一种三位置气缸执行机构的制作方法

本发明属于汽车工程领域，涉及一种三位置气缸执行机构。

背景技术：

在工程机械领域，工程车辆经常需要变速器提供额外的取力功能，以满足整车附加装置的取力需求。

对于机械式自动变速器amt，由于结构限制，目前可用的取力器最多为贯通轴后取力器，贯通轴后取力器从主箱中间轴取力，贯通轴后取力器速比固定，取力器输入轴轴径受结构限制，传递扭矩小；对于机械变速器，通常使用后取力器，后取力器从副箱中间轴取力，取力速比可以根据主箱档位改变，相比于贯通轴后取力器传递扭矩大。对于副箱取力结构，为了实现驻车取力功能，一般副箱气缸本体需要三个位置，即中间位置以实现副箱挂空挡。

但是现在机械式变速器使用的三位置气缸结构，电磁阀只能控制两路气路，而现有三位置气缸结构具有三路气路，因此现有的三位置气缸结构无法与电磁阀配合使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种三位置气缸执行机构，能够通过两路气路实现高低档位置，可以满足电磁阀的使用要求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种三位置气缸执行机构，包括拨叉轴、气缸本体、第一活塞、第二活塞和第三活塞；

第一活塞、第二活塞和第三活塞均位于气缸本体内腔中，拨叉轴从气缸本体一端伸入至气缸本体内腔中，第二活塞嵌套在拨叉轴上；气缸本体中间部位内径小于两端部位内径，呈台阶凸起状，第二活塞周面中间呈台阶凸起状，第二活塞位于气缸本体中间部位的台阶凸起处，第一活塞和第三活塞位于第二活塞两侧，第一活塞和第三活塞周面为径向台阶面，第一活塞和第三活塞的台阶面分别与气缸本体中间部位的台阶凸起两端接触，第一活塞和第三活塞的端部分别与第二活塞的台阶凸起处两端接触；

当第一活塞、第二活塞和第三活塞均靠近气缸本体中间位置时，第一活塞和第三活塞端部分别与第二活塞台阶凸起的两端贴合，第一活塞和气缸本体一端之间形成第一气室，第三活塞和气缸本体另一端之间形成第二气室；

第一气室连通气缸本体的第一气路，第一气路连接有第一电磁阀；第二气室连通气缸本体的第二气路，第二气路连接有第二电磁阀。

优选的，第一电磁阀和第二电磁阀均为两位三通电磁阀。

优选的，气缸本体一端连接第一气缸盖，第一气缸盖上径向设置有自锁柱销，拨叉轴贯穿第一气缸盖，拨叉轴位于第一气缸盖部分设置有多个径向的凹槽。

优选的，气缸本体中间部位设置有通气孔，通气孔连接有通气塞，通气塞连通气缸本体内腔中间部位与外界空气。

优选的，气缸本体两侧密封安装有第一气缸盖和第二气缸盖，第一气缸盖和第二气缸盖都开有通气槽，分别将第一气室和第二气室与气缸本体的第一气路和第二气路相连。

优选的，第二活塞外壁设置有感应磁铁，气缸本体外壁在感应磁铁对应位置设置有霍尔传感器。

优选的，拨叉轴伸入气缸本体的一端端部设置有柱棒，柱棒从靠近拨叉轴伸入气缸本体的一端的气缸本体盖中伸出，伸入与气缸本体盖密封连接的电感式传感器中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述三位置气缸执行机构，气缸本体内有三个活塞，三个活塞具有两种外径，两个气路分别连接一个电磁阀，从而能够控制气路能够同时或单独进气，通过控制两侧气室同时充气，利用第一气室和第二气室面积相同，能够实现气缸本体中间位置，通过控制两侧气室单独充气，推动活塞，可以通过两路气路实现高低档位置，可以满足电磁阀的使用要求，并且由于第一气室和第二气室面积相同，位置之间的变换时，变速器的挂挡力相近；机械式变速器上使用后取力器必须可以使变速器副箱到达中间位置，三位置气缸可以实现三位置，因此该三位置气缸执行机构可以满足机械式变速器上匹配后置取力器的使用要求。

进一步，通过两个气路分别连接一个电磁阀，从而能够控制气路能够同时或单独进气。

进一步，设置自锁柱销，使拨叉轴安装结构简单，拆装方便。

进一步，气缸本体上设置通气塞，通气塞保证中间气室与外界大气时刻连接，防止活塞运动时中间气室体积变化导致活塞运动受阻。

进一步，气缸盖与气路连通，能够将进气方向转换为轴向，从而增加对活塞的推力，提高灵敏度。

进一步，通过在第二活塞上外壁设置感应磁铁，在气缸本体外壁对应位置设置霍尔传感器，从而能够通过感应磁铁的位移量，获知气缸本体活塞的位移量。

进一步，通过拨叉轴延伸的柱棒，伸入电感式传感器中，从而能够通过柱棒的位移量，获知气缸本体活塞的位移量。

附图说明

图1为本发明的三位置气缸执行机构的中间位置示意图；

图2为本发明的三位置气缸执行机构的左位置示意图；

图3为本发明的三位置气缸执行机构的右位置示意图；

图4为本发明的电磁阀连接示意图；

图5为本发明的图1中q-q向截面图；

图6为本发明的采用柱棒测量气缸本体活塞位移的示意图。

其中：1-拨叉轴；2-第一气缸盖；3-自锁柱销；4-o型密封圈；5-拨叉轴衬套；6-左侧密封垫；7-气缸本体；8-电磁阀组；9-活塞衬套；10-第一y型密封圈；11-右侧密封垫；12-第二气缸盖；13-紧固螺栓；14-紧固螺母；15-第三活塞；16-第二活塞；17-第二y型密封圈；18-通气塞；19-第三y型密封圈；20-第四y型密封圈；21-第一活塞；22-感应磁铁；23-霍尔传感器；24-电感式传感器；25-第一电磁阀；26-第二电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述三位置气缸执行机构，包括拨叉轴1、气缸本体7、第一活塞21、第二活塞16和第三活塞15。

第一活塞21、第二活塞16和第三活塞15均位于气缸本体7内腔中，拨叉轴1左端通过螺栓连接拨叉，拨叉轴1右端从气缸本体7左端伸入至气缸本体7内腔中，通过拨叉轴衬套5固定，第二活塞16嵌套在拨叉轴1上，通过紧固螺母14将第二活塞16和拨叉轴1在轴向方向固定为一体；第一活塞21和第三活塞15结构完全一样，分别安装于第二活塞16两侧；中间活塞外壁、左侧活塞内壁通过第三y型密封圈19配合实现密封；中间活塞外壁和右侧活塞内壁通过第二y型密封圈17配合以实现密封；左侧活塞外壁通过第四y型密封圈20与气缸本体7内壁配合以实现密封；右侧活塞外壁通过第一y型密封圈10与气缸本体7内壁配合以实现密封；拨叉轴1右端穿过中间活塞中心孔与紧固螺母14通过螺纹涂胶紧固密封；o型密封圈4安装在第一气缸盖2中心孔内凹槽中，与拨叉轴1外径配合，以实现密封；第一气缸盖2与气缸本体7左端面通过左侧密封垫6实现密封；第二气缸盖12与气缸本体7右端面通过右侧密封垫11实现密封，且通过紧固螺栓13固定；中间活塞周向中间段有一圈凹槽，在凹槽上安装活塞衬套9，活塞衬套9与气缸本体7中间段内壁配合实现径向定位，活塞衬套9使用耐磨材料，活塞衬套9为非封闭圆环，周向有开槽，保证中间气室相通。

中间活塞两端外径相同，且小于中间活塞中间段外径，第二活塞16周面中间呈台阶凸起状；气缸本体7的气室中间呈台阶凸起状，气缸本体7两端内径相同，气缸本体7中间内径小于气缸本体7两端内径；第二活塞16位于气缸本体7中间部位的台阶凸起处，第一活塞21和第三活塞15位于第二活塞16两侧，第一活塞21和第三活塞15周面为径向台阶面，第一活塞21和第三活塞15的台阶面分别与气缸本体7中间部位的台阶凸起两端接触，第一活塞21和第三活塞15的端部分别与第二活塞16的台阶凸起处两端接触。

气缸本体内的三个活塞，三个活塞具有两种外径，因此减少了一种活塞和一种密封圈，共两种关键零件，节省了成本。

左侧活塞、右侧活塞、中间活塞和气缸本体7中间段之间形成中间气室，在气缸本体7中间段左侧活塞和右侧活塞外径都小于气缸本体7内径，中间活塞中间段外径也小于气缸本体7中间段内径，所以在左侧活塞、右侧活塞、中间活塞和气缸本体7中间段之间形成中间气室，活塞衬套9安装在中间活塞中间段凹槽中，因为活塞衬套9为非封闭圆环，可使左侧活塞和气缸本体7形成的气室和右侧活塞和气缸本体7形成的气室连通，共同组成中间气室，在中间气室外侧，气缸本体7壁上有通气孔，在通气孔上安装有通气塞18，保证中间气室与外界大气连通。

第一气缸盖2径向安装有自锁柱销3，该自锁柱销3内部集成了弹簧、钢球，通过螺纹安装在第一气缸盖2上；自锁柱销3钢球与拨叉轴1上对应的径向的凹槽相配合。第一气缸盖2中心通孔安装有耐磨衬套，用来拨叉轴1的径向定位，同时避免拨叉轴1与第一气缸盖2接触磨损，第一气缸盖2中心通孔凹槽安装有密封圈，用来密封第一气缸盖2和拨叉轴1。

左侧活塞与气缸本体7壁之间的密封圈和右侧活塞与气缸本体7壁之间的密封圈相同；左侧活塞与中间活塞外壁之间的密封圈和右侧活塞与中间活塞外壁之间的密封圈相同。

电磁阀组8安装在气缸本体7上，可以通过密封圈或密封垫实现静密封，气缸本体7上加工有相互垂直的两组通气槽，在第一气缸盖2和第二气缸盖12上靠近各自气室一侧加工有通气槽，连通两侧气室与各自电磁阀控制的气路。电磁阀组8集成了两个相同的第一电磁阀25和第二电磁阀26，第一电磁阀25和第二电磁阀26均为两位三通电磁阀，第一电磁阀25和第二电磁阀26可单独控制，断电状态下气缸本体7两侧气室均通大气，原理如图4所示。

本发明所述三位置气缸执行机构的工作过程如下：

如图1-3所示，为三位置气缸执行机构的三个位置，左位置，中间位置和右位置。左位置对应于副箱气缸本体7的高档区，中间位置为副箱空档区，右位置为副箱气缸本体7的低档区。图1为三位置气缸执行机构的中间位置，图2为三位置气缸执行机构的左位置，图3为三位置气缸执行机构的右位置。

如果没有驻车取力要求，副箱气缸本体7只需要在高低档两个位置切换即可，不需要中间位置。假设副箱气缸本体7当前处于高档位置，当需要低档区位置时，即三位置执行机构从左位置切换到右位置，第一电磁阀25上电，左侧气路打开，气缸本体7左侧气室建立气压，推动左侧活塞、中间活塞右移，与此同时拨叉轴1和中间活塞作为一个整体也向右移动，当左侧活塞移至气缸本体7内左侧台阶端面时停止左移，如图1所示位置，此时拨叉轴1、中间活塞等继续右移直至图3所示位置，即副箱低档区位置，此时第二电磁阀26断电。反之，当需要高档区位置时，第二电磁阀26上电，右侧气路打开，气缸本体7右侧气室建立气压，推动拨叉轴1、右侧活塞、中间活塞等作为一整体向左移动，当移至图1所示位置时，右侧活塞到达气缸本体7内右侧台阶端面时停止移动，中间活塞和拨叉轴1一起继续左移直至图2所示位置，即副箱高档区位置，此时第二电磁阀26可以断电。

如果有驻车取力要求时，首先变速器主箱切换到空档位置，无论副箱在高档区位置还是低档区位置，只需要同时激活第一电磁阀25和第二电磁阀26，此时气缸本体7两侧气室同时建立气压，如果副箱位于高档区位置，如图2所示，由于左侧活塞和中间活塞面积和减去拨叉轴1截面积，大于中间活塞面积，压力差产生的向右合力将克服摩擦阻力和负载阻力推动拨叉轴1、中间活塞、左侧活塞等作为一整体向右移动，当移动至如图1所示位置时，右侧气室的面积为中间活塞面积和右侧活塞面积之和，此面积大于左侧气室中间活塞面积减去拨叉轴1截面积，因此拨叉轴1、中间活塞、左侧活塞和右侧活塞等将停止在图1所示位置，此位置即副箱中间位置，也就是副箱空档位置，此时可同时给第一电磁阀25、第二电磁阀26断电，随后可接通取力器的挂档气孔，完成取力器的挂档动作，然后根据需要选择合适的变速器档位，取力器即可进入驻车取力工作状态。如果副箱位于低档区位置，如图3所示位置，同时激活第一电磁阀25、第二电磁阀26，分析受力可知，气缸本体7右侧气室压力大于左侧压力，因此右侧活塞和作为整体的拨叉轴1、中间活塞等将向左移动至图1所示位置，此时右侧活塞停止移动，分析作为整体的拨叉轴1、中间活塞以及左侧活塞可知，左侧压力大于右侧压力，因此拨叉轴1、中间活塞和左侧活塞等也将停止在如图1所示位置，此位置即副箱中间位置，也就是副箱空档位置，此时可同时给第一电磁阀25和第二电磁阀26断电，随后可接通取力器的挂档气孔，完成取力器的挂档动作，然后根据需要选择合适的变速器档位，取力器即可进入驻车取力工作状态。

如图5所示，感应磁铁22安装在中间活塞弧形凹槽中，在靠近感应磁铁22右侧，距感应磁铁22一定距离，在气缸本体7壁上布置有位移传感器；感应磁铁22安装在活塞衬套9下面。能够通过感应磁铁22的位移量，获知气缸本体7活塞的位移量。

如图6所示，在用于紧固拨叉轴1与中间活塞的紧固螺母14上，设置一段细长圆柱棒，第二气缸盖12中心位置加工有通孔，在第二气缸盖12右侧安装有位移传感器，紧固螺母14细长圆柱棒可以穿过第二气缸盖12中心通孔伸入电感式传感器24内部，电感式传感器24可以通过检测细长圆柱棒伸入长度来测量气缸本体7活塞位移。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。