一种小负载高速、大负载低速缸

摘要

本发明涉及一种小负载高速、大负载低速缸，它包括缸体、活塞、密封圈、空心状第一活塞杆、空心状第二活塞杆和用以控制油缸伸缩的控制回路；其中，第二活塞杆一端与缸体内的活塞相连接，另一端穿出缸体；第一活塞杆一端与缸体相连接，另一端穿入第二活塞杆；第二活塞杆与活塞之间，第二活塞杆与缸体之间，以及第一活塞杆与第二活塞杆之间均设置有密封圈；缸体与活塞之间形成活塞腔，缸体、第二活塞杆与活塞之间形成活塞杆腔，第一活塞杆与第二活塞杆之间形成复合腔；第一活塞杆与缸体相接的一端设有第三油口，活塞腔的腔壁设有第一油口，活塞杆腔的腔壁设有第二油口。本发明在不额外增加投入的情况下，缩短工作周期、提高生产率、减少能源浪费。

说明书

技术领域

本发明涉及一种小负载高速、大负载低速缸。

背景技术

目前涉及类似打包机或扒渣机等设备的主油缸行程比较长，在前进及缩回的过程中时间周期比较长，能源浪费大，以扒渣机为例，假设主油缸长4米，运动速度按V=100mm/S算，假设前进缩回速度相等，则一个工作循环周期下来需要将近80秒，这期间真正有效做功的时间约为40秒（返回扒渣为有效做功），其中50%的时间是在做无用工，时间周期长、生产效率低，能源浪费大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种小负载高速、大负载低速缸，以克服现有技术中存在的缺陷。对传统油缸结构及控制方式加以改进，在不额外增加投入的情况下，缩短工作周期、提高生产率、减少能源浪费。

本发明的技术方案为： 

一种小负载高速、大负载低速缸，其特征在于：包括缸体、活塞、密封圈、空心状第一活塞杆、空心状第二活塞杆和用以控制油缸伸缩的控制回路；其中，第二活塞杆一端与缸体内的活塞相连接，另一端穿出缸体；第一活塞杆一端与缸体相连接，另一端穿入第二活塞杆；第二活塞杆与活塞之间，第二活塞杆与缸体之间，以及第一活塞杆与第二活塞杆之间均设置有密封圈；缸体与活塞之间形成活塞腔，缸体、第二活塞杆与活塞之间形成活塞杆腔，第一活塞杆与第二活塞杆之间形成复合腔；第一活塞杆与缸体相接的一端设有第三油口，活塞腔的腔壁设有第一油口，活塞杆腔的腔壁设有第二油口。

所述控制回路包含换向阀、顺序阀、单向阀和液控单向阀；其中，换向阀分别直接与第三油口与第二油口相连，且换向阀通过顺序阀、单向阀和液控单向阀与第一油口相连。

所述第二活塞杆通过第二连接螺母与活塞相连接；第一活塞杆通过第一连接螺母与缸体相连接。

本发明的技术效果为：

1、改进油缸结构，增加一个复合腔及部分管路附件就可将传统缸改成复合缸；

2、改进控制回路，增加阀件就可将控制回路改成与复合缸配套的控制回路；

3改进后解决了能量分配不合理现象，既可以使油缸在小负载下获得高速度，又在大负载下保持未改进前的速度，提高生产率，同时又不影响正常的工艺动作；

4、针对现有技术，本发明通过改进主油缸的结构及控制回路在不额外增加投入的情况下使该油缸工作过程中能量分配更合理:空行程（或者叫小负载）时高速前进，在前进过程中节省时间为27秒,有效做功（缩回）时间比未改进前缩短8秒左右，经过计算：在一个工作循环周期就节省时间为8+27=35秒，实际工作周期为80-35=45秒，工作效率提高80/45=1.8倍左右，由于工作周期时间缩短，液压系统在一个工作循环周期内的节流损失大大降低，提高生产率、减少能源浪费。

附图说明

图1为现有油缸结构示意图；

图2为本发明的复合缸的结构示意图；

图3为现有油缸控制回路原理图；

图4为本发明的复合缸的控制回路原理图。

附图标记为：

1—换向阀、2—顺序阀、3—单向阀、4—液控单向阀、5—第一活塞杆、6—第一连接螺母、7—缸体、8—第二连接螺母、9—活塞、10—密封圈、11—第二活塞杆、a1—第一油口、a2—第二油口、a3—第三油口、A1—传统油缸的活塞腔、A2—活塞杆腔、A3—复合腔、A4—活塞腔、S—伸出、C—缩回。

具体实施方式

本发明涉及类似打包机或扒渣机等设备的节能技术领域，具体为在不增加额外大投入的情况下，通过对现有设备油缸及控制回路做少许改进而达到缩短工作周期、提高生产率、减少能源浪费的目的。

参见图2、图4，本发明涉及的一种小负载高速、大负载低速缸的具体结构为：

包括缸体7、活塞9、密封圈10、空心状第一活塞杆5、空心状第二活塞杆11和用以控制油缸伸缩的控制回路；其中，

第二活塞杆11一端与缸体7内的活塞9相连接，另一端穿出缸体7；第一活塞杆5一端与缸体7相连接，另一端穿入第二活塞杆11；

第二活塞杆11与活塞9之间，第二活塞杆11与缸体7之间，以及第一活塞杆5与第二活塞杆11之间均设置有密封圈10；

缸体7与活塞9之间形成活塞腔A4，缸体7、第二活塞杆11与活塞9之间形成活塞杆腔A2，第一活塞杆5与第二活塞杆11之间形成复合腔A3；

第一活塞杆5与缸体7相接的一端设有第三油口a3，活塞腔A4的腔壁设有第一油口a1，活塞杆腔A2的腔壁设有第二油口a2。

本发明中的控制回路具体可包含换向阀1、顺序阀2、单向阀3和液控单向阀4；其中，换向阀1分别直接与第三油口a3与第二油口a2相连，且换向阀1通过顺序阀2、单向阀3和液控单向阀4与第一油口a1相连。其功能分别为：

换向阀1：在控制回路中通过左右电磁铁得、失电来控制图2所示油缸的伸、缩动作。

顺序阀2：在控制回路中设定其压力为P1, 假设油缸如图4所示由左向右作伸出动作，当系统需要克服的负载压力小于P1时，经过换向阀1右位得电，系统压力油不从顺序阀2通过油口a1进入活塞腔A4,而是直接从油口a3进入复合腔A3,快速推动活塞伸出，此时活塞腔A4通过油口a1从油箱吸油；当系统需要克服的负载压力大于P1时，系统压力油直接从油口a3进入复合腔A3所产生的力不足以推动活塞伸出时，系统油压逐渐增加到大于P1时，压力油不仅仍从油口a3进入复合腔A3且同时打开顺序阀2通过油口a1进入活塞腔A4,共同推动活塞伸出，但此时活塞伸出速度会减小。

单向阀3：当换向阀1左位得电，油液进入油口a2推动活塞缩回，活塞腔A4的回油经油口a1通过单向阀3及液控单向阀4回油箱，实现油缸快速缩回功能。

液控单向阀4：当换向阀1左位得电，油液进入油口a2推动活塞缩回，活塞腔A4的回油经油口a1通过单向阀3及液控单向阀4回油箱，实现油缸快速缩回功能。

本发明中的第二活塞杆11可通过第二连接螺母8与活塞9相连接；第一活塞杆5可通过第一连接螺母6与缸体7相连接。

传统油缸的活塞腔有效面积为A11,杆腔有效面积为A21,该系统为恒压系统，设系统压力为P，行程为S,速度为V1，通过阀1的流量为Q，A11=2A21，

则油缸在前进过程中最大可以克服的负载力为：

F1=P*A11(假设回油腔压力为0)       ⑴

则油缸在缩回过程中最大可以克服的负载力为：

F2=P*A21(假设回油腔压力为0)       ⑵

由于A11=2A21,则F1=2F2, 由上述可知：油缸在前进过程中是不做有用功的，或近似认为负载为0，但实际其可以克服的负载能力足够大，没有充分发挥其能力，

   前进速度为：

V1=Q/A11                           ⑶

   前进过程中需要的时间为：

t1=S/V1=S*A11/Q                    ⑷

本发明油缸的活塞腔有效面积为A41, 活塞杆腔有效面积为A21,复合腔有效面积为A31（暂定活塞杆延伸出来的孔腔为复合腔）设系统压力为P，行程为S,速度为V2，通过阀1的流量为Q，A11=2A21，

油缸在以复合腔A3进油前进过程中最大可以克服的负载力为：

F2=P*A31(假设回油腔压力为0)       ⑸

前进速度为：

V2=Q/A31                           ⑹

前进过程中需要的时间为：

t2=S/V2 =S*A31/Q                   ⑺

由于进入活塞腔A1及复合腔A3的流量Q相等，则将⑷、⑺两式相比得：

t2/t1=A31/A11＜1                    ⑻

由式⑼可知:由复合腔A3进油推动油缸前进需要的时间小于由活塞腔A1进油推动油缸前进需要的时间，假设A31/A11=1/4（由于密封对活塞杆移动最大速度有限制，一般不能选得太小）即说明可以前进阶段可以节省75%的时间，另外由于前进过程为空行程，负载近似等于0,仅克服密封摩擦阻力即可，故由⑸式可知，由A3腔进油也完全可以推动油缸前进。

另外即使经过一段空行程后，负载增加了，且F2＜负载，故通过复合腔A3进油已经不足以推动油缸前进，由图4可知：压力油除了继续作用于复合腔有效面积A31上外，同时压力油通过顺序阀2经由油口a1进入活塞腔有效面积A41,由于A41比A31大的多，故同样油压下可以产生大得多的推力足以克服增加的负载力，仍然可以推动油缸前进，不会影响正常的工艺过程。

缩回过程中，由于活塞腔的回油部分经过换向阀1回油箱，部分通过液控单向阀4直接回油箱，故缩回速度较未改进控制回路前有所提高，相应的缩回过程中所用时间也比原来少。

综上所述：传统油缸及其控制回路在前进过程中的能力与效率之间是不匹配的，通过改变油缸结构及改进控制回路，不仅不影响油缸正常的工艺过程，而且会大大节省循环工作周期，提高生产率、降低能源浪费。

对现有油缸进行改进：

油缸结构由传统油缸（活塞及活塞杆结构）改进成复合活塞及活塞杆结构。

从图1可以看出：传统油缸的活塞腔有效面积为A11,杆腔有效面积为A21,前进时压力油从第一油口a1进入活塞腔A1推动活塞杆伸出，缩回时压力油从第二油口a2进入杆腔A2推动活塞杆缩回。

从图2可以看出：本发明的油缸可分为活塞腔有效面积为A41,杆腔有效面积为A21,复合腔有效面积为A31，结合为适应该油缸的图4所示控制回路，伸出时压力油先从第三油口a3进入复合腔A3快速推动第二活塞杆11及活塞9前进，此时活塞腔A4通过单向阀3及液控单向阀4从油箱补油，当前进过程中负载增大，从第三油口a3进入复合腔A3快速推动第二活塞杆11及活塞9前进的力不足以克服负载时，压力油油压持续增加，当油压增加到顺序阀2设定的压力时，高压压力油既从第三油口a3进入复合腔A3又从第一油口a1进入活塞腔A4同时大推力推动第二活塞杆11及活塞9克服负载低速前进，缩回时压力油从第二油口a2进入杆腔A2推动活塞杆缩回，缩回期间活塞腔A4的油液通过换向阀1及液控单向阀4回油箱，相比较图1与图3所示传统油缸及控制回路的低速前进低速缩回，实现了低负载高速前进，大负载低速前进的理想节能工况。本发明的这一高、低速转换过程是随着外部负载的变化自动进行的，不需要人为干预。

本发明的工作原理为：

由图4可知，当不需要油缸克服大负载时，换向阀1换向，压力油经由油口a3作用于复合腔有效面积A31上，在同样的流量及压力下，以较小的力及较高的速度推动油缸前进，油缸前进过程中，活塞腔A4经由油口a1通过液控单向阀4吸油，活塞杆腔A2经由油口a2通过换向阀1排油到油箱，当前进过程中负载逐渐或突然增加时，压力油作用于复合腔有效面积A31产生的力不足以克服负载力时，压力油除了继续作用于复合腔有效面积A31上，同时压力油通过顺序阀2经由油口a1进入活塞腔有效面积A41,由于A41比A31大的多，故同样油压下可以产生大得多的推力足以克服增加的负载力，只不过前进的速度会降低，但由于该时段在整个工作周期中所占比例很小，故总的工作周期还是缩短不少。

当油缸缩回时，活塞腔的油液经单向阀3及液控单向阀4回油箱，因为单向阀3及液控单向阀4流量比较大，活塞腔的油液很快回油箱，故缩回速度较未改进控制回路前有所提高，相应的缩回过程中所用时间也比原来少。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。