CN101501343B - 气动致动器 - Google Patents
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Abstract
按照本发明提供一种气动致动器(100)。致动器(100)包括致动器主体(102)和从致动器主体(102)延伸的活塞杆(108)。活塞杆(108)在致动跨度运动。致动跨度包括通过活塞杆(108)以第一致动速度穿越的第一行程跨度以及以显著小于第一致动速度的第二致动速度穿越的第二行程跨度。
Description
技术领域
本发明涉及一种气动致动器,更特别是涉及一种气动致动器。
背景技术
致动器是执行某些机械动作的装置。一种致动器是活塞,其中活塞的柱塞以往复方式运动。柱塞可因此以某些形式连接到工件或其它机械***上。
在某些致动器应用中,希望的是在致动器的运动范围上具有一个以上的致动速度和/或一个以上的致动力。例如,在点焊机中,一对焊接爪必须在焊接操作过程中一起带到工件上。爪必须通过所需的力夹紧在工件上。因此,在夹紧运动范围端部处,相对高的致动力必须提供给焊接爪。但是,提供很大力的致动器通常提供相对小的致动行程范围。这会在电焊机的爪必须打开以便定位工件的情况下出现问题。因此,电焊机的爪致动器需要在第一致动跨度过程中相对快速运动,并且不需要大的力。在第二致动跨度过程中,爪只需要运动小距离,但是必须提供大的夹紧力。
发明内容
按照本发明的实施例提供一种气动致动器。致动器包括致动器主体和从致动器主体延伸的活塞杆。此活塞杆在致动跨度上运动。致动跨度包括通过活塞杆以第一致动速度穿越的第一行程跨度以及以显著小于第一致动速度的第二致动速度穿越的第二行程跨度。
按照本发明实施例提供一种气动致动器。致动器包括致动器主体和从致动器主体延伸的活塞杆。此活塞杆在致动跨度上运动。致动跨度包括通过活塞杆使用第一致动力穿越的第一行程跨度以及使用显著大于第一致动力的第二致动力穿越的第二行程跨度。
按照本发明实施例提供一种气动致动器。致动器包括具有外壳体和内壳体的致动器主体、滑动地定位在内壳体内的活塞腔室内的活塞以及滑动定位在外壳体内并构造成至少部分运动到内壳体内的冲头(ram)。致动器还包括滑动地定位在位于内壳体和外壳体之间的环腔室内的可动环以及定位在冲头、活塞和可动环之间的区域内的液压流体。由于液压流体的第一容积从环腔室运动进入活塞腔室,可动环的向上运动在第一行程跨度上向下压迫活塞。冲头的向下运动向下迫使液压流体的第二容积进入活塞腔室,其中冲头的向下运动在第二行程跨度上向下压迫活塞。
本发明的各个方面
在致动器的一个实施例中,第二行程跨度的长度显著小于第一行程跨度。
在致动器的另一实施例中,第一行程跨度通过活塞杆以第一致动速度穿越,并且第二行程跨度通过活塞杆以显著小于第一致动速度的第二致动速度穿越。
在致动器的又一实施例中,第一行程跨度通过活塞杆使用第一致动力穿越,并且第二行程跨度通过活塞使用显著大于第一致动力的第二致动力穿越。
在致动器的又一实施例中,第二行程跨度沿着致动跨度出现在任何点处。
在致动器的又一实施例中,第二行程跨度通过致动器的力倍增器产生。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括致动器主体内的多个气动孔口。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括将压缩气体引入可动环之下的环腔室的孔口A。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括将压缩气体引入冲头之下的冲头腔室的孔口B。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括将压缩气体引入冲头之上的冲头腔室的孔口C。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括将压缩气体引入活塞之下的活塞腔室的孔口D。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括定位在外壳体内并在活塞之下的活塞环,其中活塞环滑动地定位在外壳体内,并且构造成在活塞杆上密封地滑动,其中孔口E定位在活塞环之下,并且在压缩气体引入孔口E时,活塞环向上运动并向上推动活塞。
在致动器的又一实施例中,致动器还包括在冲头喉部和环腔室之间延伸的一个或多个液压流体通道。
附图说明
相同的参考标号在所有附图中表示相同的元件。应该理解到附图不需要按照比例。
图1表示按照本发明实施例的气体致动器;
图2A-2C表示不同延伸位置的致动器;
图3表示局部致动位置的致动器;
图4表示力倍增器致动时的致动器;
图5表示力倍增器停止之后的致动器。
具体实施方式
图1-5以及下面说明表示教导本领域普通技术人员如何利用和使用本发明最佳模式的特定实例。为了教导本发明原理的目的,某些传统的结构被简化或省略。本领域的普通技术人员将理解到这些实例的落入本发明范围内的多种变型。本领域的普通技术人员将理解到下面描述的特征可以多种方式组合以便形成本发明的多种变型。因此,本发明不局限于下面描述的多种实例,而只通过权利要求及其等同物来限定。
图1表示按照本发明实施例的气动致动器100。附图包括基本上沿着致动器100中心的截面图,表示内部部件。致动器100包括致动器主体102和延伸离开致动器主体102的活塞杆108。在一个实施例中致动器主体102包括外壳体101、顶部插塞103、底部插塞104以及在外壳体101内保持顶插塞103和底部插塞104的一个或多个紧固件106。活塞杆108可动地从底部插塞104延伸,其中活塞杆108构造成延伸和缩回。活塞杆108的延伸和缩回可实施机械功,并且活塞杆108可以任何连接到机械装置上。气动致动器100可按照例如压力空气的压缩气体的有选择的引入而延伸和缩回活塞杆108。
图2A-2C表示不同延伸位置的致动器100。在一个实施例中致动器100包括三位置致动器。在图2A中,活塞杆108完全缩回。在图2B中,活塞杆108延伸到第一行程跨度。在图2C中,活塞杆108在致动(即整个行程)跨度上完全延伸。致动跨度因此包括第一行程跨度加上第二行程跨度。第二行程跨度可不同于第一行程跨度。例如,第二行程跨度的长度可显著小于第一行程跨度。这在致动小致动跨度之后需要大致动跨度的机械装置时是希望的,或者反之亦然。
第一行程跨度可以第一致动速度穿越,并且第二行程跨度可以第二致动速度穿越。在一个实施例中,第二致动速度显著小于第一致动速度。
第一行程跨度可使用第一致动力来穿越并且第二行程跨度可使用第二致动力来穿越。在一个实施例中,第二致动力显著大于第一致动力。
在一个实施例中致动器100可包括力倍增器。在一个实施例中,致动器100包括液压-气动力倍增器。力倍增器可提供大于通过单独供应气动压力产生的力的力。致动器100在一个实施例中可在总体致动跨度的任何点处提供力。力倍增器可在致动跨度的中点处致动或者可在中点之前或之后致动。
再次参考图1,致动器100还包括在活塞腔室126内往复运动的活塞120。活塞120连接到活塞杆108并使其运动。
致动器100还包括内壳体109、下部内插塞131和上部内插塞135。内壳体109形成活塞腔室126。下部内插塞131定位在活塞腔室136的底部区域处,并且上部内插塞135定位在活塞腔室126的项部区域内。另外,下部内插塞131和上部内插塞135基本上在外壳体101内将内壳体109保持就位。在一个实施例中,内壳体109基本上与外壳体101同轴。上部内插塞135包括基本上将上部内插塞135密封在外壳体101上的上部内插塞密封件136。另外,上部内插塞135包括液压流体通道137、冲头喉部138以及冲头喉部密封件139。冲头喉部138接收冲头135。因此,冲头138堵塞冲头喉部138,并且可在冲头喉部138内上下往复运动。
致动器100还包括活塞环110。活塞环110可包括活塞环密封件112。活塞环110可相对于外壳体101运动,并且可相对于活塞杆108运动。活塞环110可在压缩气体的影响下在活塞环110之上和之下运动。压缩气体可通过分别孔口D和孔口E被引入并离开活塞110之上和之下。
致动器100还包括定位在形成在内壳体109和外壳体102之间的环腔室147内的可动环140。可动环140的上侧接触活塞120之上的活塞腔室126存在的液压流体。可动环140构造成在外壳体101和内壳体109之间上下往复运动,以响应通过孔口A引入和排出的气体。可动环140可包括可动环密封件144。可动环密封件144基本上将可动环140密封到外壳体101上。另外,可动环密封件144将可动环140基本上密封到内壳体109上。
致动器100还包括冲头160。冲头160在冲头腔室161内上下往复运动。冲头160包括冲头密封件163、冲头导管163以及冲头填充空腔166。冲头填充空腔166通过从顶部插塞103延伸并连接到孔口B上的管道170供应压缩气体。气体传送到冲头160之下的冲头腔室161的一部分,其中气体经过冲头导管163到冲头腔室161的所述部分。另外,冲头160与孔口C连通。因此,冲头160可通过将压缩气体引入孔口C向下运动,并且可通过将压缩气体引入孔口B向上运动。
由于液压流体的第一容积从环腔室147运动进入活塞腔室126,可动环140的向上运动在第一行程跨度上向下压迫活塞120。冲头160的向下运动向下迫使液压流体的第二容积进入活塞腔室126,其中冲头160的向下运动在第二行程跨度上向下压迫活塞120。
附图表示致动器100在完全缩回位置,其中活塞杆108在致动器100内完全缩回。压缩气体可供应到孔口D内,以便将活塞120运动到(并将活塞120保持在)完全缩回位置。因此,孔口A、孔口B和孔口C被释放,使得活塞120和冲头160运动到完全缩回的向上位置。在活塞120向上运动时,活塞120之上的液压流体运动离开活塞腔室126,并且被迫进入外壳体101和内壳体109之间的腔室,完全向下推动可动环140。因此,气体被迫离开孔口A。另外,孔口C被释放,并且冲头120和顶部插塞103之间的气体不被保持。因此,活塞120的向上运动造成冲头160完全向上运动。
图3表示致动器100在局部致动位置。气体被供应到孔口A,向上推动可动环140。但是,应该注意到活塞140没有向上运动到其上部极限。可动环140的向上运动迫使液压流体从环腔室147经过液压流体通道137,并且进入活塞腔室126,局部向下运动活塞120。由于外壳体101的较大直径以及内壳体109和外壳体101之间的容积,可动环140的运动造成活塞120相对快速地(即第一致动速度)向下运动。由于活塞120的向下运动,气体从活塞120之下的活塞腔室126经由孔口D释放。可动环140的运动因此造成活塞120在第一(较大)行程跨度上运动(见图2B)。
图4表示力倍增器被致动时的致动器100。力倍增器的致动造成活塞120在第二(小)行程跨度上运动(见图2B)。但是,应该注意到活塞杆108在此附图中不完全延伸,这是由于可动环140没有在完全向上位置。
为了致动力倍增器,孔口B被释放,保持孔口A处的压力,并且压缩气体进一步供应到孔口C。这在冲头腔室161内向下运动冲头160,将冲头160完全运动进入冲头喉部138。因此,冲头160堵塞液压流体通道137,并且因此密封活塞腔室126内的液压流体。通过冲头160在冲头喉部138内的移动的液压流体的容积造成活塞120另外向下运动。冲头160顶部的大截面区域与冲头160的底部的较小截面区域相结合提供力倍增效果。冲头160将液压流体压入活塞腔室126。在一个实施例中冲头160端部处的力是冲头160上侧的力的大约六倍。不需要另外的液压流体来提供给致动器100。冲头160因此在第二(小)行程跨度上提供大的第二致动力。
应该理解到力倍增器可在第一(大)行程跨度上的任何点处致动。因此,即使活塞杆108只在第一行程跨度的中点处,冲头160可向下运动,并且除了已经穿越的第一行程跨度的任何部分之外,第二(小)行程跨度可通过活塞杆108穿越。
缩回操作基本上与延伸操作相反。对于缩回来说,孔口A和孔口C处的压缩气体被释放。随后,压缩气体供应到孔口B,将冲头160向上运动到完全缩回位置。冲头160的缩回不堵塞液压流体通道137,使得液压流体从活塞腔室126运动到环腔室147。接着,压缩气体被引入孔口E,以便完全向上压迫活塞环110,由此局部向上压迫活塞120(见图5和下面的描述)。压缩气体接着引入孔口D(同时在孔口E处保持压力),孔口D处的压缩气体向上完全推动活塞120并且向下完全压迫可动环140。因此,第二(小)行程跨度首先缩回,并且第一(大)行程跨度缩回。任选的是,孔口E处的压缩气体可接着被释放,使得活塞环110向下落到底部插塞104上。
图5表示被倍增器停止时的致动器100。这里孔口C被释放,并且压缩气体被供应到孔口B。由于孔口B处的压缩气体,冲头160向上运动,不堵塞冲头喉部138和液压流体通道137。液压流体现在可从活塞腔室126经由液压流体通道137到环腔室147。另外,孔口D保持释放,并且压缩气体在孔口E处供应。孔口E处的压缩气体向上运动活塞环110。活塞环110接触活塞120,向上压迫活塞120和活塞杆108。因此,活塞120在第二(小)行程跨度上并且至少部分在第一(大)行程跨度上向上运动返回(即缩回)。因此,可动环140局部向下运动。在缩回顺序的此时,压缩气体可保持在孔口E,并且压缩气体现在可供应到孔口D,其中供应到孔口D的压缩气体将造成活塞120完全向上运动,并且活塞108将穿越大行程跨度并完全缩回。
如果需要的话,按照本发明的气动压力连接器可按照任何一个实施例来使用,以便提供多种优点。本发明提供包括第一和第二行程跨度的致动跨度,其中第一和第二行程跨度可以是不同的长度。本发明提供包括第一和第二致动速度的致动跨度。本发明提供包括第一和第二致动力的致动跨度。本发明提供包括力倍增器的致动器。本发明提供包括液压-气动力倍增器的致动器。本发明提供包括可以在第一行程跨度的任何点处致动的力倍增器。
有利的是,在按照本发明的致动器中,不需要偏压弹簧。在本发明的致动器中,液压流体不供应到致动器。在本发明的致动器中,力倍增器只使用气动输入来实现。
Claims (11)
1.一种气动致动器(100),包括:
具有外壳体(101)和内壳体(109)的致动器主体(102);
滑动地定位在内壳体(109)内的活塞腔室(126)内的活塞(120);
滑动定位在外壳体(101)内并构造成至少部分运动到内壳体(109)内的冲头(160);
滑动地定位在位于内壳体(109)和外壳体(101)之间的环腔室(147)内的可动环(140);
定位在冲头(160)、活塞(120)和可动环(140)之间的区域内的液压流体;
其中,当所述冲头堵塞所述活塞腔室(126)和环腔室(147)之间的一个或多个液压流体通道(137)时所述冲头(160)密封所述活塞腔室(126)内的液压流体;
其中,所述可动环(140)的向上运动如果在所述冲头(160)未堵塞所述一个或多个液压流体通道(137)的情况下则在第一行程跨度上向下压迫活塞(120),而所述冲头(160)的向下运动在第二行程跨度上向下压迫活塞(120)其中,活塞(120)被可动环(140)作用于液压流体在第一致动中移动,并且其中,活塞(120)被冲头(160)作用于液压流体在第二致动中移动;
其中由于液压流体的第一容积从环腔室(147)运动进入活塞腔室(126),可动环(140)的向上运动在第一行程跨度上向下压迫活塞;以及
其中冲头(160)的向下运动向下迫使液压流体的第二容积进入活塞腔室(126),其中冲头(160)的向下运动在第二行程跨度上向下压迫活塞(120)。
2.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,第一行程跨度通过活塞杆(108)使用第一致动力穿越,并且第二行程跨度通过活塞杆(108)使用显著大于第一致动力的第二致动力穿越。
3.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,第一行程跨度通过活塞杆(108)以第一致动速度穿越,并且第二行程跨度通过活塞杆(108)以显著小于第一致动速度的第二致动速度穿越。
4.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,第二行程跨度沿着致动跨度出现在任何点处。
5.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,第二行程跨度通过致动器(100)的力倍增器产生。
6.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,还包括致动器主体(120)内的多个气动孔口。
7.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,还包括将压缩气体引入可动环(140)之下的环腔室(147)的孔口A。
8.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,还包括将压缩气体引入冲头(160)之下的冲头腔室(161)的孔口B。
9.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,还包括将压缩气体引入冲头(160)之上的冲头腔室(161)的孔口C。
10.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,还包括将压缩气体引入活塞(120)之下的活塞腔室(126)的孔口D。
11.如权利要求1所述的致动器(100),其特征在于,还包括定位在外壳体(101)内并在活塞(120)之下的活塞环(110),其中活塞环(110)滑动地定位在外壳体(101)内,并且构造成在活塞杆(108)上密封地滑动,其中孔口E定位在活塞环(110)之下,并且在压缩气体引入孔口E时,活塞环(110)向上运动并向上推动活塞(120)。
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