本发明提出了一种四活塞气水增压缸，通过设置四个活塞，并在后端加设弹射弹簧，相同工作周期时间下可大大增大力行程的位移，扩大了气水增压缸的应用范围，大大提高气体的流速，从而缩短力行程的时间，节约能源；增加了减震活塞，可以有效减缓高压腔的压力波动，使得工作过程更加平稳可靠，提高了产品的可靠性；采用液体介质为水，不仅提高气水增压缸的响应，而且无污染，大大的扩大了气液增压缸的应用范围。
1.一种四活塞气水增压缸，其包括活塞缸(1)、工作活塞杆(2)、快进活塞(3)、储水活塞(4)、增压活塞(5)、弹射活塞(6)和增压法兰(7)，所述活塞缸(1)包括缸筒(12)，以及分别密封缸筒(12)前后两端的前端盖(11)和后端盖(13)，其特征在于：所述增压法兰(7)密封并从中将活塞缸(1)分隔为前后两个腔体，前腔体内设置有快进活塞(3)和储水活塞(4)，后腔体内设置有增压活塞(5)和弹射活塞(6)，快进活塞(3)、储水活塞(4)和缸筒(12)之间形成储液腔(41)，前端盖(11)中间设置有通孔，工作活塞杆(2)一端与快进活塞(3)固定连接、另一端穿过通孔并与之密封，储液腔(41)内存储有液体介质，前端盖(11)上开设有第一换气通孔(111)，所述快进活塞(3)底部设置有圆柱筒体(31)，圆柱筒体(31)与缸筒(12)之间的配合面被密封，缸筒(12)上设置有与快进活塞(3)后端和圆柱筒体(31)外侧壁连通的压力腔(32)和第二换气通孔(112)，第二换气通孔(112)连通压力腔(32)，增压法兰(7)上开设有第三换气通孔(113)，第三换气通孔(113)连通储水活塞(4)后端与增压法兰(7)之间的腔体，增压法兰(7)上开设有第四换气通孔(114)，第四换气通孔(114)连通增压法兰(7)与增压活塞(5)前端之间的腔体，弹射活塞(6)上设置有第五换气通孔(115)，后端盖(13)上开设有第六换气通孔(116)，还包括弹射弹簧(8)，弹射弹簧(8)两端分别与弹射活塞(6)和后端盖(13)固定；还包括与连接气源的二位四通气动换向阀(81)、电磁换向阀(82)、返回行程高速阀(83)、力行程调速阀(84)和转换背压调速阀(85)，二位四通气动换向阀(81)的P端口连接至气源，二位四通气动换向阀(81)的第一控制端口依次连接力行程调速阀(84)和第二换气通孔(112)；气源还依次连接电磁换向阀(82)、返回行程高速阀(83)，返回行程高速阀(83)分别连接第一换气通孔(111)和第二换气通孔(112)；二位四通气动换向阀(81)的第二控制端口依次连接转换背压调速阀(85)和第一换气通孔(111)；二位四通气动换向阀(81)的A端口连接第四换气通孔(114)；二位四通气动换向阀(81)的B端口连接第六换气通孔(116)；二位四通气动换向阀(81)的T端口连接大气环境。
2.如权利要求1所述的四活塞气水增压缸，其特征在于：还包括增压活塞杆(51)，储水活塞(4)和增压法兰(7)中间分别设置有通孔，增压活塞杆(51) 一端与增压活塞(5)固定，另一端穿过通孔并与之密封。
3.如权利要求2所述的四活塞气水增压缸，其特征在于：所述缸筒(12)包括前缸筒(121)和后缸筒(122)，还包括中间法兰(123)，中间法兰(123)两端连接并固定前缸筒(121)和后缸筒(122)，中间法兰(123)中间开设有可供增压活塞杆(51)通过的通孔。
4.如权利要求3所述的四活塞气水增压缸，其特征在于：所述中间法兰(123)为中间薄、边缘厚的渐变结构。
5.如权利要求3所述的四活塞气水增压缸，其特征在于：所述快进活塞(3)与中间法兰(123)之间的前缸筒(121)上开设有通孔，通孔内设置有缓冲垫(14)、弹簧(15)，另有紧固件(16)密封通孔外侧，弹簧(15)两端分别固定连接缓冲垫(14)和紧固件(16)。
6.如权利要求1所述的四活塞气水增压缸，其特征在于：增压活塞(5 )和弹射活塞(6 )之间设置有缓冲垫(62)。
四活塞气水增压缸
技术领域
[0001] 本发明涉及液压元件领域，尤其涉及一种四活塞气水增压缸。
背景技术
[0002] 现如今社会现代化快速发展，很多工厂采用流水线生产，使得大批量生产成为可能。气液增力缸是集成了液压传动和气压传动两者优点的一种执行元件，用于驱动机器的工作机构完成往复运动，并在工作行程输出作用力。气液增力缸通过输入气体压缩能，经增力缸转换为液压能，输出机械能，因此既有气压传动清洁环保、节省资源、响应快、安装维护方便、成本低的优点，又具有液压传动输出力大、控制性能好、效率高、系统组成简单、使用过程冲击小、输出作用力及速度调节容易的优点，可广泛用于需要很大输出力同时还要求整机结构简单、成本低、使用方便、冲击振动小的机器装备中，例如无铆钉铆接机、打孔机、冲压机、剪切机、折弯机、压装机、校直机、冶金机械、塑胶机械、锂电池设备等。在汽车、电子、家电、钣金等机械加工行业市场需求量很大。
[0003] 但是气液增压缸也有着力行程很小的缺点，也限制了气液增压缸更广泛的应用。现有数据显示德国TOX气液增压缸最大力行程也只能达到60mm。如果气液增压缸的力行程能够增大，我们就能用气液增压缸替代更多液压系统的领域。气液增压缸的力行程正限制了气液增压缸更广泛的应用。力行程很小主要有两方面原因，一方面由于增压比的存在，导致虽然增压活塞的位移大，但折算到工作活塞的位移很小；另一方面由于推动增压活塞运动，增压腔气体要达到一定气体压力，会造成增压腔气体和与连接气源的二位四通气动换向阀压差很小，气体流速小，造成启动延时，工作周期时间长，达不到快速的特点。
发明内容
[0004] 本发明提出一种力行程大、启动速度快的四活塞气水增压缸。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：一种四活塞气水增压缸，其包括活塞缸、工作活塞杆、快进活塞、储水活塞、增压活塞、弹射活塞和增压法兰，所述活塞缸包括缸筒，以及分别密封缸筒前后两端的前端盖和后端盖，所述增压法兰密封并从中将活塞缸分隔为前后两个腔体，前腔体内设置有快进活塞和储水活塞，后腔体内设置有增压活塞和弹射活塞，快进活塞、储水活塞和缸筒之间形成储液腔，前端盖中间设置有通孔，工作活塞杆一端与快进活塞固定连接、另一端穿过通孔并与之密封，储液腔内存储有液体介质，前端盖上开设有第一换气通孔，所述快进活塞底部设置有圆柱筒体，圆柱筒体与缸筒之间的配合面被密封，缸筒上设置有与快进活塞后端和圆柱筒体外侧壁连通的压力腔和第二换气通孔，第二换气通孔连通压力腔，增压法兰上开设有第三换气通孔，第三换气通孔连通储水活塞后端与增压法兰之间的腔体，增压法兰上开设有第四换气通孔，第四换气通孔连通增压法兰与增压活塞前端之间的腔体，弹射活塞上设置有第五换气通孔，后端盖上开设有第六换气通孔，还包括弹射弹簧，弹射弹簧两端分别与弹射活塞和后端盖固定。
[0006] 在以上技术方案的基础上，优选的，还包括增压活塞杆，储水活塞和增压法兰中间分别设置有通孔，增压活塞杆一端与增压活塞固定，另一端穿过通孔并与之密封。进一步优选的，所述缸筒包括前缸筒和后缸筒，还包括中间法兰，中间法兰两端连接并固定前缸筒和后缸筒，中间法兰中间开设有可供增压活塞杆通过的通孔。更进一步优选的，所述中间法兰为中间薄、边缘厚的渐变结构。更进一步优选的，所述快进活塞与中间法兰之间的前缸筒上开设有通孔，通孔内设置有缓冲垫、弹簧，另有紧固件密封通孔外侧，弹簧两端分别固定连接缓冲垫和紧固件。
[0007] 在以上技术方案的基础上，优选的，增压活塞和弹射活塞之间设置有缓冲垫。
[0008] 在以上技术方案的基础上，优选的，还包括与连接气源的二位四通气动换向阀、电磁换向阀、返回行程高速阀、力行程调速阀和转换背压调速阀，二位四通气动换向阀的P端口连接至气源，二位四通气动换向阀的第一控制端口依次连接力行程调速阀和第二换气通孔；气源还依次连接电磁换向阀、返回行程高速阀，返回行程高速阀分别连接第一换气通孔和第二换气通孔；二位四通气动换向阀的第二控制端口依次连接转换背压调速阀和第一换气通孔；二位四通气动换向阀的A端口连接第四换气通孔；二位四通气动换向阀的B端口连接第六换气通孔；二位四通气动换向阀的T端口连接大气环境。
[0009] 本发明的四活塞气水增压缸相对于现有技术的有益效果如下：
[0010] (1)传统气液增压缸都是靠增压缸气体压力增大来推动活塞运动的，势必造成增压腔和与连接气源的二位四通气动换向阀压差不大，导致气体流速不大；而本发明通过设置四个活塞，并在后端加设弹射弹簧，在力行程开始时，增压活塞前端与外界相连，压力迅速降低，而弹射活塞的弹簧是形变储能，会给弹射活塞提供很大的力和加速度，使得增压活塞的速度迅速增加，提高了力行程的平均速度，相同工作周期时间下可大大增大力行程的位移，扩大了气水增压缸的应用范围；
[0011] (2)在力行程开始时，由于弹射弹簧力大，增压活塞起始速度快，会使得增压气腔的压力低，使得增压腔和与连接气源的二位四通气动换向阀压差大，会大大提高气体的流速，从而缩短力行程的时间；增加了减震活塞，可以有效减缓高压腔的压力波动，使得工作过程更加平稳可靠，提高了产品的可靠性；
[0012] (3)由于力行程较大，增压活塞的行程也很大；增压活塞回程过程，前端由于有高压腔，会一直处于加速度状态，弹射弹簧可以在回程起到缓冲减速的作用，并且为下一次弹射储存形变势能，从而节约能源；
[0013] (4)增压活塞和弹射活塞采用两个独立的活塞，可以使得弹射弹簧的自由长度根据需要调节，便于设计者优化提高气水增压缸的性能；
[0014] (5)储水缸和增压缸采用串联结构，使得增压活塞穿过增压法兰和储水活塞，可以增加增压活塞的导向结构，同时增大摩擦力，可以提高气水增压缸的工作稳定性；
[0015] (6)气水增压缸，采用液体介质为水，不仅提高气水增压缸的响应，而且无污染，大大的扩大了气液增压缸的应用范围。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明四活塞气水增压缸的剖视图；
[0018] 图2为图1中A方框区域的放大图；
[0019] 图3为本发明四活塞气水增压缸的连接关系示意图。
具体实施方式
[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021] 参照图1，本发明的四活塞气水增压缸，其包括活塞缸1、工作活塞杆2、快进活塞3、储水活塞4、增压活塞5、弹射活塞6和增压法兰7。
[0022] 所述活塞缸1包括缸筒12，以及分别密封缸筒12前后两端的前端盖11和后端盖13。
[0023] 增压法兰7密封并从中将活塞缸1分隔为前后两个腔体，前腔体内设置有快进活塞3和储水活塞4，后腔体内设置有增压活塞5和弹射活塞6，快进活塞3、储水活塞4和缸筒12之间形成储液腔41。储液腔41内存储有液体介质，在本发明中，所述液体介质为水。优选的，如图2所示，所述快进活塞3与中间法兰123之间的缸筒12上开设有通孔，通孔内设置有缓冲垫
14、弹簧15，另有紧固件16密封通孔外侧，弹簧15两端分别固定连接缓冲垫14和紧固件16。
如此，当储液腔41内压力过大时，缓冲垫14、弹簧15配合作用可起到缓冲作用。
[0024] 前端盖11中间设置有通孔，工作活塞杆2一端与快进活塞3固定连接、另一端穿过通孔并与之密封。如此，可通过快进活塞3推动工作活塞杆2前后运动，对外做功。前端盖11上开设有第一换气通孔111。
[0025] 所述快进活塞3底部设置有圆柱筒体31，圆柱筒体31与缸筒12之间的配合面被密封，缸筒12上设置有与快进活塞3后端和圆柱筒体31外侧壁连通的压力腔32和第二换气通孔112，第二换气通孔112连通压力腔32，增压法兰7上开设有第三换气通孔113，第三换气通孔113连通储水活塞4后端与增压法兰7之间的腔体，增压法兰7上开设有第四换气通孔114，第四换气通孔114连通增压法兰7与增压活塞5前端之间的腔体，弹射活塞6上设置有第五换气通孔115，后端盖13上开设有第六换气通孔116。具体的，还包括与连接气源的二位四通气动换向阀81、电磁换向阀82、返回行程高速阀83、力行程调速阀84和转换背压调速阀85，二位四通气动换向阀81的P端口连接至气源，二位四通气动换向阀81的第一控制端口依次连接力行程调速阀84和第二换气通孔112；气源还依次连接电磁换向阀82、返回行程高速阀83，返回行程高速阀83分别连接第一换气通孔111和第二换气通孔112；二位四通气动换向阀81的第二控制端口依次连接转换背压调速阀85和第一换气通孔111；二位四通气动换向阀81的A端口连接第四换气通孔114；二位四通气动换向阀81的B端口连接第六换气通孔
116；二位四通气动换向阀81的T端口连接大气环境。
[0026] 还包括弹射弹簧8，弹射弹簧8两端分别与弹射活塞6和后端盖13固定。如此，在力行程开始时，由于弹射弹簧8力大，增压活塞5起始速度快。优选的，增压活塞6和弹射活塞7之间设置有缓冲垫62。如此，可以实现回程缓冲。
[0027] 优选的，还包括增压活塞杆51，储水活塞4和增压法兰7中间分别设置有通孔，增压活塞杆51一端与增压活塞5固定，另一端穿过通孔并与之密封。如此，一方面，可防止增压活塞5翻起；另一方面，也可使得增压活塞5运行更加稳定。进一步优选的，所述缸筒12包括前缸筒121和后缸筒122，还包括中间法兰123，中间法兰123中间开设有可供增压活塞杆51通过的通孔。所述中间法兰123为中间薄、边缘厚的渐变结构。如此，可方便快进过程补水。
[0028] 本发明的四活塞气水增压缸的工作过程如下：
[0029] 工作时，电磁换向阀82置于左位，气源通过电磁换向阀82进入第二换气通孔112，推动工作活塞杆2快速运动，到达工件位置实现软着陆；与此同时由于第三换气通孔113背压作用，推动储水活塞4储水腔41补水。随着快进过程完成，第二换气通孔112压力增加，经过力行程调速阀84，达到与连接气源的二位四通气动换向阀81开启压力后，第四换气通孔114与外界相连，第六换气通孔116与第三换气通孔113相连。由于第四换气通孔114压力迅速达到外界气压，弹射活塞6受力不平衡，弹簧力推动弹射弹簧8和增压活塞5快速加速。而此时由于弹射活塞6受弹簧力快速运动，造成第六换气通孔116压力不高，使得与连接气源的二位四通气动换向阀81两侧六换气通孔116和电磁换向阀82压差较大，也使得气体流速增大，进入第六换气通孔116的流量增大。随着增压活塞5位移增大，弹射弹簧8弹簧力减小，但气体压力增大，并且此时增压活塞5的速度已经达到较高水平，使得力行程时间大大减小。增压过程完成后，电磁换向阀82换向置于右位，与连接气源的二位四通气动换向阀81气体经过转换背压调速阀85进入第一换气通孔111，与连接气源的二位四通气动换向阀81控制端的压力降低，与连接气源的二位四通气动换向阀81背压端压力上升，使得与连接气源的二位四通气动换向阀81换向置于右位；增压缸右侧弹射弹簧8与外界相连，压力迅速降低，工作活塞杆2回程，增压活塞杆51回程，高压腔压力迅速降低，回程中弹射活塞6和弹射弹簧8起到缓冲吸能作用。
[0030] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
