CN112576672B - 一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧，属于弹性元件产品技术领域，它包括工作缸、活塞、活塞杆、气路，其特征在于，所述工作缸内部空腔分为1#腔室、2#腔室、3#腔室三个充气腔室，其中1#腔室为有杆腔室，其2#腔室为无杆腔室，1#腔室和2#腔室通过活塞分隔开，1#腔室和2#腔室的体积随弹簧压缩行程变化而变化；3#腔室为固定腔室，3#腔室可设计为不同大小的体积且其体积越大，消除回弹量的效果越好；1#腔室、2#腔室和3#腔室之间通过气路连通，所述气路上设置有控制氮气流向的控制阀控制气路的接通与断开；所述活塞与活塞杆连接为一体，在工作缸内随弹簧压缩或顶出行程作直线往复运动。
Description
技术领域
本发明涉及弹性元件产品技术领域，尤其是涉及一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧及运行方法。
背景技术
氮气弹簧是一种以高压氮气为工作介质的新型弹性元件，由于其具备体积小、弹力-行程曲线平缓、工作行程长、不需预紧、安装方式灵活等优异性能，在许多领域已经逐渐替代金属弹簧、弹性橡胶、气垫等常规弹性元件，特别在模具工业领域，这种替代更为彻底、明显。
近年来，随着模具朝着精密、高效、长寿命等方向迅速发展，对氮气弹簧的性能提出了更多新的要求。例如：为满足精密复杂冲压件成型而设计的某种二次拉延模具，开模时要求氮气弹簧能按冲压工艺规定的时间保持在压缩状态，即：“回程可控”的锁止状态；并且，此种回程可控的氮气弹簧在机械制造、汽车、电子电器等众多领域也可推广应用。普通氮气弹簧因回程不可控已不能满足此类需求，而现有技术中的回程可控型氮气弹簧普遍存在回弹量较大，或构建的去回弹***较复杂导致运行可靠性下降且价格昂贵，影响推广使用。
为了满足市场的需求，开发一种能克服上述缺陷、工作稳定可靠的新型回程可控型氮气弹簧，势在必行。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧，本发明采用的技术方案是：一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧，包括工作缸、活塞、活塞杆、气路，其特征在于，所述工作缸内部空腔分为1#腔室、2#腔室、3#腔室三个充气腔室，其中1#腔室为有杆腔室，其2#腔室为无杆腔室，1#腔室和2#腔室通过活塞分隔开，1#腔室和2#腔室的体积随弹簧压缩行程变化而变化；1#腔室、2#腔室和3#腔室之间通过气路连通，所述气路上设置有控制氮气流向的控制阀控制气路的接通与断开；所述活塞与活塞杆连接为一体，在工作缸内随弹簧压缩或顶出行程作直线往复运动。
进一步的，所述3#腔室为固定腔室，3#腔室可设计为不同大小的体积且其体积越大，消除回弹量的效果越好。
进一步的，所述1#腔室与2#腔室间设置有两条分支气路，其中第一分支气路为经单向阀使2#腔室内气体向1#腔室内流动的单向气路；第二分支气路为经控制阀一使1#腔室与2#腔室间气体慢速流动或截止的节流控制气路，该节流气路能避免腔内高压氮气释放能量速度过快。
进一步的，所述2#腔室与3#腔室间设置有一条经控制阀二使两腔室间气体连通或截止的控制气路。
进一步的，所述2#腔室与3#腔室间设置有一条经充放气阀使外界与内部气路连通或断开的充放气气路，其充放气阀一端连接在气路中，另一端作为向氮气弹簧充气或放气的接口，方便对弹簧进行充气或放气。
另外，本发明还公布了一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧的运行控制方法，包括以下步骤：
A、充装：氮气弹簧按使用要求的压强P0通过充放气阀被充入氮气，控制阀一、控制阀二处于接通位置，保持1#腔室、2#腔室、3#腔室均连通，活塞杆在内部高压氮气作用下被完全顶出工作缸，氮气弹簧处于未压缩的自然状态；
B、压缩准备：在外界通过活塞杆对弹簧施加压力前，控制阀一断开1#腔室、2#腔室的节流气路；控制阀二断开，使3#腔室封闭一定量初始状态下的压缩气体；
C、压缩蓄能：外界压块通过活塞杆对弹簧施加压力F，活塞杆带动活塞使#腔室内的气体经单向阀流入1#腔室，同时1#腔室、2#腔室内的气体被压缩而蓄积能量，腔内压强随压缩行程的增加而上升；
D、锁止：当活塞杆被压至下止点位置且在外力F撤除前，
第一，活塞杆在下止点位置平衡后，单向阀自动断开1#腔室与2#腔室间气路；
第二，控制阀二接通2#腔室与3#腔室间气路，让2#腔室内剩余的少量气体，该气体的压强为Pt，体积为V2t，与3#腔室内被封闭的初始气体，该气体的压强为P0，体积为V3混合，使2#腔室内气体压强迅速降低至Pt’，压强为Pt’＝(PtV2t+P0V3)/(V2t+V3)，体积为V2t；
第三，控制阀二断开2#腔室与3#腔室间气路。
此时，撤除作用在活塞杆上的外力F，平衡后，弹簧的活塞杆被锁止在原压缩位置，外界与弹簧对压块的作用力为0，且活塞杆反向顶出的位移量l即回弹量可获得如表1所示的效果。
表1回弹量与3#腔室体积V3、活塞在下止点时2#腔室体积V2t的关系
E、回程：当外界需要弹簧对外作功时发出回程指令，控制阀一接通1#腔室与2#腔室间的节流气路，1#腔室内的气体慢速流入2#腔室，压缩气体将活塞杆以弹力F’慢速顶出对外作功，弹簧缓慢释放积蓄的能量；当活塞杆顶出至上止点位置时，腔内压强降至P0’，蓄积能量全部释放完毕，回程过程中，控制阀二也接通2#腔室与3#腔室间气路，3#腔室腔内压强也降至P0’；
F、循环工作：按B-E步骤循环工作。其控制时序如图7所示，t0为压缩起始时刻，t1为刚压缩至下止点时刻，t2为外力撤除前锁止时刻，t3为压块5返回至弹簧上止点时刻，t4为回程起始时刻，t5为压机返回到初始位置时刻，t6为弹簧回程至上止点时刻。
进一步的，所述步骤B中3#腔室内封闭的初始状态下的压缩气体的压强为P0、体积为V3。
进一步的，所述步骤C中当活塞杆被压至下止点位置时，腔内压强达到最大值Pt，弹簧蓄积的能量也达到最大值。
进一步的，所述步骤E回程过程中控制阀二接通2#腔室与3#腔室间的气路，让3#腔室内气体压强也降至P0’。
与现有技术相比，本发明一种回程可控型氮气弹簧及运行方法具有以下有益效果：第一，增加3#腔室来控制回弹量的回程可控型氮气弹簧，不需构成复杂的消回弹***，结构简单，便于现场安装；第二，本发明回程可控型氮气弹簧的回弹量底，无需构建复杂的去回弹***，避免增加整体的成本，也进一步保证了运行的可靠性；第三，提出了一种较简便可靠的回程可控型氮气弹簧的运行控制方法，具有较好的推广应用价值。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本回程可控型氮气弹簧实施例充装完成后弹簧自然状态示意图；
图2为本回程可控型氮气弹簧实施例弹簧压缩起始状态及压缩至下止点外力撤除前状态示意图；
图3为本回程可控型氮气弹簧实施例锁止状态示意图；
图4为本回程可控型氮气弹簧实施例回程起始状态示意图；
图5为本回程可控型氮气弹簧实施例回程中间状态示意图；
图6为本回程可控型氮气弹簧实施例回程至上止点状态示意图；
图7为本回程可控型氮气弹簧实施例循环工作控制时序图。
图中所述文字标注表示为：1、工作缸；11、1#腔室；12、2#腔室；13、3#腔室；2、活塞；3、活塞杆；4、气路；41、单向阀；42、节流气道；43、控制阀一；44、控制阀二；45、充放气阀；5、压块。
具体实施方式
以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。
一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧，包括工作缸1、活塞2、活塞杆3、气路4，其特征在于，所述工作缸1内部空腔分为1#腔室11、2#腔室12、3#腔室13三个充气腔室，其中1#腔室11为有杆腔室，其2#腔室12为无杆腔室，1#腔室11和2#腔室12通过活塞2分隔开，1#腔室11和2#腔室的体积随弹簧压缩行程变化而变化；1#腔室11、2#腔室12和3#腔室13之间通过气路4连通，所述气路4上设置有控制氮气流向的控制阀控制气路4的接通与断开；所述活塞2与活塞杆3连接为一体，在工作缸1内随弹簧压缩或顶出行程作直线往复运动。
优选的，请参照图1-6所示，所述3#腔室13为固定腔室，3#腔室13可设计为不同大小的体积且其体积越大，消除回弹量的效果越好。
优选的，请参照图1-6所示，所述1#腔室11与2#腔室12间设置有两条分支气路，其中第一分支气路为经单向阀41使2#腔室12内气体向1#腔室内流动的单向气路；第二分支气路为经控制阀一43使1#腔室11与2#腔室12间气体慢速流动或截止的节流控制气路，该节流气路能避免腔内高压氮气释放能量速度过快。
优选的，请参照图1-6所示，所述2#腔室12与3#腔室13间设置有一条经控制阀二44使两腔室间气体连通或截止的控制气路。
优选的，请参照图1-6所示，所述2#腔室12与3#腔室13间设置有一条经充放气阀45使外界与内部气路连通或断开的充放气气路，其充放气阀45一端连接在气路中，另一端作为向氮气弹簧充气或放气的接口，方便对弹簧进行充气或放气。
本实施例一种回程可控型氮气弹簧的活塞杆3在外力的作用下被压入工作缸，使弹簧压缩蓄能；当压缩至行程下止点时弹簧蓄能达到最大值，活塞杆3被锁定，在外力撤除时仍保持压缩状态；在获得回程指令后，活塞杆慢速回程以释放能量。其具体的运行控制方法包括以下步骤：
A、充装：氮气弹簧按使用要求的压强P0通过充放气阀45被充入氮气，控制阀一43、控制阀二44处于接通位置，保持1#腔室11、2#腔室12、3#腔室13均连通，活塞杆3在内部高压氮气作用下被完全顶出工作缸1，氮气弹簧处于未压缩的自然状态；
B、压缩准备：在外界通过活塞杆对弹簧施加压力前，控制阀一43断开1#腔室11、2#腔室12的节流气路；控制阀二44断开，使3#腔室13封闭一定量初始状态下的压缩气体；
C、压缩蓄能：外界压块5通过活塞杆3对弹簧施加压力F，活塞杆3带动活塞2使2#腔室12内的气体经单向阀41流入1#腔室11，同时1#腔室11、2#腔室12内的气体被压缩而蓄积能量，腔内压强随压缩行程的增加而上升；
D、锁止：当活塞杆3被压至下止点位置且在外力F撤除前，
第一，活塞杆3在下止点位置平衡后，单向阀41自动断开1#腔室11与2#腔室12间气路；
第二，控制阀二44接通2#腔室12与3#腔室13间气路，让2#腔室内剩余的少量气体，该气体的压强为Pt，体积为V2t，与3#腔室内被封闭的初始气体，该气体的压强为P0，体积为V3混合，使2#腔室内气体压强迅速降低至Pt’，压强为Pt’＝(PtV2t+P0V3)/(V2t+V3)，体积为V2t；
第三，控制阀二44断开2#腔室12与3#腔室13间气路。
此时，撤除作用在活塞杆3上的外力F，平衡后，弹簧的活塞杆3被锁止在原压缩位置，外界与弹簧对压块5的作用力为0，且活塞杆3反向顶出的位移量l即回弹量可获得如表1所示的效果。
表1回弹量与3#腔室体积V3、活塞在下止点时2#腔室体积V2t的关系
E、回程：当外界需要弹簧对外作功时发出回程指令，控制阀一43接通1#腔室11与2#腔室12间的节流气路，1#腔室内的气体慢速流入2#腔室，压缩气体将活塞杆3以弹力F’慢速顶出对外作功，弹簧缓慢释放积蓄的能量；当活塞杆3顶出至上止点位置时，腔内压强降至P0’，蓄积能量全部释放完毕，回程过程中，控制阀二44也接通2#腔室12与3#腔室13间气路，3#腔室13腔内压强也降至P0’；
F、循环工作：按B-E步骤循环工作。其控制时序如图7所示，t0为压缩起始时刻，t1为刚压缩至下止点时刻，t2为外力撤除前锁止时刻，t3为压块5返回至弹簧上止点时刻，t4为回程起始时刻，t5为压机返回到初始位置时刻，t6为弹簧回程至上止点时刻。
本实施例的运行控制方法中所涉及的各种控制指令均为通、断二元逻辑信号，控制方法简便且可靠。
优选的，所述步骤B中3#腔室13内封闭的初始状态下的压缩气体的压强为P0、体积为V3。
优选的，所述步骤C中当活塞杆3被压至下止点位置时，腔内压强达到最大值Pt，弹簧蓄积的能量也达到最大值。
优选的，所述步骤E回程过程中控制阀二44接通2#腔室12与3#腔室13间的气路，让3#腔室内气体压强也降至P0’。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧，包括工作缸(1)、活塞(2)、活塞杆(3)、气路(4)，其特征在于，所述工作缸(1)内部空腔分为1#腔室(11)、2#腔室(12)、3#腔室(13)三个充气腔室，其中1#腔室(11)为有杆腔室，其2#腔室(12)为无杆腔室，1#腔室(11)和2#腔室(12)通过活塞(2)分隔开，1#腔室(11)和2#腔室(12)的体积随弹簧压缩行程变化而变化；1#腔室(11)、2#腔室(12)和3#腔室(13)之间通过气路(4)连通，所述气路(4)上设置有控制氮气流向的控制阀控制气路(4)的接通与断开；所述活塞(2)与活塞杆(3)连接为一体，在工作缸(1)内随弹簧压缩或顶出行程作直线往复运动；
所述3#腔室(13)为固定腔室，3#腔室(13)设计为不同大小的体积且其体积越大，消除回弹量的效果越好；
所述1#腔室(11)与2#腔室(12)间设置有两条分支气路，其中第一分支气路为经单向阀(41)使2#腔室(12)内气体向1#腔室内流动的单向气路；第二分支气路为经控制阀一(43)使1#腔室(11)与2#腔室(12)间气体慢速流动或截止的节流控制气路，该节流控制气路能避免腔内高压氮气释放能量速度过快；所述2#腔室(12)与3#腔室(13)间设置有一条经控制阀二(44)使两腔室间气体连通或截止的控制气路；
所述2#腔室(12)与3#腔室(13)间设置有一条经充放气阀(45)使外界与内部气路连通或断开的充放气气路，其充放气阀(45)一端连接在气路中，另一端作为向氮气弹簧充气或放气的接口，方便对弹簧进行充气或放气。
2.根据权利要求1所述的一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧的控制方法，其包括以下步骤：
A、充装：氮气弹簧按使用要求的压强P0通过充放气阀(45)被充入氮气，控制阀一(43)、控制阀二(44)处于接通位置，保持1#腔室(11)、2#腔室(12)、3#腔室(13)均连通，活塞杆(3)在内部高压氮气作用下被完全顶出工作缸(1)，氮气弹簧处于未压缩的自然状态；
B、压缩准备：在外界通过活塞杆对弹簧施加压力前，控制阀一(43)断开1#腔室(11)、2#腔室(12)的节流气路；控制阀二(44)断开，使3#腔室(13)封闭一定量初始状态下的压缩气体；
C、压缩蓄能：外界压块(5)通过活塞杆(3)对弹簧施加压力F，活塞杆(3)带动活塞(2)使(2)#腔室(12)内的气体经单向阀(41)流入1#腔室(11)，同时1#腔室(11)、2#腔室(12)内的气体被压缩而蓄积能量，腔内压强随压缩行程的增加而上升；
D、锁止：当活塞杆(3)被压至下止点位置且在外力F撤除前，
第一，活塞杆(3)在下止点位置平衡后，单向阀(41)自动断开1#腔室(11)与2#腔室(12)间气路；
第二，控制阀二(44)接通2#腔室(12)与3#腔室(13)间气路，让2#腔室内剩余的少量气体，该气体的压强为Pt，体积为V2t，与3#腔室内被封闭的初始气体，该气体的压强为P0，体积为V3混合，使2#腔室内气体压强迅速降低至Pt’，压强为Pt’＝(PtV2t+P0V3)/(V2t+V3)，体积为V2t；
第三，控制阀二(44)断开2#腔室(12)与3#腔室(13)间气路；
此时，撤除作用在活塞杆(3)上的外力F，平衡后，弹簧的活塞杆(3)被锁止在原压缩位置，外界与弹簧对压块(5)的作用力为0；
E、回程：当外界需要弹簧对外作功时发出回程指令，控制阀一(43)接通1#腔室(11)与2#腔室(12)间的节流气路，1#腔室内的气体慢速流入2#腔室，压缩气体将活塞杆(3)以弹力F’慢速顶出对外作功，弹簧缓慢释放积蓄的能量；当活塞杆(3)顶出至上止点位置时，腔内压强降至P0’，蓄积能量全部释放完毕，回程过程中，控制阀二(44)也接通2#腔室(12)与3#腔室(13)间气路，3#腔室(13)腔内压强也降至P0’；
F、循环工作：按B-E步骤循环工作。
3.根据权利要求2所述的一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧的控制方法，其特征在于，所述步骤B中3#腔室(13)内封闭的初始状态下的压缩气体的压强为P0、体积为V3。
4.根据权利要求2所述的一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧的控制方法，其特征在于，所述步骤C中当活塞杆(3)被压至下止点位置时，腔内压强达到最大值Pt，弹簧蓄积的能量也达到最大值。
5.根据权利要求2所述的一种低回弹量的回程可控型氮气弹簧的控制方法，其特征在于，所述步骤E回程过程中控制阀二(44)接通2#腔室(12)与3#腔室(13)间的气路，让3#腔室内气体压强也降至P0’。
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