CN109964048A

CN109964048A - 气动或液压机构

Info

Publication number: CN109964048A
Application number: CN201780068956.7A
Authority: CN
Inventors: D·J·穆迪
Original assignee: S-Garn Co Ltd
Current assignee: S-Garn Co Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: US11242873B2; JP2019534433A; US20190271337A1; WO2018070881A1; AU2017343367A1; JP6954542B2; EP3526475A4; EP3526475A1; AU2017343367B2; CN109964048B

Abstract

一种气动或液压机构具有壳体，壳体限定活塞腔并具有流体入口。活塞在活塞腔中可滑动。活塞将活塞腔分隔成前腔和后腔。活塞具有一个或多个通路，用于后腔和前腔之间的流体连通，一个或多个通路由密封机构密封。密封机构具有密封状态和非密封状态，在密封下，密封机构基本上阻止后腔和前腔之间的流体连通，在非密封下，密封机构允许后腔和前腔之间的流体连通。活塞在第一位置和第二位置之间可滑动。当活塞位于第一位置时，密封机构处于密封状态。在向入口供应流体时，流体将活塞推向其第二位置，然后使密封机构变为非密封状态，直到后腔和前腔中压力相等，从而允许密封机构返回密封状态。在从后腔移除流体后，前腔中的流体促使活塞返回其第一位置。

Description

气动或液压机构

技术领域

本发明涉及气动或液压机构。

背景技术

单作用气动缸通过如下方式来工作：使压力流体仅在一个方向上工作，即压力流体在活塞后面迫使活塞在气缸内向前推进。为了使活塞返回，单作用气缸具有将活塞推回其起始位置的机械弹簧，或具有流体弹簧，这种情况则通过在活塞前面积聚压缩流体而使活塞返回其起始位置。这种气缸具有一定的缺点，例如由于抵抗机械弹簧或压缩流体弹簧的作用力，活塞在其前进冲程中失去动力。另一缺点是复位弹簧占据气缸末端的空间，因此增加了气缸的总长度。进一步的缺点是，由于弹簧所需的尺寸和成本，要制造长行程或大孔单作用气缸并不实际。

通过省去了机械复位弹簧或流体压缩弹簧，转而在活塞收缩行程使用压力流体，双作用气缸克服了单作用气缸所具有的问题。这通过设置两个压力流体入口来完成，一个位于活塞后面，一个位于活塞前面。这样做的优点是活塞在其前进行程中不必抵抗复位弹簧的作用力，因此在整个前进行程中保持全力。双作用气缸的缺点之一是它要求整个压缩空气气缸腔来完成所述收缩行程。因此，双作用气缸的空气使用量是单作用气缸的两倍。另外，双作用气缸通常通过位于气缸壁外侧上的管来接收压缩流体从而使活塞返回。这增加了气动机构的整体尺寸。

对于双作用气缸来说，使用两倍体积的压缩空气本身是有缺点的。这意味着，为使活塞完成整个循环，在气动式气缸中对空气进行压缩的压缩机必须生成两倍的压缩空气。那么，这就意味着压缩机使用的电力或燃料是单作用气缸的两倍。使用两倍体积的空气也会对操作员产生影响，因为压缩机空气罐的重新加注量必须两倍于单作用气缸，这通常意味着操作员须停工等待空气罐重新加注。

然而，由于双作用气缸的活塞在其前进行程中面对零阻力因而提供比单作用气缸更大的动力，通常认为双作用气缸的缺点仍然超过单作用气缸的优点。

此外，许多气动机构(例如钉枪)具有复杂的阀门布置来使活塞返回其起始位置，这种阀门布置的使用、维护和制造都比较困难。

至少本发明的优选实施方案的目的是克服至少一个上述缺点和/或至少为公众提供有用的替代选择。

本说明书参考了专利说明书、其他外部文件或其他信息来源，这通常是为讨论本发明的特征提供背景。除非另有明确说明，否则对此类外部文件或此类信息源的引用不应被解释为承认此类文件或此类信息源在任何管辖区域属于现有技术或构成本领域公知常识的一部分。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种气动或液压机构，包括：

壳体，其限定活塞腔并具有流体入口；

活塞，其在所述活塞腔中可滑动，所述活塞将所述活塞腔分隔成前腔和后腔，所述活塞具有一个或多个通路，用于所述后腔和所述前腔之间的流体连通，所述一个或多个通路由密封机构密封；

所述密封机构具有密封状态和非密封状态，在所述密封状态下，所述密封机构基本上阻止所述后腔和所述前腔之间的流体连通，在所述非密封状态下，所述密封机构允许所述后腔和所述前腔之间的流体连通；

所述活塞在第一位置和第二位置之间可滑动；

其中，当所述活塞位于所述第一位置时，所述密封机构处于所述密封状态；

在流体供应到所述入口时，所述流体将所述活塞推向其第二位置，随后，使所述密封机构变为所述非密封状态，直到所述后腔和所述前腔中的压力相等，从而允许所述密封机构返回到所述密封状态；

在从所述后腔移除流体时，所述前腔中的流体促使所述活塞返回其第一位置。

在一个实施方案中，所述活塞腔具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有对应于所述活塞的所述第一位置的第一直径，所述第二部分具有对应于所述活塞的所述第二位置的第二直径，所述第二直径大于所述第一直径。

在一个实施方案中，所述密封机构包括密封构件。

在一个实施方案中，所述密封构件是可膨胀密封构件，该可膨胀密封构件被设置成膨胀为所述密封状态。

在一个实施方案中，所述活塞腔具有对应于所述活塞的所述第一位置的第一部分和对应于所述活塞的所述第二位置的第二部分，所述第二部分具有多个通道。

在一个实施方案中，所述一个或多个通路包括一个或多个孔。

在一个实施方案中，所述可膨胀密封构件是环形构件。

在一个实施方案中，所述机构进一步包括在所述活塞和所述活塞腔之间的一个或多个附加密封件。

在一个实施方案中，所述机构进一步包括一个或多个排出口。

在一个实施方案中，所述机构进一步包括活塞杆。

本说明书和权利要求书中使用的术语“包括”意指“至少部分地由……组成”。解释本说明书和权利要求书中包含术语“包括”的陈述时，在每个陈述中，除由该术语开头引出的特征之外，也可存在其它特征。诸如“包括”和“包含”的相关术语应以类似方式解释。

对本发明公开的数字范围的引用(例如，1至10)旨在还包括对该范围内的所有有理数(例如，1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9和10)以及该范围内的任何有理数范围(例如，2至8、1.5至5.5和3.1至4.7)的引用，因此，特此明确公开本发明明确公开的所有范围的所有子范围。这些仅是具体意图的示例，应认为，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合均在本申请中以类似方式明确陈述。

对于本发明所涉及领域的技术人员来说，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围的前提下，本发明的许多结构变化和广泛不同的实施方案和应用将自身显示。本发明的公开内容和描述是纯粹说明性的，并非为了限制。在本发明所提及的特定完整事物在本发明所涉及的领域具有已知等同物的情况下，如同单独阐述一样，这些已知等同物一并并入本发明。

如本发明所使用的，名词前面的术语“多个”表示该名词的复数和/或单数形式。

如本发明所使用的，术语“和/或”意指“和”或者“或”，或者，根据上下文可行的情况下，意指“和”以及“或”。

前述内容为本发明的组成部分，并且本发明还设想了以下结构，下面仅给出所述结构的实施例。

附图说明

现将仅通过示例并参考附图来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的示例性实施方案的气动机构的剖视图，示出了处于起始位置的所述机构；

图2是图1机构的剖视图，示出了处于第二状态的所述机构，其中加压流体供应到后腔且活塞未移动；

图3是图1和图2机构的剖视图，示出了处于第三状态的所述机构，其中所述活塞处于其第二位置，可膨胀密封构件处于未膨胀状态；

图4是图1至图3机构的剖视图，示出了处于第四状态的所述机构，其中所述活塞处于其第二位置，所述可膨胀密封构件处于膨胀状态；

图5是对应于图4的视图，示出了处于第五状态的所述机构，其中所述可膨胀密封构件返回到未膨胀状态，所述加压流体从所述后腔排出；

图6是图1至图5机构的剖视图，示出了处于第六状态的所述机构，其中所述加压流体从所述后腔排出，而前腔中的加压流体使所述活塞返回第一位置；

图7是图1至6机构的剖视图，示出了返回图1位置的所述机构；

图8示出了机构细节，用于将所述机构固定于图1位置；

图9是根据本发明另一示例性实施方案的气动机构的剖视图，示出了处于起始位置的所述机构；

图10是图9机构的剖视图，示出了图9的细节10；

图11是图9和10机构的剖视图，其中活塞处于其第二位置，可膨胀密封构件处于膨胀状态；

图12是图9至11机构的剖视图，其中加压流体从后腔排出，而前腔中的加压流体使所述活塞返回第一位置；以及

图13是图9机构的剖视图。

具体实施方式

现将参考图1至8描述气动或液压机构100的优选实施方案。所述优选实施方案可以是钉枪机构。然而，应当理解，该机构可以是其它机构，例如车辆制动***、彩弹枪或气动武器。为方便起见，在一些图中***了标有“F”的箭头，表示所述钉枪机构的前进方向。因此，术语前、后、左侧和右侧(或类似的)应参照前进方向F来解释。这些术语用于方便解释而非限制。

机构100具有壳体1，壳体1限定活塞腔3和活塞5。所述活塞腔和活塞优选具有圆柱体形状。壳体1具有流体入口7和一个或多个排出口9。入口7也可用作所述排出口之一。

活塞腔3具有第一部分11和第二部分13，第一部分11具有对应于活塞5的第一位置的第一直径，第二部分13具有对应于活塞5的第二位置的第二直径。如图1所示，所述第二直径大于所述第一直径。所述第一和第二直径之间的过渡15是锥形的。活塞腔3还具有包含一个或多个排出口9的凹槽。活塞腔3的第一部分11的尺寸足以容纳一定量的加压流体。所述圆柱体的前部区域优选是阶梯状的，但也可以是其它形状。

活塞5可在活塞腔3中滑动。活塞5将活塞腔3分隔成前腔17和后腔19。所述活塞可在活塞腔3中在第一位置(图1)和第二位置(图3)之间滑动。

活塞5具有围绕其外表面的环形密封件21a、21b，以将活塞腔3的内表面密封。密封件21a、21b基本上防止流体在与排出口9连通的前腔17和与入口7连通的后腔19之间流动。在所示的实施方案中，密封件21a、21b是O形环型橡胶密封件，但所述密封件可包括任何其它合适的密封件。

活塞5具有一个或多个通路，用于后腔19和前腔17之间的流体连通。在所示实施方案中，所述通路是所述活塞中的孔23a、23b。

孔23a、23b由密封机构密封。所述密封机构具有密封状态和非密封状态，在所述密封状态下，所述密封机构基本上阻止后腔19和前腔17之间的流体连通，在所述非密封状态下，所述密封机构允许后腔19和前腔17之间的流体连通。在图1至8所示的实施方案中，所述密封机构包括可膨胀密封构件25。在所述密封状态下，可膨胀密封构件25不膨胀。在所述非密封状态下，可膨胀密封构件25膨胀。下面更详细地描述所述状态之间的差异和变化。

可膨胀密封构件25是环形构件。在所示实施方案中，可膨胀密封构件25位于活塞5内的向前倾斜凹槽27中。可膨胀密封构件25是O形环，该O形环用作止回阀或单向阀以提供所述密封状态和供所非密封状态。当活塞5位于所述第一位置时，可膨胀密封构件25处于所述密封状态而基本上阻止后腔19和前腔17之间的流体连通。

机构100还包括活塞杆29。杆29的形状具有相对较窄的直径和相对较宽的直径。

在向入口7供应流体时，所述流体将活塞5推向其第二位置。随后，该流体使可膨胀密封构件25膨胀，从而允许来自所述后腔的流体连通以将流体供应到所述前腔(非密封状态)。所述流体通过孔23a、23b供应，直到后腔19和前腔17中的压力相等。该均压压力允许可膨胀密封构件25返回非膨胀状态(密封状态)。

在通过入口/排出口7从后腔19中除去流体后，前腔17中的流体促使所述活塞返回其第一位置(图7)。

机构100在图1所示的状态下启动。当触发构件(未示出)被激活时，压力流体通过活塞5后的入口7释放到后腔19中(图2)。在向入口7供应流体时，所述流体将活塞5推向其第二位置(图3)。

当活塞5在所述气缸的所述前部到达活塞腔3的所述第一部分内的所述第二位置时，只有可膨胀密封构件25位于所述活塞腔的所述第一部分内。在该位置，其它环形密封件21a、21b与位于活塞腔3的所述第一部分后面的一个或多个出口9的每一侧密封接合，防止任何压力流体排出。

参考图4，随后，所述流体使可膨胀密封构件25膨胀，从而允许来自后腔19的流体连通，而将流体供应到前腔17(非密封状态)。特别地，可膨胀密封构件25膨胀并从活塞5中的凹槽27中抬起，但缸腔台阶阻止其完全抬起。此时，可膨胀密封构件25不再与主缸腔密封接合。可以理解，从凹槽27中抬起之前，可膨胀密封构件25将试图膨胀，但被气缸壁阻止。

可膨胀密封构件25保持膨胀或打开，允许压力流体流过一个或多个孔23a、23b，直到后腔19和前腔17中的压力相等。

一旦在活塞5的两侧获得相等的压力，压力流体就不再迫使可膨胀密封构件25打开或膨胀。结果，可膨胀密封构件25返回到其未膨胀状态(图5)。

因为所述孔被可膨胀密封构件25阻塞，压力流体保持密封在前腔17中而不能传递到后腔19。随着所述触发器的释放，活塞5后面的流体出口被打开，导致压力流体通过活塞5后面的所述出口排出，流体从所述后腔排出。在所示的实施方案中，入口7用作所述出口。应当理解，该机构可包括一个或多个备选出口。这会导致压力不平衡。在从后腔19中移除流体时，前腔17中的流体促使活塞5返回其第一位置(图7)。活塞5在其自身动量下加速或移动到该位置。

在活塞5返回其起始位置后，通过附接到所述气缸末端和所述活塞的机械装置将其锁定或固定就位。参考图8，所述机械装置可以是突起31，突起31由形成在凸台35中的互补孔33接收。突起31或凸台35中的一个或两个可由弹性材料(例如聚氨酯)形成。当活塞5返回其起始位置时，出口9可自由排出来自前腔17的压力流体。

现将参考图9至13描述气动或液压机构1100的另一个实施方案。除非下面描述，否则该实施方案类似于图1至8示出和参考其描的所述实施方案。在增加1000的基础上，相同的数字用于表示相同的部件。

机构1100具有壳体1001，壳体1001限定活塞腔1003和活塞1005。壳体1001具有流体入口1007和一个或多个排出口1009。入口1007也可用作所述排出口之一。

所述排出口位于壳体1001前部。所述排出口由可移动缓冲块1039封闭。缓冲块1039通过弹性柔性腹板1041连接到壳体1001。柔性腹板1041适当地包含一个或多个孔，以允许空气流过腹板1041。在替代实施方案中，缓冲块1039可通过其它弹性部件或布置(例如弹簧)连接到所述壳体。

活塞腔1003具有对应于活塞1005的第一位置的第一部分对1011和对应于活塞1005的第二位置的第二部分1013。如图13所示，第二部分1013由多个通道1014形成。第一部分1011和通道1014之间的过渡部分1015是锥形的。

通道1014围绕活塞腔1003均匀地间隔开。所有通道1014均具有相同的长度。在替代实施方案中，所述通道可非均匀地间隔开和/或具有不同的长度。

在该实施方案中，所述密封机构包括可膨胀密封构件1025。所述密封机构还具有围绕活塞1005的外表面的环形密封件1021a、1021b，以将活塞腔1003的内表面密封。密封件1021a、1021b位于可膨胀密封构件1025的任一侧。密封件1021a、1021b基本上防止流体在与排出口1009连通的前腔1017和与入口1007连通的后腔1019之间流动。密封件1021a、1021b基本上防止流体在与排出口1009连通的前腔1017和与入口1007连通的后腔1019之间流动。在所示的实施方案中，密封件1021a、1021b是O形环型橡胶密封件，但可包括任何其它合适的密封件。

图9示出了向入口1007供应加压流体，该加压流体迫使活塞1005向其第二位置移动。所述活塞前方的流体经过滑动的缓冲块1039而从排出口1009排出。

图10示出了在该位置膨胀的可膨胀密封构件1025。尽管流体可通过可膨胀密封构件1025，该流体并不能通过环形密封件1021a。也就是说，即使所述可膨胀密封构件膨胀，所述密封机构也处于所述密封状态。

图11示出了处于所述第二位置的活塞1005。在该位置，活塞1005到达缓冲块1039并迫使缓冲块1039将排出口1009密封。活塞上的前两个密封件现位于通道1014上方。加压空气现在能够绕过可膨胀密封构件1025和环形密封件1021a而填充前腔1017。

图12示出了所述后腔中的加压空气通向大气。由于前腔1017中存在加压空气，这导致压力不平衡。该不平衡迫使所述活塞向所述第一位置移动。

可膨胀密封构件1025保持密封，直到所述活塞完全缩回。该超压力经过撞杆而排出。现在该机构已准备好再次点火。

机构100可以是气动机构，所述入口可配置成接收压缩空气。或者，机构100可以是液压机构，其中所述入口可配置成接收液压流体。

活塞5可包括驱动推杆。该驱动推杆可以是从活塞5的前部延伸的细长杆。在替代实施方案中，活塞5可包括从所述气缸的两端突出的驱动推杆。

活塞5可在型材的孔中移动，所述孔的整个长度由狭槽形成并设有密封带。活塞5通过所述狭槽与托架连接。所述密封带穿过所述活塞，从而确保所述活塞和所述托架之间的连接。

活塞腔3可包括位于所述腔的端部处的一个或多个弹性止动件，用于活塞5在其第一位置和第二位置之间移动时对其进行软止动。或者，活塞5的一个或两个表面可包括弹性止动件，用于活塞5在其第一和第二位置之间移动时对其进行软止动。

壳体1可包括用于接收和引导所述推杆的引导通道。该引导通道可包括围绕所述推杆的轴承或密封件。活塞5可包括轴承，例如空气轴承，或低摩擦带。

已对所述密封机构进行描述，其具有可膨胀密封构件，所述可膨胀密封构件在密封和非密封状态之间膨胀和缩回。在替代实施方案中，所述密封机构可具有密封构件，所述密封构件在密封和非密封状态之间的不同位置、取向和/或构造之间变换。例如，所述密封构件可相对于所述活塞滑动从而在所述密封和非密封状态之间移动。

已仅通过示例的方式对本发明的优选实施方案进行了描述，可在不脱离本发明范围的情况下对其进行修改。

Claims

1.一种气动或液压机构，包括：

壳体，所述壳体限定活塞腔并具有流体入口；

活塞，所述活塞在所述活塞腔中可滑动，所述活塞将所述活塞腔分隔成前腔和后腔，所述活塞具有一个或多个通路，用于所述后腔和所述前腔之间的流体连通，所述一个或多个通路由密封机构密封；

所述活塞在第一位置和第二位置之间可滑动；

2.根据权利要求1所述的机构，其中，所述密封机构包括密封构件。

3.根据权利要求2所述的机构，其中，所述密封构件是可膨胀密封构件，该可膨胀密封构件被设置成膨胀为所述密封状态。

4.根据权利要求1所述的机构，其中，所述活塞腔具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有对应于所述活塞的所述第一位置的第一直径，所述第二部分具有对应于所述活塞的所述第二位置的第二直径，所述第二直径大于所述第一直径。

5.根据权利要求1所述的机构，其中，所述活塞腔具有对应于所述活塞的所述第一位置的第一部分和对应于所述活塞的所述第二位置的第二部分，所述第二部分具有多个通道。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机构，其中，所述一个或多个通路包括一个或多个孔。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机构，其中，所述可膨胀密封构件是环形构件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的机构，进一步包括在所述活塞和所述活塞腔之间的一个或多个附加密封件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机构，进一步包括一个或多个排出口。

10.根据前述权利要求中任一项所述的机构，其中，所述机构进一步包括活塞杆。