一種新型氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉自甫

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣東 廣州 510450）

一種新型氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉自甫

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣東 廣州 510450）

氣液增壓缸是一種能將輸入壓力通過(guò)變換，再以較高壓力輸出的液壓元件。其主要結(jié)構(gòu)原理為油壓缸與增壓器一體式結(jié)合，以壓縮空氣為動(dòng)力源，利用增壓器的受壓活塞與增壓桿截面積大小比例，將壓力提高數(shù)十倍，供油壓缸使用，使其產(chǎn)生高的輸出力。當(dāng)前市場(chǎng)氣液增壓缸種類很多，且各有特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一種新型氣液增壓缸結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、行程范圍大、出力平穩(wěn)可調(diào)、可任意角度安裝、能耗低、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。

氣液增壓缸；多級(jí)伸縮缸；高壓；易操作；低能耗低污染

1 標(biāo)準(zhǔn)型氣液增壓缸結(jié)構(gòu)原理與局限

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，氣液增壓缸在儀器、儀表、家用電器、輕工等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。下圖1為目前市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)型氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)原理。該缸型目前使用范圍較廣，相關(guān)性能也比較突出，但在某些特定的環(huán)境下使用還是會(huì)存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：（1）外掛的儲(chǔ)油箱結(jié)構(gòu)會(huì)使其在安裝時(shí)受到設(shè)備空間大小的局限。（2）無(wú)氣液轉(zhuǎn)換器的儲(chǔ)油箱結(jié)構(gòu)還會(huì)使其安裝方式及安裝角度受到一定制約。（3）在需要前桿出力行程較長(zhǎng)而受設(shè)備空間局限，缸體長(zhǎng)度尺寸不能太大時(shí)，難以滿足使用要求。（4）所需外置氣動(dòng)元件數(shù)量較多而使氣動(dòng)回路布局相對(duì)繁雜，操作不便。綜合以上情況，本文設(shè)計(jì)了一種新的氣液增壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以擴(kuò)大氣液增壓缸的應(yīng)用范圍，使其能更好的在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中發(fā)揮作用。

2 新型氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)特征

（1）該缸采用二級(jí)直體式外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)外掛儲(chǔ)油箱，減小了缸體總體尺寸。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)型氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)原理

（2）采用二級(jí)伸縮增壓桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)備安裝空間不足，缸體在受長(zhǎng)度限制的情況下，可有效增大出力活塞桿的作用行程。

（3）二級(jí)液壓缸采用壓縮彈簧自動(dòng)復(fù)位，以減少氣液控制回路結(jié)構(gòu)。

（4）缸體前后兩端設(shè)內(nèi)置快速排氣機(jī)構(gòu)，縮短氣體排氣路徑，減少排氣摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)快速前進(jìn)與快速回程動(dòng)作，提高工作效率。

（5）缸體后蓋內(nèi)置單向順序閥調(diào)壓組件結(jié)構(gòu)，無(wú)需缸外備置順序閥，可方便實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)整及液壓桿與增壓桿的先后順序動(dòng)作，保證可靠增壓，同時(shí)也減少了換向閥的數(shù)量，簡(jiǎn)化了氣動(dòng)系統(tǒng)控制回路結(jié)構(gòu)與外圍控制電路，使操作變得更加簡(jiǎn)單。

（6）帶氣液轉(zhuǎn)換器的直體內(nèi)置式儲(chǔ)油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可保證氣液增壓缸不受安裝方式及安裝角度位置的影響，能實(shí)現(xiàn)全方位補(bǔ)油，確保增壓缸正常、穩(wěn)定工作。

（7）缸內(nèi)密封分別采用中壓、超高壓密封結(jié)構(gòu)，密封材質(zhì)采用抗拉強(qiáng)度高的聚氨酯橡膠，具有優(yōu)良的耐油性、耐熱性、耐寒性、耐壓性和耐磨性，可以延長(zhǎng)增壓缸運(yùn)行時(shí)間,減少泄漏，降低污染。

圖2 新型氣液增壓缸的結(jié)構(gòu)原理示意圖

3 新型氣液增壓缸的工作原理（圖2）

（1）快速前進(jìn)動(dòng)作：當(dāng)電磁閥得電時(shí)，壓力氣體經(jīng)換向閥A口分別流入氣液轉(zhuǎn)換活塞5的左腔、調(diào)壓螺母組件17接口和管接頭組件18的接口，由于單向順序閥調(diào)壓組件16調(diào)定壓力較大，閥芯上方氣壓作用力小于彈簧向上的推力，且快速排氣閥閥芯19下行閉氣，此時(shí)壓力氣體無(wú)法進(jìn)入增壓活塞13右腔，增壓活塞13不動(dòng)作；壓力氣體經(jīng)快速排氣閥組4流向氣液轉(zhuǎn)換活塞5的左腔，受氣壓力向左運(yùn)動(dòng)，使壓力油通過(guò)中蓋內(nèi)補(bǔ)油通道進(jìn)入一級(jí)液壓桿6和二級(jí)液壓桿7的活塞右腔，此時(shí)一、二級(jí)液壓桿依次向前快速伸出。

（2）高推力前進(jìn)動(dòng)作：當(dāng)二級(jí)液壓桿7往前伸出接觸被推物體時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)壓力會(huì)漸漸升高，當(dāng)系統(tǒng)壓力大于單向順序閥調(diào)壓組件16的調(diào)定壓力值時(shí)，閥芯上方氣壓作用力大于彈簧向上的推力，此時(shí)順序閥閥芯打開，壓力氣體進(jìn)入增壓活塞13的右腔，增壓桿14前行，由于增壓活塞與增壓桿截面積比例，根據(jù)液體靜力學(xué)公式P=F/A（式中P為液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)、F為作用在液體上的力、A為力的作用面積），可將一、二級(jí)液壓桿右腔油液壓力提高數(shù)十倍，從而使液壓桿產(chǎn)生高的輸出力，完成工作過(guò)程。

（3）快速回程動(dòng)作：當(dāng)電磁閥失電時(shí)，壓力氣體經(jīng)換向閥B口分別流入增壓活塞13的左腔、一級(jí)液壓桿活塞左腔，順序閥芯在彈簧力作用下關(guān)閉閥口，增壓活塞13的右腔殘余氣體壓力氣體通過(guò)快速排氣閥迅速排空缷壓，增壓桿14快速退回。由于一級(jí)液壓桿活塞6左腔壓力氣體的作用及二級(jí)液壓桿7復(fù)位彈簧2的作用，液壓桿6、7的活塞右腔油液通過(guò)中蓋通道壓入儲(chǔ)油箱，氣液轉(zhuǎn)換活塞5在壓力油的作用下向左運(yùn)動(dòng)，使氣液轉(zhuǎn)換活塞5左腔的殘余壓力氣體通過(guò)快速排氣閥組4迅速排空，從而實(shí)現(xiàn)一、二級(jí)液壓桿的快速回程動(dòng)作，提高實(shí)際工作效率，同時(shí)也為下一動(dòng)作的循環(huán)做好準(zhǔn)備。

4 新型氣液增壓缸的應(yīng)用前景

氣液增壓缸作為一種動(dòng)力執(zhí)行裝置廣泛用于印字、折彎、沖壓、鉚合、鍛壓等加工行業(yè)，因其高可靠的集成組合，使傳統(tǒng)設(shè)備中的繁雜動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，降低了設(shè)備的裝機(jī)功率，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。其三行程過(guò)程中的自適應(yīng)壓力能力滿足了不同行程階段的壓力需求，極大的降低了設(shè)備能耗。目前市場(chǎng)上氣液增壓缸種類較多，不同型號(hào)適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)所。該新型缸可作為氣液增壓缸的一個(gè)補(bǔ)充型號(hào)，適用于安裝空間狹小、任意安裝角度、出力行程較大、增力倍數(shù)要求不高的場(chǎng)所。

5 結(jié)語(yǔ)

本新型氣液增壓缸采用缸內(nèi)集成的氣動(dòng)元件布局，減少了外接氣動(dòng)元件的數(shù)量，使氣動(dòng)控制回路得以簡(jiǎn)化。帶氣體預(yù)壓的非外掛直體內(nèi)置式儲(chǔ)油箱結(jié)構(gòu)有效減少了缸體外形尺寸，且可保證氣液增壓缸不受安裝方式及安裝角度位置的影響。該新型缸只需一個(gè)主控?fù)Q向閥即可進(jìn)行操作控制，控制簡(jiǎn)便可靠，缸體可配置壓力檢測(cè)接口及位移傳感裝置，結(jié)合工業(yè)控制器可實(shí)現(xiàn)高程度的全自動(dòng)化控制。

[1]馬振福.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]雷天覺.液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

TH137.51

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1671-0711（2017）07（上）-0091-02