业场合所接受，完全可以应用在冲压机床上。
[0011]2、由于本实用新型新型冲击气缸的运动部分为缸体组件，其质量显著大于现有冲击气缸的活塞-活塞杆组件，根据动能计算公式E=mv2/2，可知本实用新型冲击气缸在工作行程中，能够获得较大的动能，蓄能爆发后能够利用动能形成更大的冲击力。
[0012]3、现有冲击气缸是依靠相关运动部位的摩擦力，来控制压缩气体的冲击爆发临界压力，可控性及精准性极差;而本实用新型新型冲击气缸，主要依靠气体弹簧的返程复位背压，来控制压缩气体的冲击爆发临界压力，其可控性及精准性大大提高。
[0013]4、由于本实用新型新型冲击气缸，利用气体弹簧返程，返程力仅需要克服活塞-活塞杆组件的摩擦力及缸体组件重力，因而耗能甚微。因而比现有的双作用冲击气缸，节能效果显著。
[0014]综上，本实用新型压力机用缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸，在降低噪音，提高冲击力，提高冲击爆发临界压力控制精度，以及节约能源等诸方面，都较现有冲击气缸有了大幅度或明显改善，是一种技术性能较为完善，经济指标较高的新型气动执行元件。
【附图说明】
[0015]附图为本实用新型压力机用缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸的结构原理图。其中，图1为原始状态，图2为蓄能腔蓄能、尚未冲击爆发状态，图3为冲击爆发的工作行程状态，图4为返回行程状态。
[0016]图中，1、缸体组件:11、杆外容腔;12、工作腔;13、尾腔排气小孔
[0017]2、固定部分:21、活塞-活塞杆组件；22、空气流通孔;23、杆内容腔；24、蓄能缸组件;25、蓄能腔
【具体实施方式】
[0018]附图为本实用新型压力机用缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸的一个具体实施例。与现有一般冲击气缸不同的是，本实用新型采用缸体组件I运动的方式，而活塞-活塞杆组件21是相对固定的，固定部分还包括与活塞-活塞杆组件21固联的蓄能缸组件24。
[0019]由图中可见，活塞-活塞杆组件21包围有杆内容腔22，活塞-活塞杆组件21与缸体组件I等自然形成杆外容腔11;在活塞-活塞杆组件21上，加工有空气流通孔22，使杆内容腔22与杆外容腔11实现互相连通，形成缸内气容;所述缸内气容充入并保持有用于返程的压缩气体，从而形成返程复位气体弹簧;缸体组件I与活塞-活塞杆组件21形成工作腔12;活塞-活塞杆组件21的活塞一端，具有内孔与密封圈，缸体组件位于工作腔12的内端，具有圆柱状端头，二者配合形成压缩气体作用面积的突变装置。此外，蓄能缸组件24具有蓄能腔25，活塞-活塞杆组件21的中部具有空气进出孔道，联通蓄能腔25与工作腔12。
[0020]图1为原始状态，即准备工作状态。在该状态下，二位三通阀处于右位，工作腔12与蓄能腔25通向大气。杆外容腔11内的返程压缩气体的作用力，使得缸体组件I处于最高位置。
[0021]图2为所示为蓄能腔25蓄能、尚未冲击爆发状态。该状态下，二位三通阀切换至左位工作，压缩气体进入蓄能腔25及活塞-活塞杆组件21的中部空气进出孔道。但由于该状态下压缩气体使缸体组件I向下运动的作用力，是作用于缸体组件I内端圆柱状端头上的力；因圆柱状端头直径及横截面面积太小，一般其直径仅为活塞直径的1/3左右，其横截面面积仅为活塞横截面面积的1/9左右，因此，蓄能腔25内的压缩空气，压力需要达到一定临界值，才能够推动缸体组件I向下运动。所以，此时缸体组件I保持不动，仍然处于最高位置。
[0022]一旦系统压力达到临界压力值，缸体组件I就会向下运动，在其圆柱状端头脱离活塞-活塞杆组件21的活塞一端内孔的一瞬间，作用面积突然由圆柱状端头的横截面截面积，一下子扩大到活塞即缸体内孔的横截面面积，由于压缩气体作用面积突然扩大到原来的9倍左右，从而在工作腔12内形成了气体压力冲击波，缸体组件I就会以极大的加速度向下运动，输出冲击力做功。该过程中，杆外容腔11内的部分压缩气体，通过空气流通孔22，流入杆内容腔23，缸内气容背压有所提高。该过程中，根据理想气体的状态方程P1V1T1=P2V2T2，缸内气容压力逐渐有所增加。但由于杆内容腔23的容积，明显大于杆外容腔11的容积，所以压力增加的幅度不是很大。如图3所示。
[0023]工作行程即缸体组件I输出冲击力做功阶段结束后，二位三通阀又切换至右位工作，工作腔12与蓄能腔25又通向大气。杆外容腔11内压缩气体的作用力，使得缸体组件I向上运动，进行返程复位。该过程中，杆内容腔23内的部分压缩气体，通过空气流通孔22，流入杆外容腔11，缸内气容背压有所降低。该过程中，根据理想气体的状态方程plVlTl=p2V2T2，缸内气容压力逐渐有所降低，但降低幅度不是很大。如图4所示。
[0024]返程复位过程结束后，缸体组件I又回到最高位置，即图1所示原始的准备工作状态。在缸体组件I返程复位过程将近结束时，缸体组件I内端的圆柱状端头，会插入活塞-活塞杆组件21的活塞一端具有密封圈的内孔中，从而在缸体组件I内端与活塞-活塞杆组件21的活塞一端之间，形成所谓尾腔。该状态下，尾腔内的空气，通过缸体组件I上的尾腔排气小孔13，排入大气。直到缸体组件I回到最高位置。
[0025]向缸内气容充入并保持有返程压缩气体的控制装置，可以有许多种技术方案，此处限于篇幅不予赘述。无论气缸在何种工作状态下，只要缸内气容的压力，因为泄漏等原因而低于设定的最低压力时，控制系统便会发出信号，压缩空气便会从外部充入缸内气容。而一旦缸内气容压力达到设定的最高压力，控制系统又会发出信号而停止充气。由于缸内气容形成的返程复位气体弹簧的作用力，可以根据每个气缸的实际摩擦力来进行现场调整设定，所以能够最大限度地降低返程作用力冗余。这一点，是弹簧复位返程的现有单作用冲击气缸，所根本不可能做到的。此外需要特别提醒注意的是，对缸内气容进行充气，一般是为了补充泄漏，其次数是很少的。
[0026]工作过程中压缩气体作用面积的突变装置，也可以有多种技术方案，目前主要有端面密封与圆柱面密封两大类。对于缸体运动的冲击气缸而言，采用圆柱面密封结构较为简单可靠，故本实用新型优选采用圆柱面密封结构。
[0027]需要特别说明的是，本实用新型气缸中的返程复位气体弹簧，与现有的气体弹簧，如氮气弹簧等，有着本质的区别。现有气体弹簧，如氮气弹簧等，是一个相对独立的封闭部件，根本无法在气缸内部使用。而本实用新型气缸中的返程复位气体弹簧，是利用缸内气容自然形成，不需要占据任何轴向空间。
[0028]上述实施例只是为了说明本实用新型的创新构思与技术特点，但本实用新型的保护范围并不局限于上述特定的【具体实施方式】。凡根据本实用新型创新构思实质与技术特点而所进行的各种变化或局部性的修饰，特别是压缩气体作用面积突变装置的等效变化等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸，其特征在于:运动部分为缸体组件，固定部分为蓄能缸组件及活塞-活塞杆组件;所述活塞杆为中空状，所述活塞-活塞杆组件形成杆内容腔;所述杆内容腔，与杆外容腔相互连通且对外部相对封闭，形成缸内气容;所述缸内气容充入并保持有用于缸体组件返程的压缩气体，形成返程复位气体弹簧。2.根据权利要求1所述的一种缸体运动单作用低噪音节能冲击气缸，其特征在于:活塞-活塞杆组件的活塞一端结构，与所述缸体组件内端结构，以圆柱面密封配合方式，形成压缩气体作用面积的突变装置。
【文档编号】F15B15/20GK205533534SQ201620354779
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】钟康民, 窦云霞
【申请人】苏州普来可瑞机电技术有限公司