专利名称：用于机车平台上的单动式气动缸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气动缸，特别是一种单动式/单作用式、理想的低摩擦的、用在机 车平台上的气动缸。
背景技术：
气动缸典型地包括缸体以及活塞和杆组件，用于传递力并移动活塞和杆组件。具 体而言，单动式气动缸允许缸体加压侧的气压以通常与作用在活塞上的气压成比例的力移 动杆和活塞组件。例如，美国专利第5，630, 354号披露了一种制动缸，该制动缸具有制动缸体、缸盖 套、活塞和杆组件以及推杆组件。活塞和杆组件包括空心活塞杆，该空心活塞杆在它的封闭 端具有膜片式活塞头。位于第一和第二弹簧座之间的松放弹簧同心地布置于空心活塞杆周 围。推杆组件具有承窝端和联接端。承窝端经由开口端插入空心活塞杆，而联接端与致动 装置接合。授予Trilmper的美国专利第2，930，606号披露了一种车轴，该车轴由两个具有对 置球形头的活塞杆支承在车架上。各个活塞杆靠置于活塞上，该活塞在缸内滑动。从各个 缸引出导管，导管通向共用的连接导管。另一导管从该连接导管分支出来，通向压力空间， 活塞滑阀在该压力空间内工作，该压力空间内也可布置一列弹簧垫片或一气垫。运行时，车 辆的重量压缩缸内的压力液体，继而该压力压缩弹簧。Trilmper专利中的活塞缸依靠液压工 作，而不是气压。授予Ver Planck的美国专利第1，四5，644号披露了一种活塞缸，该活塞缸可操作 成用于支承卡车的车身。这种缸活塞是由压缩空气操纵的。授予Hommen等人的美国专利第7，243，606号、7，168，370号和7，185，592号披露 了一种用于提升轨道车辆的上部结构的高度的气动弹簧。Hommen的“606专利”披露了一种 油气弹簧(hydro-pneumatic spring)，该油气弹簧包括较低的悬摆支承和相应的压力室。授予Dean的美国专利第4，097，063号和授予Pollinger的3，786，763号披露了
用于铁路车辆的气动弹簧装置。授予Moulton的美国专利第2，018，312号和1，958，489号披露了 一种减震器单 元，该减震器单元作为一种双动式活塞缸减震装置而运行。授予Putnam的美国专利第1，201，622号披露了一种四活塞式缸装置，以实现轨道 车辆内的减震目的。授予Robinson的美国专利第444，182号披露了一种气垫装置，该装置内的活塞和 缸各有球座连接器，该球座连接器用于在一侧连接至车架，而另一侧连接至平衡器。
发明内容
总的来说，本文所要详细说明的气动缸包括缸体、非受压盖(缸前盖， non-pressure head)、空心的活塞杆、活塞头以及推杆。缸体包括入口。非受压盖连接至缸体的一端。空心的活塞杆包括开口端和封闭端。空心活塞杆的至少一部分设置在非受压盖 内。活塞头与空心活塞杆相结合并限定空心活塞杆的封闭端。活塞头设置于缸体内并且可 相对于缸体移动。推杆包括承窝端和联接端。承窝端位于空心活塞杆内，以允许推杆相对 于活塞头作弧形运动。缸体和非受压盖可具有配合的装配凸缘，以使非受压盖固定到缸体上。活塞头和 相结合的活塞杆可在缸体内轴向移动。推杆的联接端可包括U形装配部(装配架，mounting bracket)。非受压盖可包括空心杆导向轴承和空心杆密封件。空心杆导向轴承和空心杆密 封件都可滑动地接合所述空心活塞杆。活塞头可具有活塞导向轴承和活塞密封件，活塞导 向轴承和活塞密封件都可滑动地与所述缸体接合。非受压盖内可具有通气孔。缸体可包括 安装部分。在另一实施例中，气动缸通常包括缸体、非受压盖、空心活塞杆、活塞头、推杆以及 推杆保持器。缸体包括入口。非受压盖连接至缸体的一端。空心活塞杆包括开口端和封闭 端，空心活塞杆的至少一部分设置在非受压盖内。活塞头与空心活塞杆相结合并限定空心 活塞杆的封闭端。活塞头设置在缸体内并且可相对于缸体移动。推杆包括承窝端和联接端， 承窝端位于空心活塞杆内。推杆保持器固定至活塞杆，并进一步连接至空心推杆，以允许推 杆相对于活塞头作弧形运动。缸体和非受压盖可具有配合的装配凸缘，以使非受压盖固定到缸体上。活塞头和 相结合的活塞杆可在缸体内轴向移动。推杆的联接端可包括U形装配部。非受压盖可包括 空心杆导向轴承和空心杆密封件。空心杆导向轴承和空心杆密封件都可移动地接合所述空 心活塞杆。活塞头可具有活塞导向轴承和活塞密封件，且活塞导向轴承和活塞密封件都可 滑动地接合所述缸体。非受压盖可具有通气孔。缸体可包括安装部分。推杆保持器可支承穿过推杆的保持器销钉，使得推杆可以在活塞杆的运动过程中 与该活塞杆一起运动。而在另一个实施例中，气动缸包括缸体、非受压盖、空心活塞杆、活塞 头、推杆以及弹性环。缸体包括入口。非受压盖连接至缸体的一端。空心活塞杆包括开口 端和封闭端，空心活塞杆的至少一部分设置于非受压盖内。活塞头与空心活塞杆相结合并 限定空心活塞杆的封闭端。活塞头设置在缸体内并且可相对于缸体移动。推杆包括承窝端 和联接端，且承窝端位于空心活塞杆内。弹性环同心地环绕推杆的承窝端设置并与空心活 塞杆接合，以允许推杆相对于活塞头作弧形运动。弹性环可包括实心/固体橡胶环。弹性 环可抵靠着形成在所述推杆的所述承窝端附近的凸缘安设。在阅读下文中连同附图的详细说明后，更多细节和优点将变得清晰，其中类似的 部分以相同的附图标记标识。
图1是根据一个实施例的气动缸的透视图；图2是图1所示气动缸的分解透视图；图3是图1所示气动缸的正视图；图4是沿图1中的线4-4所作的气动缸的剖视图；图5是沿图1中的线5-5所作的气动缸的剖视图；图6是根据另一个实施例的气动缸的剖视图；以及
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图7是根据又一个实施例的气动缸的剖视图。
具体实施例方式为了下文的说明之目的，如果用到空间取向的术语，应与所参考的实施例有关，如 同该实施例在附图中的取向一样，或者在下文的详细描述中进行了说明。但应该理解的是， 下文描述的实施例可假定很多可选变量和实施方法。也应该理解的是，附图中所示以及本 文所述的特定气动缸仅仅是示例性的，而不应被认为是限定性的。在图1-5所示的一个实施例中，气动缸1包括缸体10、非受压盖40、空心活塞杆 50、活塞头70以及推杆80。缸体10具有装配凸缘11和入口 13。入口 13可连接至压缩空 气源(未示出)。非受压盖40具有装配凸缘41，该装配凸缘41与缸体10的装配凸缘11 的形状和尺寸相对应。因此，缸体10和非受压盖40可以借助各自的装配凸缘11，41的配 合而接合，从而限定位于缸体10和非受压盖40内的封闭空间。装配凸缘11，41可通过螺 栓47和螺母48插入相应通孔而互相固定。在装配凸缘11，41互相固定之前，可在两者之 间设置装配密封件49。尽管非受压盖40和缸体10在图1-5被示出为通过螺栓47和螺母 48固定，但任何适当的固定装置均可用于将非受压盖40固定到缸体10上。另外，缸体10 可包括安装部分15，该安装部分15位于缸体10的外表面上，用于将气动缸1固定到一结构 上。在如图1和2所示的特定实施例中，安装部分15是一对安装支脚16。非受压盖40还可包括通气孔43，该通气孔43内设置有过滤器45。通气孔43允 许空气在气动缸1的使用或伸展期间从气动缸1中逸出。此外，通气孔43允许大气进入气 动缸1的非受压盖40，以保证气动缸1的适当回位。空心活塞杆50具有封闭端52和开口端M。空心活塞杆50具有销钉通孔57和一 对定位螺钉孔56，所述定位螺钉孔56和销钉通孔57设置于开口端M的区域内。定位螺钉 孔56和销钉通孔57的取向基本上垂直于空心活塞杆50的纵轴线。活塞头70固定于空心 活塞杆50上，限定空心活塞杆50的封闭端52。活塞头70设置在缸体10内，且可与空心活 塞杆50 —起相对于缸体10和非受压盖40移动。活塞头70包括活塞密封件74和至少一 个导向轴承72，所述导向轴承72和活塞密封件74可滑动地接合在缸体10内。另外，非受 压盖40包括空心杆导向轴承60和空心杆密封件62，该空心杆导向轴承60和空心杆密封 件62可滑动地接合空心活塞杆50。如图4和5所示，活塞头70包括两个导向轴承72，所 述两个导向轴承72位于活塞密封件74的两侧。空心杆导向轴承60和空心杆密封件62可 彼此邻近地定位。密封件62，74和轴承60，72可以是低摩擦的密封件和轴承。例如，轴承 60，72可由聚四氟乙烯(PTFE)、特别是填充有青铜的聚四氟乙烯制成。推杆80具备承窝端82和联接端83。推杆80的承窝端82被插入空心活塞杆50 中，使得承窝端82邻近于空心活塞杆50的封闭端52。推杆80还可包括弹性环104(如图 6所示)，所述弹性环104同轴布置于推杆80的承窝端82周围，下文将更详细地论述。该 环形的环可由橡胶或任何其它合适的材料制成。为了保证在气动缸1回到该气动缸1的非使用位置时推杆80可随同空心活塞杆 50运动，推杆80通过推杆保持器90固定到空心活塞杆50上。推杆保持器90同心地环绕 空心活塞杆50设置，并借助于穿过推杆保持器90的定位螺钉通孔95以及空心活塞杆50 的定位螺钉孔56而插入的定位螺钉92将推杆保持器90固定到空心活塞杆50上。保持器销钉97穿过位于推杆保持器90内的相对的销钉通孔99、以及位于推杆80内的锁定销钉通 孔85而插入，从而将推杆保持器90固定到容纳在该推杆保持器中的空心活塞杆50上。开 口销100可用于将保持器销钉97固定在销钉通孔99中。通过缸体10的入口 13引入压缩空气，空气压力作用在活塞头70上以使活塞头70 向非受压盖40移动。于是空心活塞杆50连同推杆80从非受压盖40伸出以通过推杆80 的联接端83传递力。活塞头70、空心活塞杆50和推杆80可借助附接有该缸体10的结构 的重量返回至初始位置。作为示例性的和理想的应用，气动缸1可用在机车平台上。具体而言，气动缸1可 用于通过机车的运货车(铁路无盖货车，truck)组件(未示出)传递力，同时补偿推杆80 的非线性运动以及机车的运货车部件的尺寸和位置变化。如上文所述，且如图1-5所示，空 心活塞杆50将推杆80封装，并能够将活塞力转化为线性地沿着气动缸1的纵轴线方向，从 而使活塞行程与缸体10的壁保持平行。另外，推杆80的承窝端82和空心活塞杆50允许 推杆80在空心活塞杆50内转动。推杆80的转动运动容许机车的运货车组件内有间隙公 差，该间隙公差导致推杆80的联接端83附接至机车的附接点发生变化，从而通过容许使用 低公差的机车部件而使安装简单且成本降低。此外，由于机车的运货车组件的联接，推杆80 的转动特征允许推杆80在气动缸1工作过程中经由回转圆弧轨迹移位。这种弧形运动在 图5中用箭头A表示。如上文所述且如图4和5所示，非受压盖40包括空心杆导向轴承60和空心杆密封 件62，所述空心杆导向轴承60和空心杆密封件62用于防止空心活塞杆50和非受压盖40 之间的物理接触。此外，活塞头70包括导向轴承72和活塞密封件74，所述导向轴承72和 活塞密封件74用于防止活塞头70和缸体10之间的物理接触。设置密封件62，74和轴承 60，72可引导非轴向载荷，即边缘载荷，使得所述载荷从机车的运货车装置转移到气动缸1 的部件。另外，密封件62，74和轴承60，72改善了气动缸1控制压力调节的响应特性。在如图6所示的气动缸1的另一个实施例中，弹性环104同心地环绕推杆80的承 窝端82定位，缓减了空心活塞杆50内对推杆80的撞击，但仍然允许推杆80相对于与空心 活塞杆50结合的活塞头70作弧形运动。弹性环104可由橡胶或类似的具有弹性的可变形 材料制成。典型地，弹性环104抵靠凸缘108安设，所述凸缘108形成在推杆80的承窝端 82附近，如图6所示。与之前的实施例类似，弹性环104允许推杆80相对于与空心活塞杆 50结合的活塞头70作弧形运动，该弧形运动在图6中也以箭头A代表。图6所示的缸也可 包括如上文所述及图5中所示的推杆保持器90。在如图7所示的气动缸1的另一个实施例中，活塞头70、空心活塞杆50和推杆80 可在利用回位弹簧120致动之后，返回至初始位置，所述回位弹簧120位于活塞头70和非 受压盖40之间。具体而言，回位弹簧120的一端与活塞头70接合，另一端与弹簧座125接 合。弹簧座125与密封圈130接合，所述密封圈130定位在非受压盖40内。通过设置回位 弹簧120，当气压从缸消除时，活塞会由于回位弹簧的力而退回，所述活塞在活塞头70的使 用和移动过程中是受压的。气动缸1还包括弹性环104，所述弹性环104同心地定位在推杆 80的承窝端82周围，如上文关于图6所述。此外，如图7所示的气动缸1不包括定位在非 受压盖40上的空心杆导向轴承60和空心杆密封件62。图7中所示的气动缸1也不包括定 位在活塞头70上的导向轴承72。
此外，如图1-5所示的气动缸1的实施例也可包括如图7所示的回位弹簧120、弹 簧座125和密封圈130。那么图1-5所示的气动缸1会在通过回位弹簧120的偏压作用致 动后，返回至初始位置。尽管在前述的描述中，提供了一种用于机车平台的气动缸的实施例，但本领域技 术人员可在不偏离本发明的范围和精神的前提下，对这些实施例进行修改和变更。因此，前 述的描述意在说明，而不是限制。前文所述的发明由所附的权利要求书所限定，且所有落在 权利要求的等效方案的含义和范围以内的对本发明的改变，都应包括在这些权利要求的范 围之内。
权利要求
1.一种气动缸，所述气动缸包括 缸体，所述缸体包括入口 ；连接至所述缸体的一端的非受压盖；空心活塞杆，所述空心活塞杆具备开口端和封闭端，所述空心活塞杆的至少一部分设 置在所述非受压盖内；与所述空心活塞杆相结合的活塞头，所述活塞头限定所述空心活塞杆的所述封闭端， 所述活塞头设置在所述缸体内并且可相对于所述缸体移动；以及推杆，所述推杆包括承窝端和联接端，所述承窝端位于所述空心活塞杆内以允许所述 推杆相对于所述活塞头作弧形运动。
2.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，所述缸体和所述非受压盖还包括配合 的装配凸缘以将所述非受压盖固定到所述缸体上。
3.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，所述活塞头和相结合的活塞杆可在所 述缸体内轴向移动。
4.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，所述联接端包括U形装配部。
5.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，所述非受压盖包括空心杆导向轴承和 空心杆密封件，所述空心杆导向轴承和所述空心杆密封件可滑动地接合所述空心活塞杆。
6.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，所述活塞头具有活塞导向轴承和活塞 密封件，所述活塞导向轴承和所述活塞密封件可滑动地接合所述缸体。
7.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，还包括位于所述非受压盖中的通气孔。
8.根据权利要求1所述的气动缸，其特征在于，还包括位于所述缸体上的安装部分。
9.一种气动缸，所述气动缸包括 缸体，所述缸体包括入口 ；连接至所述缸体的一端的非受压盖；空心活塞杆，所述空心活塞杆具有开口端和封闭端，所述空心活塞杆的至少一部分设 置在所述非受压盖内；与所述空心活塞杆相结合的活塞头，所述活塞头限定所述空心活塞杆的所述封闭端， 所述活塞头设置在所述缸体内并且可相对于所述缸体移动；推杆，所述推杆包括承窝端和联接端，所述承窝端位于所述空心活塞杆内；以及 推杆保持器，所述推杆保持器固定在所述空心活塞杆上并且还连接至所述推杆，以允 许所述推杆相对于所述活塞头作弧形运动。
10.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，所述缸体和所述非受压盖还包括配合 的装配凸缘以将所述非受压盖固定到所述缸体上。
11.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，所述活塞头和相结合的活塞杆可在所 述缸体内轴向移动。
12.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，所述联接端包括U形装配部。
13.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，所述非受压盖包括空心杆导向轴承和 空心杆密封件，所述空心杆导向轴承和所述空心杆密封件可滑动地接合所述空心活塞杆。
14.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，所述活塞头具有活塞导向轴承和活塞 密封件，所述活塞导向轴承和所述活塞密封件可滑动地接合所述缸体。
15.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，还包括位于所述非受压盖中的通气孔。
16.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，还包括位于所述缸体上的安装部分。
17.根据权利要求9所述的气动缸，其特征在于，所述推杆保持器支承穿过所述推杆的 保持器销钉，使得所述推杆在所述活塞杆运动期间与该活塞杆一起运动。
18.一种气动缸，所述气动缸包括 缸体，所述缸体包括入口 ；连接至所述缸体一端的非受压盖；空心活塞杆，所述空心活塞杆具备开口端和封闭端，所述空心活塞杆的至少一部分设 置在所述非受压盖内；与所述空心活塞杆相结合的活塞头，所述活塞头限定所述空心活塞杆的所述封闭端， 所述活塞头设置在所述缸体内并且可相对于所述缸体移动；推杆，所述推杆包括承窝端和联接端，所述承窝端位于所述空心活塞杆内；以及 弹性环，所述弹性环同心地环绕所述推杆的所述承窝端定位并接合所述空心活塞杆， 以允许所述推杆相对于所述活塞头作弧形运动。
19.根据权利要求18所述的气动缸，其特征在于，所述弹性环包括实心橡胶环。
20.根据权利要求18所述的气动缸，其特征在于，所述弹性环抵靠着形成在所述推杆 的所述承窝端附近的凸缘安设。
全文摘要
本发明涉及一种气动缸，该气动缸包括缸体、非受压盖、空心活塞杆、活塞头以及推杆。缸体具有装配凸缘和入口。非受压盖具有装配凸缘。空心活塞杆具有开口端和封闭端。活塞头固定在空心活塞杆上，并限定空心活塞杆的封闭端。推杆具有承窝端和联接端，该承窝端插入空心活塞杆中。非受压盖具有空心杆导向轴承和空心杆密封件，活塞头具有活塞导向轴承和活塞密封件。空心杆导向轴承和空心杆密封件都可滑动地接合空心活塞杆。活塞导向轴承和活塞密封件都可滑动地接合缸体。
文档编号F15B15/14GK102138008SQ200980133369
公开日2011年7月27日 申请日期2009年8月27日 优先权日2008年8月29日
发明者M·D·米奇 申请人:西屋气动刹车技术公司