一種新型氣液增壓缸的結構設計

劉自甫

（廣東省機械技師學院，廣東 廣州 510450）

一種新型氣液增壓缸的結構設計

劉自甫

（廣東省機械技師學院，廣東 廣州 510450）

氣液增壓缸是一種能將輸入壓力通過變換，再以較高壓力輸出的液壓元件。其主要結構原理為油壓缸與增壓器一體式結合，以壓縮空氣為動力源，利用增壓器的受壓活塞與增壓桿截面積大小比例，將壓力提高數十倍，供油壓缸使用，使其產生高的輸出力。當前市場氣液增壓缸種類很多，且各有特點。本文設計了一種新型氣液增壓缸結構，具有結構緊湊、行程范圍大、出力平穩可調、可任意角度安裝、能耗低、操作簡單、維護保養方便等優點。

氣液增壓缸；多級伸縮缸；高壓；易操作；低能耗低污染

1 標準型氣液增壓缸結構原理與局限

隨著工業自動化技術的快速發展，氣液增壓缸在儀器、儀表、家用電器、輕工等行業中廣泛應用。下圖1為目前市場上的標準型氣液增壓缸的結構原理。該缸型目前使用范圍較廣，相關性能也比較突出，但在某些特定的環境下使用還是會存在一定的局限性，主要體現在如下幾點：（1）外掛的儲油箱結構會使其在安裝時受到設備空間大小的局限。（2）無氣液轉換器的儲油箱結構還會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而受設備空間局限，缸體長度尺寸不能太大時，難以滿足使用要求。（4）所需外置氣動元件數量較多而使氣動回路布局相對繁雜，操作不便。綜合以上情況，本文設計了一種新的氣液增壓缸結構設計，以擴大氣液增壓缸的應用范圍，使其能更好的在工業自動化生產中發揮作用。

2 新型氣液增壓缸的結構特征

（1）該缸采用二級直體式外形結構設計，無外掛儲油箱，減小了缸體總體尺寸。

圖1 標準型氣液增壓缸的結構原理

（2）采用二級伸縮增壓桿的結構設計，在設備安裝空間不足，缸體在受長度限制的情況下，可有效增大出力活塞桿的作用行程。

（3）二級液壓缸采用壓縮彈簧自動復位，以減少氣液控制回路結構。

（4）缸體前后兩端設內置快速排氣機構，縮短氣體排氣路徑，減少排氣摩擦阻力，實現快速前進與快速回程動作，提高工作效率。

（5）缸體后蓋內置單向順序閥調壓組件結構，無需缸外備置順序閥，可方便實現壓力調整及液壓桿與增壓桿的先后順序動作，保證可靠增壓，同時也減少了換向閥的數量，簡化了氣動系統控制回路結構與外圍控制電路，使操作變得更加簡單。

（6）帶氣液轉換器的直體內置式儲油箱結構設計可保證氣液增壓缸不受安裝方式及安裝角度位置的影響，能實現全方位補油，確保增壓缸正常、穩定工作。

（7）缸內密封分別采用中壓、超高壓密封結構，密封材質采用抗拉強度高的聚氨酯橡膠，具有優良的耐油性、耐熱性、耐寒性、耐壓性和耐磨性，可以延長增壓缸運行時間,減少泄漏，降低污染。

圖2 新型氣液增壓缸的結構原理示意圖

3 新型氣液增壓缸的工作原理（圖2）

（1）快速前進動作：當電磁閥得電時，壓力氣體經換向閥A口分別流入氣液轉換活塞5的左腔、調壓螺母組件17接口和管接頭組件18的接口，由于單向順序閥調壓組件16調定壓力較大，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，此時壓力氣體無法進入增壓活塞13右腔，增壓活塞13不動作；壓力氣體經快速排氣閥組4流向氣液轉換活塞5的左腔，受氣壓力向左運動，使壓力油通過中蓋內補油通道進入一級液壓桿6和二級液壓桿7的活塞右腔，此時一、二級液壓桿依次向前快速伸出。

（2）高推力前進動作：當二級液壓桿7往前伸出接觸被推物體時，氣動系統壓力會漸漸升高，當系統壓力大于單向順序閥調壓組件16的調定壓力值時，閥芯上方氣壓作用力大于彈簧向上的推力，此時順序閥閥芯打開，壓力氣體進入增壓活塞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，根據液體靜力學公式P=F/A（式中P為液體產生的壓強、F為作用在液體上的力、A為力的作用面積），可將一、二級液壓桿右腔油液壓力提高數十倍，從而使液壓桿產生高的輸出力，完成工作過程。

（3）快速回程動作：當電磁閥失電時，壓力氣體經換向閥B口分別流入增壓活塞13的左腔、一級液壓桿活塞左腔，順序閥芯在彈簧力作用下關閉閥口，增壓活塞13的右腔殘余氣體壓力氣體通過快速排氣閥迅速排空缷壓，增壓桿14快速退回。由于一級液壓桿活塞6左腔壓力氣體的作用及二級液壓桿7復位彈簧2的作用，液壓桿6、7的活塞右腔油液通過中蓋通道壓入儲油箱，氣液轉換活塞5在壓力油的作用下向左運動，使氣液轉換活塞5左腔的殘余壓力氣體通過快速排氣閥組4迅速排空，從而實現一、二級液壓桿的快速回程動作，提高實際工作效率，同時也為下一動作的循環做好準備。

4 新型氣液增壓缸的應用前景

氣液增壓缸作為一種動力執行裝置廣泛用于印字、折彎、沖壓、鉚合、鍛壓等加工行業，因其高可靠的集成組合，使傳統設備中的繁雜動力驅動系統得以簡化，降低了設備的裝機功率，降低了生產成本，提高了生產效率。其三行程過程中的自適應壓力能力滿足了不同行程階段的壓力需求，極大的降低了設備能耗。目前市場上氣液增壓缸種類較多，不同型號適應不同的應用場所。該新型缸可作為氣液增壓缸的一個補充型號，適用于安裝空間狹小、任意安裝角度、出力行程較大、增力倍數要求不高的場所。

5 結語

本新型氣液增壓缸采用缸內集成的氣動元件布局，減少了外接氣動元件的數量，使氣動控制回路得以簡化。帶氣體預壓的非外掛直體內置式儲油箱結構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。該新型缸只需一個主控換向閥即可進行操作控制，控制簡便可靠，缸體可配置壓力檢測接口及位移傳感裝置，結合工業控制器可實現高程度的全自動化控制。

[1]馬振福.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社,2004.

[2]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京：機械工業出版社,1990.

TH137.51

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1671-0711（2017）07（上）-0091-02