普通型沖擊氣缸的工作原理
1— 蓄氣缸;2—中蓋;3—排氣孔;4—噴氣口;5—活塞
第四階段:彈跳段。在沖擊段之后,從能量觀點來說,蓄氣缸腔內(nèi)壓力能轉(zhuǎn)化成活塞動能,而活塞的部分動能又轉(zhuǎn)化成有桿腔的壓力能,結(jié)果造成有桿腔壓力比蓄氣-無桿腔壓力還高,即形成“氣墊”,使活塞產(chǎn)生反向運動,結(jié)果又會使蓄氣-無桿腔壓力增加,且又大于有桿腔壓力。如此便出現(xiàn)活塞在缸體內(nèi)來回往復運動—即彈跳。直至活塞兩側(cè)壓力差克服不了活塞阻力不能再發(fā)生彈跳為止。待有桿腔氣體由A排空后,活塞便下行至終點。
第五階段:耗能段?;钊滦兄两K點后,如換向閥不及時復位,則蓄氣-無桿腔內(nèi)會繼續(xù)充氣直至達到氣源壓力。再復位時,充入的這部分氣體又需全部排掉。可見這種充氣不能作用有功,故稱之為耗能段。實際使用時應避免此段(令換向閥及時換向返回復位段)。
對內(nèi)徑D=90mm的氣缸,在氣源壓力0.65MPa下進行實驗,所得沖擊氣缸特性曲線,上述分析基本與特性曲線相符。
對沖擊段的分析可以看出,很大的運動加速使活塞產(chǎn)生很大的運動速度,但由于必須克服有桿腔不斷增加的背壓力及摩擦力,則活塞速度又要減慢,因此,在某個沖程處,運動速度必達zui大值,此時的沖擊能也達zui大值。各種沖擊作業(yè)應在這個沖程附近進行。
沖擊氣缸在實際工作時,錘頭模具撞擊工件作完功,一般就借助行程開關發(fā)出信號使換向閥復位換向,缸即從沖擊段直接轉(zhuǎn)為復位段。這種狀態(tài)可認為不存在彈跳段和耗能段。
2)快排型沖擊氣缸由上述普通型沖擊氣缸原理可見,其一部分能量(有時是較大部分能量)被消耗于克服背壓(即p2)做功,因而沖擊能沒有充分利用。假如沖擊一開始,就讓有桿腔氣體全排空,即使有桿腔壓力降至大氣壓力,則沖擊過程中,可節(jié)省大量的能量,而使沖擊氣缸發(fā)揮更大的作用,輸出更大的沖擊能。這種在沖擊過程中,有桿腔壓力接近于大氣壓力的沖擊氣缸,稱為快排型沖擊氣缸??炫判蜎_擊氣缸是在普通型沖擊氣缸的下部增加了“快排機構”構成??炫艡C構是由快排導向蓋1、快排缸體4、快排活塞3、密封膠墊2等零件組成。
快排型沖擊氣缸的氣控回路見圖42.2-13b。接通氣源,通過閥F1同時向K1、K3充氣,K2通大氣。閥F1輸出口A用直管與K1孔連通,而用彎管與K3孔連通,彎管氣阻大于直管氣阻。這樣,壓縮空氣先經(jīng)K1使快排活塞3推到上邊,由快排活塞3與密封膠墊2一起切斷有桿腔與排氣口T的通道。然后經(jīng)K3孔向有桿腔進氣,蓄氣一無桿腔氣體經(jīng)K4孔通過閥F2排氣,則活塞上移。當活塞封住中蓋噴氣口時,裝在錘頭上的壓塊觸動推桿6,切換閥F3,發(fā)出信號控制閥F2使之切換,這樣氣源便經(jīng)閥F2和K4孔向蓄氣腔內(nèi)充氣,一直充至氣源壓力。
沖擊工作開始時,使閥F1切換,則K2進氣,K1和K3排氣,快排活塞下移,有桿腔的壓縮空氣便通過快排導向蓋1上的多個圓孔(8個),再經(jīng)過快排缸體4上的多個方孔T(10余個)及K3直接排至大氣中。因為上述多個圓孔和方孔的通流面積遠遠大于K3的通流面積,所以有桿腔的壓力可以在極短的時間內(nèi)降低到接近于大氣壓力。當降到一定壓力時,活塞便開始下移。錘頭上壓塊便離開行程閥F3的推桿6,閥3在彈簧的作用下復位。由于接有氣阻7和氣容8,閥3雖然復位,但F2卻延時復位,這就保證了蓄氣缸腔內(nèi)的壓縮空氣用來完成使活塞迅速向下沖擊的工作。否則,若F3復位,F(xiàn)2同時復位的話,蓄氣缸腔內(nèi)壓縮空氣就會在錘頭沒有運動到行程終點之前已經(jīng)通過K4孔和閥F2排氣了,所以當錘頭開始沖擊后,F(xiàn)2的復位動作需延時幾十毫秒。因所需延時時間不長,沖擊缸沖擊時間又很短,往往不用氣阻、氣容也可以,只要閥F2的換向時間比沖擊時間長就可以了。
在活塞向下沖擊的過程中,由于有桿腔氣體能充分地被排空,故不存在普通型沖擊氣缸有桿腔出現(xiàn)的較大背壓,因而快排型沖擊氣缸的沖擊能是同尺寸的普通型沖擊氣缸沖擊能的3~4倍。
(2)數(shù)字氣缸
它由活塞1、缸體2、活塞桿3等件組成?;钊挠叶擞蠺字頭,活塞的左端有凹形孔,后面活塞的T字頭裝入前面活塞的凹形孔內(nèi),由于缸體的限制,T字頭只能在凹形孔內(nèi)沿缸軸向運動,而兩者不能脫開,若干活塞如此順序串聯(lián)置于缸體內(nèi),T字頭在凹形孔中左右可移動的范圍就是此活塞的行程量。不同的進氣孔A1~Ai(可能是A1,或是A1和A2,或A1、A2和A3,還可能是A1和A3,或A2和A3等等)輸入壓縮空氣(0.4~0.8MPa)時,相應的活塞就會向右移動,每個活塞的向右移動都可推動活塞桿3向右移動,因此,活塞桿3每次向右移動的總距離等于各個活塞行程量的總和。這里B孔始終與低壓氣源相通(0.05~0.1MPa),當A1~Ai孔排氣時,在低壓氣的作用下,活塞會自動退回原位。各活塞的行程大小,可根據(jù)需要的總行程s按幾何級數(shù)由小到大排列選取。設s=35mm,采用3個活塞,則各活塞的行程分別取α1=5mm;α2=10mm;α3=20mm。如s=31.5mm,可用6個活塞,則α1、α2、α3……α6分別設計為0.5、1、2、4、8、16mm,由這些數(shù)值組合起來,就可在0.5~31.5mm范圍內(nèi)得到0.5mm整數(shù)倍的任意輸出位移量。而這里的α1、α2、α3……αi可以根據(jù)需要設計成各種不同數(shù)列,就可以得到各種所需數(shù)值的行程量。
(3)回轉(zhuǎn)氣缸
主要由導氣頭、缸體、活塞、活塞桿組成。這種氣缸的缸體3連同缸蓋6及導氣頭芯10被其他動力(如車床主軸)攜帶回轉(zhuǎn),活塞4及活塞桿1只能作往復直線運動,導氣頭體9外接管路,固定不動。
固轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構。為增大其輸出力采用兩個活塞串聯(lián)在一根活塞桿上,這樣其輸出力比單活塞也增大約一倍,且可減小氣缸尺寸,導氣頭體與導氣頭芯因需相對轉(zhuǎn)動,裝有滾動軸承,并以研配間隙密封,應設油杯潤滑以減少摩擦,避免燒損或卡死。
回轉(zhuǎn)氣缸主要用于機床夾具和線材卷曲等裝置上。
(4)撓性氣缸
撓性氣缸是以撓性軟管作為缸筒的氣缸。常用撓性氣缸有兩種。一種是普通撓性氣缸見圖42.2-16,由活塞、活塞桿及撓性軟管缸筒組成。一般都是單作用活塞氣缸,活塞的回程靠其他外力。其特點是安裝空間小,行程可較長。
第二種撓性氣缸是滾子撓性氣缸。由夾持滾子代替活塞及活塞桿,夾持滾子設在撓性缸筒外表面,A端進氣時,左端撓性筒膨脹,B端排氣,缸左端收縮,夾持在缸筒外部的滾子在膨脹端的作用下,向右移動,滾子夾帶動載荷運動。可稱為撓性筒滾子氣缸。這種氣缸的特點是所占空間小,輸出力較小,載荷率較低,可實現(xiàn)雙作用。
(5)鋼索式氣缸
鋼索式氣缸,是以柔軟的、彎曲性大的鋼絲繩代替剛性活塞桿的一種氣缸?;钊c鋼絲繩連在一起,活塞在壓縮空氣推動下往復運動,鋼絲繩帶動載荷運動,安裝兩個滑輪,可使活塞與載荷的運動方向相反。
這種氣缸的特點是可制成行程很長的氣缸,如制成直徑為25mm ,行程為6m左右的氣缸也不困難。鋼索與導向套間易產(chǎn)生泄漏。
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