CN108547827A - 一种内置气液混合缓冲缩回型高速气缸 - Google Patents

Abstract

一种内置气液混合缓冲缩回型高速气缸，其中活塞杆安装在气缸缸筒内部，气缸缸筒在有杆腔A设有进气口B；活塞杆内设空腔并依次放置阻尼装置、浮动活塞以及充气单向阀；浮动活塞将活塞杆内腔分成C、D两腔；C腔通过设置在阻尼装置上的阻尼孔E与气缸无杆腔F相通，气缸无杆腔F充有液压油；通过充气堵头、充气单向阀给D腔预充气体；阻尼环安装在活塞杆无杆端，机械锁安装在气缸缸筒的K孔，所述K孔位于活塞杆行程末端；活塞杆在进气口B充入气体的作用下向无杆腔方向运动，缓冲液压油在活塞杆的压缩下进入C腔，浮动活塞向D腔移动，由D腔内预充气体提供背压，当活塞杆复位时，预充气体的压力推动浮动活塞和缓冲液压油复位。

Description

一种内置气液混合缓冲缩回型高速气缸

技术领域

本发明涉及一种带缓冲的高速气缸，尤其涉及一种缩回型单作用高速气缸。可适用于无人机或其他空间飞行器等起落架及舱门收放机构，飞行器着陆***，适用于多种工业用途。

背景技术

缩回型高速气缸，缓冲结构不易设计和安装，对于目前缓冲装置，多为不可重复使用缓冲。高速气缸运行末端易产生冲击和振动，从而损坏气缸以及相关的***设备，故需在行程末端设置缓冲装置，目前就气缸缓冲形式多种多样，主要有机械缓冲，气动缓冲，液压缓冲等。对于现有机械缓冲具有缓冲能力弱，不易调节，寿命短等缺点，气动缓冲具有缓冲能力弱不易控制的缺点，液压缓冲结构复杂常需外置储油装置，体积大，重量高等缺点。

对于特殊工况需求，要求高速气缸体积小，尽量减少外挂设备，重量轻，缓冲能力易于调节，可重复使用且抗外部振动冲击等干扰能力强。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的上述缺陷，提供一种内置气液混合缓冲缩回型高速气缸。

本发明的技术解决方案是：一种内置气液混合缓冲缩回型高速气缸，包括气缸缸筒、活塞杆、端盖、机械锁、阻尼装置、浮动活塞、充气单向阀、阻尼环、缓冲液压油、充气堵头；

其中活塞杆安装在气缸缸筒内部，气缸缸筒在有杆腔A设有进气口B；活塞杆内设空腔并依次放置阻尼装置、浮动活塞以及充气单向阀；浮动活塞将活塞杆内腔分成C、D两腔；C腔通过设置在阻尼装置上的阻尼孔E与气缸无杆腔F相通，气缸无杆腔F充有液压油；通过充气堵头、充气单向阀给D腔预充气体；阻尼环安装在活塞杆无杆端，机械锁安装在气缸缸筒的K孔，用于在行程末端对活塞杆进行锁定，所述K孔位于活塞杆行程末端；

活塞杆在进气口B充入气体的作用下向无杆腔方向运动，活塞杆运动前期压缩无杆腔中的常压(装配环境的气压)气体，运动后期，缓冲液压油在活塞杆的压缩下进入C腔，浮动活塞向D腔移动，由D腔内预充气体提供背压，当活塞杆复位时，预充气体的压力推动浮动活塞复位同时迫使缓冲液压油复位。

进一步的，所述气缸缸筒设有加强缓冲段G，加强缓冲段G入口设有倒角导向，当活塞杆进入加强缓冲段G，阻尼环与加强缓冲段G形成缝隙，起到阻尼作用。

进一步的，在加强缓冲端G的倒角导向外侧设有缸筒加强锥面Y，用以在行程末端活塞杆撞击缸筒时，增加缸筒强度，提高气缸使用寿命。

进一步的，所述的阻尼装置为可调结构，包括定子、转子和挡圈，定子与活塞杆连接固定，定子和转子均开有腰形孔或扇形孔，转子在定子内旋转调节腰形孔或扇形孔重叠度来调节阻尼孔E的大小，挡圈用于将定子和转子卡于活塞杆内。

进一步的，所述的汽缸还包括缓冲垫，缓冲垫安装在活塞杆无杆端端面。

进一步的，所述活塞杆空腔内设有浮动活塞行程限位台阶J，以防止活塞杆内腔D在压缩过程中压力过高，从而损伤活塞杆。

进一步的，所述的充气单向阀包括充气单向阀壳体、阀芯组件、复位弹簧、调节螺母、挡圈；

充气单向阀壳体采用中空结构，空腔左侧依次装有阀芯组件、复位弹簧、调节螺母、挡圈；阀芯组件上的胶料与壳体锥面贴合，用于气体的密封；阀芯组件上设有充气顶针；推动充气顶针使阀芯组件脱离壳体锥面对活塞杆进行充气；当充气顶针释放时，阀芯组件在复位弹簧作用下复位实现气体密封；复位弹簧壳体右侧设有外部机械安装接口。

进一步的，充气单向阀在气体密封时采用阀芯组件的锥面开压胶槽进行压胶，然后胶料与充气单向阀壳体密封锥面接触密封。

进一步的，所述的压胶槽内开有压胶防脱槽，防止胶料在压力作用下脱开。

进一步的，所述的充气顶针侧面开有平面槽。

进一步的，所述的机械锁包括限位栓、机械锁端盖、复位弹簧、解锁手柄；气缸缸筒的K孔和限位栓上均开有均压孔I；活塞杆上开有限位栓对应的环形沟槽H；限位栓放置在K孔中，复位弹簧套装在限位栓上，机械锁端盖与K孔端面固定连接；解锁手柄安装在露出机械锁端盖外部的限位栓上，限位栓与机械锁端盖之间密封。

进一步的，限位栓套装复位弹簧一侧的直径在满足结构强度的前提下尽可能小。

进一步的，还包括可调支耳，可调支耳螺接在活塞杆的前端并通过锁紧螺母锁紧固定。

进一步的，气缸缸筒无杆腔F内充有部分缓冲液压油，缓冲液压油的体积小于C腔最大容积。

进一步的，所述气缸缸筒采用一体化设计。

进一步的，阻尼环为可调阻尼环，根据缓冲效果调节阻尼环的直径D2，D2＜D1，其中D1为加强缓冲段G圆柱段的直径。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)、其通过内置气液混合缓冲装置实现活塞杆在缩回过程中，运动速度前快后慢，出力前大后小的特征，从而达到高速和良好的缓冲效果，且产品机械复位后，缓冲装置自动复位，便于重复使用，在气缸末端设有机械锁，用于提高气缸的可靠性。本内置气液混合缓冲缩回型气缸总体布局紧凑，空间利用率高，运动前期出力大，速度快，运动后期缓冲效果好；

(2)、活塞杆内置缓冲腔，用于容纳无杆腔外侧缓冲油液，充分利用了活塞杆空间，无需外挂任何附件，节省空间，降低了气缸重量，适用于空间和重量要求严格的场合。

(3)、无杆腔装有部分缓冲液压油，液压油对活塞杆运动具有润滑作用，有助于活塞杆运动前期高速运动，提高气缸寿命，运动后期液压油用于缓冲，同时，可根据需求调整液压油的量从而改变缓冲效果和缓冲距离，增强气缸的适应性；

(4)、缓冲腔与无杆腔之间设置有可变阻尼装置，可变阻尼装置可连续调节阻尼孔大小，从而根据不同工况连续调节缓冲效果，可降低设计和加工制造要求，提高调试效率；

(5)、活塞杆内部安装有充气单向阀用于给活塞杆内腔充气提供预压力，从而使活塞杆内置浮动活塞处于初始位置，在有振动冲击的环境中，如气缸不启动，则缓冲液压油无法进入缓冲内腔，从而保证了缓冲质量，提高了抗干扰能力；

(6)、缓冲内腔设活塞杆内置浮动活塞在缓冲内腔压力作用下，在作动器作动完一次行程之后，使作动器复位，其缓冲液压有也可进行复位，作动器可在不拆卸情况下反复使用，而保持良好的缓冲性能，满足重复使用要求；

(7)、内置浮动活塞和预充气体也可给缓冲提供一定的背压，可通过调节充气压力调节缓冲背压，从而调节缓冲性能；

(8)、为保证充气单向阀的密封可靠性，充气单向阀，采用了锥面压胶技术，可实现自对中，同时非金属与光滑金属锥面接触，有利于提高密封可靠性。其结构简单，体积小，密封可靠；

(9)、缸筒末端设有加强缓冲段，活塞杆无杆端设有相应的可变阻尼环，增加末端阻尼效果，从而提高末端缓冲效果，阻尼环安装于活塞杆上，易于更换。

(10)、本发明高速缓冲气缸集成了多种缓冲调节方式，在不改变结构的条件下，可根据负载情况方便调节缓冲效果，且具有一定的自适应能力。

(11)本发明高速缓冲气缸行程末端设有机械锁，用于在行程末端可靠锁闭活塞杆，起到失压保护功能，在机械锁中设有均压孔，可提高锁闭可靠性。

附图说明

图1为本发明内置气液混合缓冲缩回型高速气缸结构图；

图2为本发明气缸缸筒示意图；

图3为本发明气缸运动后期示意图；

图4为本发明可变阻尼装置结构示意图；

图5为本发明可变阻尼装置阻尼孔调节示意图；

图6为本发明充气阀结构示意图；

图7为本发明充气阀阀芯结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作详细说明。

如图1-7所示为本发明内置气液混合缓冲缩回型高速气缸原理图，包括气缸缸筒1、活塞杆2、端盖3、机械锁4、阻尼装置5、浮动活塞6、充气单向阀7、可调支耳8、锁紧螺母9、阻尼环10、缓冲垫11、缓冲液压油12、充气堵头13。其中活塞杆2安装在气缸缸筒1内部，气缸缸筒1在有杆腔A设有进气口B，进气口B通高压气体用于驱动活塞杆2带动负载，缓冲垫11安装在活塞杆无杆端端面，用于在活塞杆与气缸缸筒末端接触时缓冲，从而减少刚性撞击，降低对活塞杆和缸筒的损伤。

气缸缸筒1采用一体化设计，无复杂特征，便于铸造或机加成型，减少了密封数量，提高了密封可靠性。气缸缸筒1左端设有加强缓冲段G，加强缓冲段G入口设有倒角导向，当活塞杆进入加强缓冲段G，阻尼环10与加强缓冲段G形成缝隙，起到阻尼作用。在加强缓冲端G的倒角导向外侧设有缸筒加强锥面Y，用以在行程末端活塞杆撞击缸筒时，增加缸筒强度，提高气缸使用寿命。

活塞杆2内设空腔并放置浮动活塞6，浮动活塞6将活塞杆内腔分成C、D两腔。C腔通过阻尼装置5上设置的阻尼孔E与气缸无杆腔F相通，气缸无杆腔F充有部分缓冲液压油12，在活塞杆运动过程中，活塞杆运动前期压缩无杆腔中的常压(装配环境的气压)气体，无液压油阻尼，而到行程末端时，液压油通过阻尼孔E进入C腔并推动小浮动活塞6向右移动，实现缓冲效果，缓冲液压油的体积小于C腔最大容积。缓冲液压油一方面对活塞杆运动有一定润滑作用，另一方面，保证了气缸在运动前期基本无液压缓冲，而行程末端开始进入液压缓冲，且通过多种缓冲手段实现良好的末端缓冲。活塞杆2空腔内设有浮动活塞6行程限位台阶J，以防止活塞杆内腔D在压缩过程中压力过高，从而损伤活塞杆。

活塞杆2右侧安装有充气单向阀7，用于给D腔预充一定压力气体。随着行程的增大，D腔压力逐渐增高，即缓冲背压增高，有助于缓冲效果的提高。充气单向阀7外圆设有密封圈7-6，用于充气单向阀与活塞杆密封。活塞杆2无杆端安装有阻尼环10和缓冲垫11。

机械锁4安装在活塞缸筒K孔内，用于在行程末端对活塞杆进行锁定，其主要由限位栓4-1、机械锁端盖4-2、限位栓复位弹簧4-3、双道密封4-4、解锁手柄4-5组成。气缸缸筒1的K孔和限位栓4-2上均开有均压孔I；活塞杆2上开有限位栓4-1对应的环形沟槽H；限位栓4-1放置在K孔中，复位弹簧4-3套装在限位栓4-1上，机械锁端盖4-2与K孔端面固定连接；解锁手柄安装在露出机械锁端盖外部的限位栓上，限位栓与机械锁端盖之间密封。限位栓套装复位弹簧一侧的直径在满足结构强度的前提下尽可能小。可调支耳8通过螺纹与活塞杆2进行连接，可调支耳8侧面开有充气孔，充气孔中安装有充气堵头13，锁紧螺母9通过螺纹将可调支耳8与活塞杆2进行锁紧。

阻尼装置5为可调结构，包括定子5-1、转子5-2和挡圈5-3，定子5-1与活塞杆2螺纹连接固定，定子5-1和转子5-2均开有腰形孔或扇形孔，转子5-2在定子5-1内旋转调节腰形孔或扇形孔重叠度来调节阻尼孔E的大小，挡圈5-3用于将定子5-1和转子5-2卡于活塞杆2内，提高可靠性。从而调节缓冲能力，结构简单，可无极调节缓冲性能。

充气单向阀7安装在活塞杆右端，充气时可借助活塞杆2上的与可调支耳8的接口进行充气工装设计对活塞腔D进行充气，也可在不拆卸可调支耳8的情况下，依靠在可调支耳8侧面开有的充气孔进行充气，然后用充气堵头13堵住。充气方式简单可靠，充气完毕后，活塞腔D中的压力有助于充气单向阀7阀芯组件7-2的关闭，且工作过程中由可调支耳进行防护，从而提高充气单向阀端密封效果，有利于长期贮存使用。

充气单向阀7包括充气单向阀壳体7-1、阀芯组件7-2、复位弹簧7-3、调节螺母7-4、挡圈7-5；充气单向阀壳体7-1采用中空结构，空腔左侧依次装有阀芯组件7-2、复位弹簧7-3、调节螺母7-4、挡圈7-5；阀芯组件上的胶料与壳体锥面贴合，用于气体的密封；阀芯组件上设有充气顶针；推动充气顶针使阀芯组件脱离壳体锥面对活塞杆进行充气；当充气顶针释放时，阀芯组件在复位弹簧作用下复位实现气体密封；复位弹簧壳体右侧设有外部机械安装接口。充气单向阀7在气体密封时采用阀芯组件的锥面开压胶槽进行压胶，然后胶料与充气单向阀壳体7-1密封锥面接触密封。压胶槽内开有压胶防脱槽，防止胶料在压力作用下脱开。此种密封为基本不会对胶料进行损伤，提高了密封寿命和可靠性。充气顶针侧面开有平面槽。

阀芯组件7-2设有压胶槽，压胶槽内开有压胶防脱槽，防止胶料在压力作用下脱开，阀芯组件7-2上设有充气顶针，为提高充气效率，充气顶针侧面开有平面槽。

阻尼环10为可调阻尼环，根据缓冲效果调节阻尼环10的直径D2，D2＜D1，其中D1为加强缓冲段G圆柱段的直径。

高速气缸使用前，首先要通过充气单向阀7向D腔内充一定压力气体。当气体从进气口B进入有杆腔A后推动活塞杆2向左移动，活塞杆2运动前期，压缩无杆腔F中的大气压装配时压力气体通过阻尼孔E进入C腔，基本无缓冲效果，活塞杆运动速度快，出力大，当活塞杆继续向左移动时，活塞杆2开始挤压缓冲液压油12，迫使缓冲液压油通过阻尼孔E进入活塞杆内腔C腔，C腔压力升高推动浮动活塞6向右移动压缩D腔，D腔通过右侧安装的充气单向阀7充有一定的预压力。当浮动活塞6运动到限位位置即停止。在行程末端，气缸直径变细，阻尼环10配合气缸缸筒2的加强缓冲段，如图2所示，形成阻尼环带，增强了阻尼效果，即提高了末端缓冲能力。在活塞杆与缸筒接触时，安装在活塞杆2端部的缓冲垫11与缸筒接触防止刚性接触。于此同时，机械锁4的限位栓4-1经活塞杆2斜面M滑入限位槽H中，起到活塞杆2锁定作用。

当需要气缸复位时，手动拉动限位锁4-1解锁，通过手动或外部机械将活塞杆2拉出，当活塞杆2拉出时，无杆腔F和C腔压力降低，在D腔高压的作用下压缩C腔的液压油经阻尼孔E回到无杆腔，气缸缓冲能力复位，为下次气缸运动做准备。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (16)

1.一种内置气液混合缓冲缩回型高速气缸，其特征在于：包括气缸缸筒(1)、活塞杆(2)、端盖(3)、机械锁(4)、阻尼装置(5)、浮动活塞(6)、充气单向阀(7)、阻尼环(10)、缓冲液压油(12)、充气堵头(13)；

其中活塞杆(2)安装在气缸缸筒(1)内部，气缸缸筒(1)在有杆腔A设有进气口B；活塞杆(2)内设空腔并依次放置阻尼装置(5)、浮动活塞(6)以及充气单向阀(7)；浮动活塞(6)将活塞杆内腔分成C、D两腔；C腔通过设置在阻尼装置(5)上的阻尼孔E与气缸无杆腔F相通，气缸无杆腔F充有液压油(12)；通过充气堵头(13)、充气单向阀(7)给D腔预充气体；阻尼环(10)安装在活塞杆(2)无杆端，机械锁(4)安装在气缸缸筒的K孔，用于在行程末端对活塞杆进行锁定，所述K孔位于活塞杆行程末端；

活塞杆(2)在进气口B充入气体的作用下向无杆腔方向运动，活塞杆运动前期压缩无杆腔中的气体，运动后期，缓冲液压油(12)在活塞杆的压缩下进入C腔，浮动活塞(6)向D腔移动，由D腔内预充气体提供背压，当活塞杆复位时，预充气体的压力推动浮动活塞和缓冲液压油复位。

2.根据权利要求1所述的气缸，其特征在于：所述气缸缸筒(1)设有加强缓冲段G，加强缓冲段G入口设有倒角导向，当活塞杆进入加强缓冲段G，阻尼环(10)与加强缓冲段G形成缝隙，起到阻尼作用。

3.根据权利要求2所述的气缸，其特征在于：在加强缓冲端G的倒角导向外侧设有缸筒加强锥面Y，用以在行程末端活塞杆撞击缸筒时，增加缸筒强度，提高气缸使用寿命。

4.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：所述的阻尼装置(5)为可调结构，包括定子(5-1)、转子(5-2)和挡圈(5-3)，定子(5-1)与活塞杆(2)连接固定，定子(5-1)和转子(5-2)均开有腰形孔或扇形孔，转子(5-2)在定子(5-1)内旋转调节腰形孔或扇形孔重叠度来调节阻尼孔E的大小，挡圈(5-3)用于将定子(5-1)和转子(5-2)卡于活塞杆(2)内。

5.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：还包括缓冲垫(11)，缓冲垫安装在活塞杆无杆端端面。

6.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：所述活塞杆(2)空腔内设有浮动活塞(6)行程限位台阶J，以防止活塞杆内腔D在压缩过程中压力过高，从而损伤活塞杆。

7.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：所述的充气单向阀(7)包括充气单向阀壳体(7-1)、阀芯组件(7-2)、复位弹簧(7-3)、调节螺母(7-4)、挡圈(7-5)；

充气单向阀壳体(7-1)采用中空结构，空腔左侧依次装有阀芯组件(7-2)、复位弹簧(7-3)、调节螺母(7-4)、挡圈(7-5)；阀芯组件上的胶料与壳体锥面贴合，用于气体的密封；阀芯组件上设有充气顶针；推动充气顶针使阀芯组件脱离壳体锥面对活塞杆进行充气；当充气顶针释放时，阀芯组件在复位弹簧作用下复位实现气体密封；复位弹簧壳体右侧设有外部机械安装接口。

8.根据权利要求7所述的气缸，其特征在于：充气单向阀(7)在气体密封时采用阀芯组件的锥面开压胶槽进行压胶，然后胶料与充气单向阀壳体(7-1)密封锥面接触密封。

9.根据权利要求8所述的气缸，其特征在于：所述的压胶槽内开有压胶防脱槽，防止胶料在压力作用下脱开。

10.根据权利要求7所述的气缸，其特征在于：所述的充气顶针侧面开有平面槽。

11.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：所述的机械锁(4)包括限位栓(4-1)、机械锁端盖(4-2)、复位弹簧(4-3)、解锁手柄(4-5)；

气缸缸筒(1)的K孔和限位栓(4-2)上均开有均压孔I；活塞杆(2)上开有限位栓(4-1)对应的环形沟槽H；限位栓(4-1)放置在K孔中，复位弹簧4-3)套装在限位栓(4-1)上，机械锁端盖(4-2)与K孔端面固定连接；解锁手柄安装在露出机械锁端盖外部的限位栓上，限位栓与机械锁端盖之间密封。

12.根据权利要求11所述的气缸，其特征在于：限位栓套装复位弹簧一侧的直径在满足结构强度的前提下尽可能小。

13.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：还包括可调支耳(8)，可调支耳(8)螺接在活塞杆的前端并通过锁紧螺母9锁紧固定。

14.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：气缸缸筒无杆腔F内充有部分缓冲液压油(12)，缓冲液压油的体积小于C腔最大容积。

15.根据权利要求1或2或3所述的气缸，其特征在于：所述气缸缸筒(1)采用一体化设计。

16.根据权利要求2或3所述的气缸，其特征在于：阻尼环(10)为可调阻尼环，根据缓冲效果调节阻尼环(10)的直径D2，D2＜D1，其中D1为加强缓冲段G圆柱段的直径。