[發明專利]具有內部返程復位氣體彈簧的單作用拉力氣缸

在審

• 申請號: 201610261359.3
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105736509A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 鐘康民;竇云霞
• 申請（專利權）人: 蘇州普來可瑞機電技術有限公司
• 主分類號: F15B15/14
• 分類號: F15B15/14;F15B15/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氣缸領域，主要涉及一種利用內部復合氣容形成返程復位氣體彈簧的單作用拉力氣缸。

背景技術

相對于液壓傳動，氣壓傳動以速度快、生產效率高而著稱，且由于采用清潔的壓縮空氣作為傳動介質，還享有“綠色”傳動技術之美譽。但是，氣壓傳動的所謂“綠色”，需要打一個重重的引號，是一個假的綠色。這是因為，從能量利用率方面來看，氣動系統效率約為20%，而液壓系統效率約為40%,前者僅為后者的一半左右（李軍等.氣動系統節能簡介.機床與液壓，2001(5):7-8,25）。氣壓傳動的能量利用率之所以如此之低，最主要的原因是，目前國民經濟有關領域所使用的氣缸，雙作用氣缸占絕大多數。特別是大缸徑、長行程的氣缸，基本上都是雙作用的。但是，有一個非常重要的經濟指標問題，長期以來為絕大多數人所忽視：雙作用氣缸，特別是雙作用拉力氣缸，返回行程浪費的能量，太嚴重了！

雙作用拉力氣缸返回行程消耗的能量，大于工作行程消耗的能量。設系統額定壓力為p，氣缸最大行程為L，氣缸無桿腔容積V₁=πD²L/4,有桿腔容積V₂=π(D²-d²)L/4；根據氣缸耗能計算公式E=pV可知，拉力氣缸工作行程耗能E_工作=pV₂=π(D²-d²)Lp/4，而返回行程耗能

E_返程=pV₁=πD²Lp/4，返回行程耗能與工作行程耗能的差值為E_返程-E_工作=πd²Lp/4。

然而，氣缸返程僅需要克服相關運動部位的摩擦力。因該摩擦力而導致的所需返程力與能量消耗，一般都在工作行程最大作用力及能量消耗的10%以內，超低摩擦氣缸甚至能夠做到1%以內。因此，現有拉力氣缸的返回行程，存在很大的力冗余及能量浪費。

鑒于雙作用拉力氣缸的返回行程，耗能過多且浪費嚴重，因此，對于大中型與特大型氣缸，用單作用拉力氣缸取代雙作用氣缸，具有非常明顯的節能效果。因為相對于雙作用拉力氣缸，單作用拉力氣缸返程耗能甚微，甚至在工程概念上可以做到不耗能。這是因為，單作用拉力氣缸的返程力，是利用了無桿腔內復位彈簧在氣缸工作行程中得到壓縮而積蓄的勢能，僅需要克服氣缸相關密封部位的摩擦力即可。這一摩擦力，相對于氣缸的額定輸出力甚小，在工程計算上完全可以忽略不計。

但是，現有的單作用拉力氣缸存在以下嚴重缺點：（一）復位彈簧為固態物質材料制造，一般需要占據缸體大約50%的軸向空間，不僅造成缸體長度過長，而且因為總體結構笨重而行程不可能做的較長，極大地限制了單作用拉力氣缸的應用領域及范圍。（二）復位彈簧的最小返程力，無法根據每只氣缸的具體摩擦力進行調整，選取上具有較大的盲目性。為了保險起見，工程師往往選取過大的彈簧返程力，從而導致一定的不經濟因素。

由于上述缺點的存在，使得單作用拉力氣缸，特別是單作用大中型、特大型拉力氣缸，應用數量遠遠不及雙作用拉力氣缸，從而造成了大量的能源浪費。

發明內容

本發明的目的是，克服現有彈簧勢能復位單作用拉力氣缸因缸體長度過長、總體結構笨重而行程不可能做的較長，以及現有雙作用拉力氣缸返程嚴重浪費能量的缺點，創新設計出一種行程與雙作用拉力氣缸相當的單作用拉力氣缸，為社會有關領域提供一種節能、環保、生產效率高、通用化程度高的新型氣動執行元件。

為達上述目的，本發明采用的創新方案是：一種具有內部返程復位氣體彈簧的單作用拉力氣缸，其運動部分包括返程桿-活塞-活塞桿組件，所述返程桿為中空狀，所述中空狀返程桿與活塞之間形成返程桿桿內容腔；所述桿內容腔與其桿外容腔相互連通而且對外部相對封閉，形成復合氣容；所述復合氣容充入并保持有用于返程的壓縮氣體，形成返程復位氣體彈簧。

由于上述創新方案的運用，本發明與現有氣缸相比具有下列優點：