量气量调节系统的弹簧相关计算尺寸，包含系统结构尺寸和相关系数， 如表1所示；
[0053] 表1气量调节系统尺寸（1)
[0054]
[0055] 第二步:根据表1中的数据，计算弹簧截面直径；
[0056] 第三步:根据系统尺寸计算弹簧的极限尺寸:弹簧最大刚度和弹簧最小刚度；
[0057]第四步:根据第三步得到的弹簧刚度范围取一个值，确定实际运用的弹簧刚度； [0058]第五步:检验弹簧实际效果；
[0059]根据计算弹簧参数所需要的数据，测量无级气量调节系统的相关尺寸，如表2所 不。
[0060] 表2气量调节系统尺寸(2)
[0061]
[0063]根据表1、表2的尺寸，进行弹簧设计：
[0064] 1、弹簧最大刚度计算：
[0065] 1)弹簧初始安装压缩力：
[0066] Fi = nFm〇_mg cosB = 2 X 1〇-〇. 05 X 9.8 X cos30° ? 20N
[0067] 2)弹簧最大刚度
[0068]
[0069]查机械设计手册(第五版)第三卷第2章圆柱螺旋弹簧表11-2-8可得上式。
[0070] 2、弹簧最小刚度计算：
[0071] 1)弹簧预压缩后高度：
[0072] L_L〇=l4+l5+l6_(ll+l2+l3)
[0073] =121+35+125-(109+108.5+48.5)
[0074] = 1 5mm
[0075] 上式中，L为弹簧原长，原长计算公式可查机械设计手册(第五版)第三卷第2章圆 柱螺旋弹簧表11-2-14，L〇为弹簧预压缩量。
[0076] 2)弹簧截面直径：
[0077]查机械设计手册（第五版）第三卷第2章圆柱螺旋弹簧表11-2-8，可以得到公式：
:中pn为弹簧最大工作载荷，在本实施实例中大小为Fi，C为旋绕 比，K为曲度系数，
，d为弹簧线径，τΡ为许用切应力，许用切应力的数值可 查机械设计手册(第五版)第三卷第2章圆柱螺旋弹簧表11-2-6。
[0078] 弹簧截面直径计算，首先根据弹簧安装空间给出d和D的估计值，然后依次计算或 者查表得出C、K、τΡ、d '，最后比较d和d '，当d '》d时，即能确定弹簧截面直径。
[0079] 经过查表和计算，得到d = 1.35mm，D = 10mm。
[0080] 3)弹簧自由圈数
[0081]
[0082]查机械设计手册(第五版)第三卷第2章圆柱螺旋弹簧表11-2-8可得到上式，式中， m为弹簧有效圈数，G弹簧材料的切变模量。
[0083] 4)弹簧的最小高度:查机械设计手册(第五版)第三卷第2章圆柱螺旋弹簧表11-2- 14可得下式。
[0084] ^ =
[0085] 5)由1)和4)可以得出弹簧最小刚度：
[0086]
[0087] 综上，弹簧刚度的取值范围为3302N/m~5000N/m。
[0088]在设计弹簧时，根据上述的刚度计算范围，取弹簧刚度为4000N/m进行计算，由于 根据3)计算弹簧有效圈数时，得到的结果有可能存在非整数的情况，因此需要调整弹簧的 中经和刚度，使弹簧有效圈数圆整为机械设计手册中的系列值，下表为根据机械设计手册 (第五版)第三卷第2章圆柱螺旋弹簧进行设计的气量调节系统使用的弹簧参数表格。
[0089]表3气量调节弹簧参数表格
[0090]
[0091] 在无级气量调节实验中，油缸采用上述的弹簧效果良好。现场安装可以看出：在安 装油缸缸体部分时，由于弹簧力设计合适，能够克服摩擦力，使弹簧能够将柱塞顶出，缸体 及卸荷块在安装到壳体上时，需要克服较小的弹簧力才能使缸体和壳体相互接触，完成安 装。安装过程中能明显的体验到弹簧力，因此满足了要求。
【主权项】
1. 一种往复压缩机气量调节系统执行油缸，其特征在于： 包括缸体（1)、液压油口（6)、漏油回收口（8)、漏气回收口（9)、液压油工作腔（2)、弹性 体(7)、柱塞(3)、漏油回收腔(4)、顶杆(11)、密封块(5)和漏气回收腔(10); 油缸与往复压缩机吸气阀阀盖固定，缸体（1)与柱塞(3)之间为液压油工作腔(2)，弹性 体（7)放置于液压油工作腔（2)内，在柱塞（3)与顶杆（11)接触的一端设置有漏油回收腔 (4)，在密封块(5)中设有漏气回收腔(10);液压油工作腔(2)与液压油口（6)相通，漏油回收 口（8)与漏油回收腔(4)相通，漏气回收口（9)与漏气回收腔（10)相通。2. 根据权利要求1所述油缸，其特征在于:密封块(5)与缸体（1)为分体结构，密封块(5) 固定安装于缸体(1)上。3. 应用如权利要求1所述油缸的方法，其特征在于步骤如下： 1) 初始安装时，顶杆（11) 一端固定于气阀卸荷器上，另一端穿过油缸密封块(5)，液压 油工作腔(2)内此时无液压油，在弹性体(7)弹力作用下柱塞(3)与顶杆(11)接触； 2) 液压油工作腔(2)内通入液压油，在油压作用下柱塞(3)推动顶杆（11)沿液压油工作 腔(2)中心线方向运动，顶杆(11)带动气阀卸荷器(12)，顶开吸气阀阀片； 3) 液压油工作腔（2)内液压油回流，液压油工作腔(2)压力降低，在气阀卸荷器内弹簧 作用下气阀卸荷器与顶杆（11)向柱塞（3)方向运动，吸气阀阀片关闭，顶杆（11)推动柱塞 (3)向弹性体(7)方向运动； 4) 重复步骤2)_3)。4. 根据权利要求1所述的油缸，其特征在于弹性体(7)采用弹簧，弹簧刚度的计算方法 如下： 1) 最大弹簧刚度kmax 初始安装后弹簧的弹力计算公式如下： Fi = nFm〇-mg cosB ① 公式①中各字母代表意义如下： Fi:初始安装后弹黄的压缩力； η:摩擦力放大系数，取值2; FM:柱塞(3)与缸体(1)之间的摩擦力； m:柱塞的质量； g:重力加速度； Θ:油缸安装后，柱塞和地面垂直线夹角； 设顶杆(11)行程为X，弹簧初始安装后预缩量为Lo，则液压油作用后弹簧压缩量为Lo-χ， 根据弹簧与柱塞(3)应保持接触的要求，Lo-x最小值为0,即液压油作用后弹簧恢复原长，因 此L〇最小值为X;弹簧作用力相对变化量△ F = Fi;弹簧长度相对变化量△ L = x-1'，V为顶杆 行程X误差，取值为X X 10%，；通过A F与△ L求得最大弹簧刚度kmax; 2) 最小弹簧刚度1^_ Hb为弹簧的最小高度，令L为弹簧原长，则； Hb = L~L〇-l' ② 公式②中： L-L〇= 14+Ιδ+16_( I1+I2+I3) ③ 公式③中，各字母代表意义如下： h:阀座安装端面到卸荷器上端面高度； 12:顶杆(11)长度； 13:柱塞(3)长度； 14:吸气阀阀室高度； 15:吸气阀阀盖高度； 16:吸气阀阀盖上端面到弹簧安装孔底面高度； 通过Hb与弹簧截面形状参数ξ得到最小弹簧刚度kmin; 综上得出弹簧的刚度k范围： kmin〈k〈kmax ④。
【专利摘要】本发明涉及一种往复压缩机气量调节系统执行油缸，针对现有往复压缩机无级气量调节执行机构在运用中普遍存在的油缸内部结构反复撞击或者动作性能不达标，以及漏气、漏油问题，本油缸采用弹簧、柱塞、顶杆结构，依靠弹簧作用力使柱塞与顶杆始终紧密接触，避免柱塞与顶杆在运动过程中反复撞击；本发明的一个关键点在于弹簧的设计与选择，此外本发明采用可更换密封块结构，漏气回收机构，保证密封块与顶杆之间密封安全可靠；设计了漏油回收腔与漏油回收口，解决了液压油泄漏进入密封块与压缩机吸气腔的问题。
【IPC分类】F15B15/14
【公开号】CN105545868
【申请号】CN201610057669
【发明人】高晖, 邓化科, 赵大力
【申请人】北京博华信智科技股份有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月27日