气动致动的液压产生单元 |
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| 申请号 | CN201480063901.3 | 申请日 | 2014-09-18 | 公开(公告)号 | CN105793579A | 公开(公告)日 | 2016-07-20 |
| 申请人 | 厄齐尔·米格尔·涅马; | 发明人 | 厄齐尔·米格尔·涅马; | ||||
| 摘要 | 气动 致动的液压产生单元，尤其是低压空气致动的多功能单元，由至少一个 泵 (1)形成，优选两个包括气动缸(5)的自动化的气动泵(1和2)，气动缸(5)具有中间 柱塞 (7)，以及两个对称且相对的液压柱塞(8和9)，液压柱塞(8和9)限定了不同容量的各自的上部液压室(1A和2A)和下部液压室(1B和2B)，其中因为泵(1和2)互相平行且异相地工作，减少了所需油量且消除了油的脉冲运动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种气动致动液压产生单元，其特征在于，由低压气体驱动且自动充当泵、增压器和蓄压器，所述单元由平行且异相运行的两个泵(1和2)组成，所述泵(1和2)包括具有与两个外液压柱塞(8和9)有关的中间柱塞(7)的气动缸(5)，所述中间柱塞(7)限定了气动室(3和 |
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| 说明书全文 | 气动致动的液压产生单元技术领域[0001] 本发明涉及一种多功能的小型气动致动液压产生单元，其可广泛地应用于大多数利用气压致动的设备和机器，其特征在于利用低压压缩空气驱动这种单元(例如驱动液压泵，以及增压器和蓄压器)，以提供极大的电力效益并解决传统液压单元的缺陷。 背景技术[0002] 传统液压单元 [0004] 1、液压气动泵 [0005] 在传统的液压气动泵中，来自压缩机的压缩空气穿过调压阀和五通气动换向阀被引导至后气动室，以推动气动柱塞，进而气动柱塞移动液压活塞的轴，以压缩储存在气动柱塞的相对侧的后气动室中的油。通过给油加压促使单向止回阀打开，以使油到达液动换向阀，再从那里到达液压缸或类似的机件。换向阀致动以移动液压缸向前或向后取决于液压缸的位置。因此，活塞轴继续运动，将油从室推动至气动柱塞接触和驱动(气动)换向阀的点，从而换向阀将气流送至五通气动换向阀，然后五通气动换向阀改变位置且开始将增压空气送至前气室，以促使液压柱塞向上移动，随后液压活塞也向上运动。同时，允许油流通的单向止回阀在弹簧的作用下自动闭塞，而另一单向止回阀被释放，使得储油器中的油可以流通以填充压力室。在气流上升最后，气动柱塞与上部气动换向阀接触，该上部气动换向阀将气流送至五通气动换向阀，然后五通气动换向阀改变位置且又开始将压缩空气送至后气室，以此重启整个循环。 [0006] 液压气动泵的缺陷 [0007] a)脉动移动 [0008] 少量油被输送至液压缸或类似的与容积成比例地移动的机件。由此，液压缸的位移直接与油量成比例。因此，如果所输送的油量仅使液压缸移动了1毫米，则为了填充液压加压室，每次新的位移相对于气动柱塞的返回时间都产生了一次延迟。在这种情况下，液压气动泵引起的移动不能看作是连续的而是脉动式的，这不满足任何需要连续统一运动的设备。 [0009] b)填充液压加压室的等待时间 [0010] 当液压气动泵从加压室内的储油器中吸油时，液压缸保持静止，也就是说，由于缺乏油，液压缸停止向前移动。只有当加压室完全注满且开始液压活塞轴的压缩运动时，液压缸才会再次移动。 [0011] c)每次驱动的低油量 [0012] 尽管可以实现高液压，但每次移动的油量都很低。因此，如果液压缸的大小需要高油量，则提供所需油量的时间也很久。而且，由于每分钟移动很多次，由泵密封件引起的摩擦会导致金属部件温度升高，这种升温转移给油，会损害油的化学属性；另外，所需的耗气量也提高。 [0013] d)液压加压室中吸油失败 [0014] 活塞冲程减小和少量油吸入引起了快速移动，以试图满足每分钟输送尽可能多的油量的需求。高速会产生空穴现象，这是因为吸入的油没有足够的时间流经止回阀孔。 [0015] 2、增压器 [0016] 目前，当需要输送油量至液压致动器以及在所述致动器的冲程末端需要明显增压时，要使用联接有传统液压单元的增压器。该增压器基本上包括：油箱、电机、用于吸油和输送油的液压泵、安全阀、压力计、歧管和换热器。这种液压单元用于在由电机驱动的泵产生的给定压力下，将活塞和/或液压致动器移动至起始工作点。一旦到达工作位置，使用增压器以显著提高压力，该增压器可由压缩空气或加压液压油驱动。 [0017] 驱动增压器需要联接有液压泵的电机，液压泵从油箱吸入液压油并将其输送至液动换向阀，再输送至致动器和/或液压缸，以使致动器和/或液压缸向前或向后移动。当致动器和/或液压缸到达工作位置时，气动或液动换向阀驱动增压器，并将空气或油输送至增压器的后部腔，给液压柱塞施加强大的作用力，以压缩储存在加压室中的油；反过来，该加压室与致动器和/或液压缸相连，从而提高施加在其上的力。 [0018] 增压器的缺陷 [0020] 增压器本身不进行泵油工作，也就是说，其仅充当增压器，压缩通过液压泵输送并储存在加压室中的给定的油量。因此，增压器的运行完全依靠液压泵的工作。如果系统发生泄漏，增压器就会丧失功能，因为其工作所需的油量将会漏掉。因此，需要两种设备(即液压单元和增压器)来增加压力。 [0021] 3、蓄压器 [0022] 在某些情况下，需要使用蓄压器而非增压器，蓄压器用于确保一定时间内维持系统中的压力，即使液压泵的电机停止了工作。蓄压器的应用实例包括用于紧固加工部件的装置。 [0023] 液压蓄压器与液压单元的加压油出口平行放置。从而，当液压泵将油输送至歧管时，一部分油被引至蓄压器的液压室。一旦油到达液压室，压力促使柱塞上升，使得液压室内储存最大油量。当液压室的空间被充分注满时，来自液压泵的剩余油继续流至歧管，在歧管内被加压且准备用于液压缸。对于用于加工的紧固装置，例如，该装置被移动直至冲程末端，其在末端仍应履行其功能。这一步涉及充有氮气或惰性气体的缸，其阀门被打开用于将加压气体输送至蓄压器柱塞之上的部位，施加与液压泵产生的压力等同的作用力。如果发生断电，液压单元的电机停止运行，但由于气体继续推动蓄压器的柱塞，紧固装置继续工作。如果每个工作环节(也就是每个生产环节)都没发生电力中断，那么在控制气流的阀门关闭后，储存在蓄压器中的气体被排放到大气中。 [0024] 蓄压器的缺陷 [0026] 现有技术 [0027] 迄今为止的现有技术预计一些专利文件涉及正在研究的主题，例如文件No.PI9502028-4是关于用于花岗岩和大理石的角型织机臂自动调节器，由带有连接至液压单元的传动轴的两个汽缸构成，该液压单元包括具有驱动液压泵的电机的箱子，该箱子包括带有压力开关的液压气动蓄能器。 [0028] 在上述文件中，织机臂像用于加工部件的紧固装置一样工作，通过液压气动蓄能器保证其静态，同时由于上述缺陷导致耗电量大以及液压油升温。 [0029] PI 0505276-9描述了带有设备的电动液压动力单元，该设备包括限定腔室的壳体，进孔和出孔，以及在腔室内将其分成两部分的可移动的压力屏障。进孔和出孔与腔室的第一部分流体连通。在腔室的第二部分中，当驱动弹簧处于压缩状态时，其使得可移动的压力屏障向抽吸/泵送方向偏置，而且该弹簧被电动压缩。放置在腔室的第一部分中的另一换向弹簧将可移动的压力屏障推至补给方向。 [0030] 尽管每次泵送都伴随着压力增强，但是用于弹簧驱动的电力使用并未达到一个满意的有效性程度，因此既不能解决电力成本和/或花费问题，油升温问题，也无法提供解决压力累积的必要的综合方案。 发明内容[0031] 发明目的 [0032] 本发明的第一目的是提供一种可自动用作蓄压器的增压器的单元，该单元取代了通过低压压缩空气驱动的电机，却仍可以完成与传统液压泵单元相同的工作。 [0033] 本发明的第二目的是相对于传统单元减少所使用的油量，因为该系统在同一单元中产生液压和油流。 [0034] 本发明的第三目的是消除传统液压气动泵输送油时的脉冲效应，因为该系统可以期望的流量和压力持续不断地输送油。 [0035] 本发明的第四目的是消除传统液压气动泵用于填充腔室和停止液压缸运动的所需时间，因为其采用了双腔室系统，使得一个腔室被注满时，另一个腔室是被清空。 [0036] 本发明的第五目的是自动满足液压需求。例如，在增压器的功能方面，由于其可在低液压下快速充油，一旦遇到阻力，其可关闭低压泵(较大直径)而仅开放高压泵来提供该情形下所需的作用力。 [0037] 发明概要 [0038] 本发明提出的气动致动液压产生单元是依靠生成低压压缩气体而运行的，其包括至少一个泵，优选两个平行且异相组装的两个泵，其液压室具有不同的直径和大小，从而容积不同，而气动室的直径相同。因此，具有较大容积的液压室的泵产生低液压，且被设计用于将液压致动器和/或液压缸快速移动至工作位置。另一方面，具有较小容积的泵产生高压，即工作压。由此，两个泵共同工作已获得较大的油流量。当液压致动器到达工作位置且遇到阻力时，高压泵(较小容积)自动闭塞低压泵(较大容积)的下出油口，同时开始充当增压器，其具有即使在系统发生泄漏时仍可持续运作的优点。 [0039] 发明优点 [0040] 简单来说，本专利申请具有以下值得强调的优点： [0041] 通用性——自动满足所需液压； [0042] 大约90％的电力效益； [0043] 耗费很低的油量； [0044] 消除噪音； [0046] 为了全面介绍“气动致动液压产生单元”的创造性、适用性和运行方式，以及进一步揭示本发明，在此将结合附图以示例性而非限定性的方式进行具体阐述： [0047] 图1是具有两个泵的气动致动液压产生单元的示意图； [0048] 图2是气动致动液压产生单元的泵的示意图； [0050] 图4是应用于一组现有汽缸的带有两个泵的气动致动液压产生单元的示意图。 具体实施方式[0051] “气动致动液压产生单元”在此包括至少一个泵，在本发明优选实施例中，包括并行组装的两个泵(1和2)，其中一个泵(1)具有液压室(1A和1B)，液压室(1A和1B)的容积和直径均小于互补泵(2)的液压室(2A和2B)的容积，但泵(1和2)的直径分别与上气动柱塞(3)和下气动柱塞(4)相同。泵(1和2)的中心体是带有传动轴(6)的气动缸(5)，该传动轴(6)形成中间柱塞(7)和在两端的对称且相对的两个液压柱塞(8和9)，该液压柱塞(8和9)在液压套筒(10和11)上滑动。泵(1和2)具有自动回动系统，在自动回动系统可被中间柱塞(7)触动的位置，上部气动回动阀(12)和下部气动回动阀(13)能更好地描绘自动回动系统，结合气动换向阀(14)的作用，自动回动系统引导泵运动至正确方向。因此，吸气止回阀(15和16)和出口止回阀(17和18)需要被战略性地放置在液压室(1A和1B，2A和2B)中，液压室(1A和1B，2A和2B)置于来自储油器的低压吸管(19)以及来自上部液压室(1A和2A)和底部液压室(1B和2B)的高压管(20)中，油流流至歧管(22)，又从歧管(22)应用于缸体和/或液压缸(X)。 [0052] 泵(1和2)的自动移动是气动产生的。在本发明的这个实施例中，三通两位上部气动回动阀(12)和下部气动回动阀(13)具有三个孔，其中一个孔与供气管路(23)相连。另外的孔相互连接，其中一个孔连接至驱动泵的气动缸(5)的五通两位气动换向阀(14)，而另一个孔用于将气体排至大气中。当气动回动阀(12)静止时，压力孔被堵塞。因此，一旦通过其端部的销驱动气动回动阀(12)，压力孔就移动至另一位置且与另一个孔相连，以改变气动换向阀(14)的位置。气动回动阀(12)的销通过气动柱塞(7)的机械接触被启动，气动柱塞(7)运动至其冲程末端以推动气动回动阀(12)，改变其位置。一旦位置被改变，当上气动室(3)的空气被排至大气中时，气动换向阀(14)将进入下气动腔(4)的压缩空气反转流动方向，然后将加压空气输送至上气动室(3)且将下气动室(4)中的空气排至大气中。一旦气动柱塞(7)到达冲程末端且触碰到回动阀(12和13)，反转就自动发生。当气动回动阀(12和13)的位置自动改变时，泵进入持续工作机制，以同样的运动从储油器(20)中吸油，以给油加压且将油推入相对腔室的系统内。 [0053] 从操作角度来看，泵(1和2)自动地开始运动，通过打开调压阀(24)将空气释放至系统中。起初，回路中是空的，即没有油，所以泵(1和2)开始从储油器(20)中吸油，且将油输送至歧管(22)。同时，由于管路中是空的，所以回路中没有压力。每个泵(1和2)被预先设定大小以产生给定的油量，以及产生给定的液压，其中油量是以升每分钟来测量的。当回路充满油且达到设计的液压时，泵(1和2)自动停止工作。因为当达到最大液压时，液压力抵抗由气动柱塞(7)产生的施加力，所以可操作的停止发生。因此，回路保持加压，泵(1和2)作为液压蓄压器开始致动，其中泵(1和2)始终被组装，当回路发生泄漏时可随时取代任意的油量。在这种情况下，没有空气消耗，由此也没有用于生产压缩空气的电力消耗。歧管(22)连接至液压换向阀(25)，该换向阀(25)是包括缸体和/或液压缸(X)的设备的一部分，且该设备将采用本发明的单元。为了移动该设备的液压致动器，必须启动液压换向阀(25)来将在歧管(22)中累积且被加压的油输送至液压缸(X)的腔室中的一个，且液压换向阀(25)开始移动。 当在歧管(22)中被加压的油开始被换向阀(25)释放出来时，回路中压力下降。此时，气动柱塞(7)产生的施加在液压柱塞(8)上的力大于歧管(22)的液压阻力，所以泵自动地开始移动以填补回路且产生液压。当换向阀(25)将油输送至液压缸(X)的后腔室时，储存在液压缸(X)的前腔室的油被推向回程缸体(26)且在重力作用下被输送至储油器(20)。当到达液压缸(X)的冲程末端时，回路中的液压升高，当达到最大液压时，泵(1和2)将再次停止工作且保持回路处于加压状态，直到另一致动器开始向前或向后移动且整个过程重新开始。 [0054] 泵(1和2)可设计有不同功能，其中一个泵用作注油泵，而另一个泵用作注油和加压泵。在本发明的实施例中，第一注油泵(2)的液压室(2A和2B)的容积大于第二泵(1)的液压室(1A和1B)中的一个。在泵(1和2)中的气动柱塞(7)的直径相同，所以第一泵(2)的压力低于第二泵(1)的压力。关于每个泵(1和2)的运动，第一泵(2)的油量大于第二泵(1)的油量，因此两油量的总和显示了每分钟的期望油量(以升为单位)，这将决定致动器的速度。当液压缸(X)遇到阻力时，泵(1和2)之前一直在发挥注油功能，但此刻将改变功能，也就是说，在高压泵(1)产生高压的情况下，低压泵(2)被止回阀自动闭塞。 [0055] 在本发明中，泵(1和2)异相工作，使得一个泵到达冲程末端，另一个泵仍继续向回路输送油，而不进行脉冲运动。 [0056] 本发明的另一个特征在于泵(1和2)具有两个加压室(1A和1B，2A和2B)，所以当柱塞(8和9)导致回路施加液压时，通过从储油器中吸油，将在另一端处相对放置的由同一个柱塞互连的腔室注满。因此，当液压缸(X)到达冲程末端时，不需要等着泵(1和2)先从储油器(21)中吸油然后再开始推。由此，当泵(1和2)开始移动工作时，一旦阀(25)释放压缩空气，气动柱塞(7)就同时开始以移位液压活塞(8和9)，通过从储油器(20)中吸油来注满液压室(1A和2A)。具有较小腔室容量的泵(1)首先被注满，且当泵(1)到达冲程末端时，泵(2)由于其容量较大而继续上部液压室(2A)的填充动作。当泵(1)到达冲程末端时，泵(1)驱动自动回动系统，且通过压缩储存在液压室(1A)中的油使其开始反向运动，而泵(2)继续其注满液压室(2A)的运动。当泵(2)到达冲程末端时，驱动自动回动，且通过压缩储存在液压室(2A)中的油，泵(2)开始其回程运动，而泵(1)也通过压缩油且在压力下将油输送至使用点而继续运动。在这一阶段，两个泵(1和2)将油输送至使用点。在涉及压缩油和将油输送至使用点的位移过程中，通过液压柱塞(9)进行抽吸，下部液压室(1B和2B)被注满。当泵(1)到达冲程末端时，下部液压室(1B)将被完全注满，且当泵(1)开始自动回动时，输送至使用点的油流不会被打断，两点理由如下：第一是因为泵(2)继续输送油，第二是因为泵(1)不需要时间来供给液压室，所以当液压室被注满的同时就开始压缩。当泵(2)到达冲程末端时，也是如此。因此，上述过程将连续不断地进行，且因为泵(1和2)特意异相工作，所以不会中断输送至使用点的油流。 [0057] 根据实际应用，气动致动液压产生单元可仅包括一个泵，或包括两个或两个以上泵，这取决于设计和最终用途。 [0058] 大多数情况下，液压产生单元包括两个泵。 |
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