[发明专利]具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸

说明书

技术领域

本发明涉及气缸领域，主要涉及一种利用内部复合气容形成返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸。

背景技术

相对于液压传动，气压传动以速度快、生产效率高而著称，且由于采用清洁的压缩空气作为传动介质，还享有“绿色”传动技术之美誉。但是，气压传动的所谓“绿色”，需要打一个重重的引号，是一个假的绿色。这是因为，从能量利用率方面来看，气动系统效率约为20%，而液压系统效率约为40%,前者仅为后者的一半左右（李军等.气动系统节能简介.机床与液压，2001(5):7-8,25）。气压传动的能量利用率之所以如此之低，最主要的原因是，目前国民经济有关领域所使用的气缸，双作用气缸占绝大多数。特别是大缸径、长行程的气缸，基本上都是双作用的。但是，有一个非常重要的经济指标问题，长期以来为绝大多数人所忽视：双作用气缸，特别是双作用拉力气缸，返回行程浪费的能量，太严重了！

双作用拉力气缸返回行程消耗的能量，大于工作行程消耗的能量。设系统额定压力为p，气缸最大行程为L，气缸无杆腔容积V₁=πD²L/4,有杆腔容积V₂=π(D²-d²)L/4；根据气缸耗能计算公式E=pV可知，拉力气缸工作行程耗能E_工作=pV₂=π(D²-d²)Lp/4，而返回行程耗能

E_返程=pV₁=πD²Lp/4，返回行程耗能与工作行程耗能的差值为E_返程-E_工作=πd²Lp/4。

然而，气缸返程仅需要克服相关运动部位的摩擦力。因该摩擦力而导致的所需返程力与能量消耗，一般都在工作行程最大作用力及能量消耗的10%以内，超低摩擦气缸甚至能够做到1%以内。因此，现有拉力气缸的返回行程，存在很大的力冗余及能量浪费。

鉴于双作用拉力气缸的返回行程，耗能过多且浪费严重，因此，对于大中型与特大型气缸，用单作用拉力气缸取代双作用气缸，具有非常明显的节能效果。因为相对于双作用拉力气缸，单作用拉力气缸返程耗能甚微，甚至在工程概念上可以做到不耗能。这是因为，单作用拉力气缸的返程力，是利用了无杆腔内复位弹簧在气缸工作行程中得到压缩而积蓄的势能，仅需要克服气缸相关密封部位的摩擦力即可。这一摩擦力，相对于气缸的额定输出力甚小，在工程计算上完全可以忽略不计。

但是，现有的单作用拉力气缸存在以下严重缺点：（一）复位弹簧为固态物质材料制造，一般需要占据缸体大约50%的轴向空间，不仅造成缸体长度过长，而且因为总体结构笨重而行程不可能做的较长，极大地限制了单作用拉力气缸的应用领域及范围。（二）复位弹簧的最小返程力，无法根据每只气缸的具体摩擦力进行调整，选取上具有较大的盲目性。为了保险起见，工程师往往选取过大的弹簧返程力，从而导致一定的不经济因素。

由于上述缺点的存在，使得单作用拉力气缸，特别是单作用大中型、特大型拉力气缸，应用数量远远不及双作用拉力气缸，从而造成了大量的能源浪费。

发明内容

本发明的目的是，克服现有弹簧势能复位单作用拉力气缸因缸体长度过长、总体结构笨重而行程不可能做的较长，以及现有双作用拉力气缸返程严重浪费能量的缺点，创新设计出一种行程与双作用拉力气缸相当的单作用拉力气缸，为社会有关领域提供一种节能、环保、生产效率高、通用化程度高的新型气动执行元件。

为达上述目的，本发明采用的创新方案是：一种具有内部返程复位气体弹簧的单作用拉力气缸，其运动部分包括返程杆-活塞-活塞杆组件，所述返程杆为中空状，所述中空状返程杆与活塞之间形成返程杆杆内容腔；所述杆内容腔与其杆外容腔相互连通而且对外部相对封闭，形成复合气容；所述复合气容充入并保持有用于返程的压缩气体，形成返程复位气体弹簧。

由于上述创新方案的运用，本发明与现有气缸相比具有下列优点：