一种兼具直行程和角行程的复合式气动执行机构

技术领域

本发明涉及气动执行器技术领域，尤其是一种兼具直行程和角行程的复合式气动执行机构。

背景技术

执行机构是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。目前市场上的气动执行器，只能旋转一定角度或者升降直线运动来启闭各种阀门、启闭机等机械设备，一般不能同时具有两个方位的运动及操作。在遇到一些需要特殊要求的阀门等机械设备时，不能满足使用需求。为了满足需求，中国实用新型专利公开了一种紧凑型气动执行机构（公开号：CN218063600U），包括缸体以及设置在缸体两端的上缸盖和下缸盖，下缸盖内转动设置有转动杆，缸体内设置有用于驱动转动杆沿缸体轴线方向往复滑移的推动组件，转动杆上螺旋开设有导向槽，缸体内固定设置有限位销，且限位销远离缸体内侧壁的一端设置在导向槽内并与导向槽滑动配合。该申请实现了在往复移动的同时进行往复转动，然而，同时进行升降和旋转的动作容易导致动作轴卡顿，运行过程易波动，平稳度不足，而且，需要同步升降和旋转动作的特殊阀门并不多见，适用范围小。

发明内容

本发明的目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种兼具直行程和角行程的复合式气动执行机构，解决动作卡顿、适用范围小等问题。

本发明的技术方案：包括有回转执行组件、升降执行组件以及气路控制系统，回转执行组件、升降执行组件分别包括有输出动作的回转轴、升降轴，回转轴与升降轴之间连接有用于同步动作的转接件；气路控制系统包括有气源入口、气动控制阀、第一支路以及第二支路，气动控制阀与气源入口连通，第一支路与第二支路并联设置，第一支路、第二支路分别与气动控制阀的两个出口连通，第一支路、第二支路分别设置有第一换向阀、第二换向阀，回转执行组件连通于第一支路上，升降执行组件连通于第二支路上，第一换向阀的换向动作端与升降轴连接以在升降轴上升或下降动作极限时带动第一换向阀进行切换动作，第二换向阀的换向动作端与回转轴连接以在回转轴正旋或反旋动作极限时带动第二换向阀进行切换动作。

采用上述技术方案，利用转接件将回转执行组件、升降执行组件各自的回转、升降动作向外输出，实现直行程及角行程两种驱动方式，且通过气动控制阀进行气路控制以及第一换向阀、第二换向阀切换操作，使回转执行组件和升降执行组件具有先后顺序的动作，进而在其中一个执行组件动作结束后才切换至另一执行组件进行对应动作，回转和升降动作不再同时进行，动作更加顺畅有序，提升了设备的运行平稳度，而且，适用的阀门更多，使用范围扩大。

在一种可能的设计中，转接件可转动设置于升降执行组件上，转接件为轴套结构，其包括有上方的转轴部以及下方的套筒部，转轴部与回转轴固定连接；升降轴的一端具有横截面多边形的上轴端，套筒部内具有供上轴套滑动插入的内腔，内腔的底部形成插孔，插孔与上轴端的截面形状适配且上轴端可轴向移动于插孔内。

采用上述设计，回转轴通过转接件带动升降轴进行转动从而输入回转动作，而且避免升降轴的动作输出至回转轴，结构简单、设计合理。

在一种可能的设计中，转轴部的横截面为多边形，回转轴的底端开设有花键槽，转轴部固定插接于花键槽内形成固定连接。

采用上述设计，回转轴通过花键槽带动转轴部转动，通过插接的方式便于转轴部的安装，组装方便。

在一种可能的设计中，升降执行组件包括有顶盖，顶盖的上方安装有固定支架，回转执行组件固定安装于固定支架上；顶盖上开设有转槽，套筒部的底部向外延伸有外环部，外环部可转动安装于转槽内且通过固定支架覆盖于外环部上以形成限位。

采用上述设计，使转接件仅能传递回转运动，避免将升降动作传递至回转执行组件中，防止回转执行组件受力而损坏，转接件拆装方便，维护简单。

在一种可能的设计中，升降执行组件包括有升降活塞，升降轴可转动贯穿于升降活塞内，升降活塞上方、下方分别形成下降腔、上升腔；升降轴外还套装有两个转动轴承和卡套，升降轴外具有台阶，其中一个转动轴承安装于升降活塞和台阶之间，另一个转动轴承安装于升降活塞和卡套之间，卡套固定连接于升降轴上。

采用上述设计，升降轴与升降活塞存在相对转动，但不存在相对移动，避免升降轴的回转运动传递到升降活塞，减小升降轴的扭矩，启闭快捷，运转更灵活。

在一种可能的设计中，回转执行组件包括有两个回转活塞，回转活塞与回转轴啮合以通过回转活塞的左右移动带动回转轴转动。

采用上述设计，充分利用现有技术的改良，可利用现有设备加工相关零件，降低生产成本。

在一种可能的设计中，第一换向阀、第二换向阀均为凸轮换向阀，第一换向阀、第二换向阀均具有换向压臂，回转轴上固定安装有回转凸轮，回转凸轮与第二换向阀的换向压臂按压配合，升降轴上联动连接有按压杆，按压杆与第一换向阀的换向压臂按压配合。

采用上述设计，在回转轴或升降轴到达极限行程时，回转凸轮或按压杆按压对应换向阀的换向压臂，使对应换向阀切换，所在的支路断气，则另一支路继续通气，直至该支路动作完成，先后顺序更具确定性。

在一种可能的设计中，气动控制阀为二位五通气动控制阀，其进气口与气源入口连通。

采用上述设计，选择合理，有利于正常控制气路。

在一种可能的设计中，气路控制系统还包括有储气罐、气动电磁阀、单向阀以及电源端，单向阀的进口与气源入口相连通，单向阀的出口与气动控制阀接通，储气罐连通于单向阀的出口与气动控制阀之间，气动电磁阀的进口与单向阀的进口连通，气动电磁阀的出口与气动控制阀的信号端连通，气动电磁阀的信号端与电源端电连接。

采用上述设计，储气罐可作为临时气源，在气源入口失气时，单向阀保压关闭气源入口，气动电磁阀接收失气信号而失电并操控气动控制阀到预设位置，储气罐泵气驱动阀门复位，可在发生故障时使用，从而确保阀门、管路的安全性。

在一种可能的设计中，气源入口与气动控制阀之间还连通设置有过滤减压阀。

采用上述设计，确保清洁气源和合适气压输入气路控制系统。

附图说明

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的气路原理图；

图3为本发明隐藏储气罐的结构示意图；

图4为本发明具体实施例的剖面结构示意图；

图5为本发明回转执行组件、升降执行组件及转接件的结构示意图；

图6为本发明回转执行组件、升降执行组件及转接件的剖面结构示意图；

图7为本发明回转执行组件、升降执行组件及转接件的爆炸图；

图8为本发明升降执行组件及转接件的剖面结构示意图；

其中，1、回转执行组件；2、升降执行组件；3、气路控制系统；11、回转轴；21、升降轴；4、转接件；31、气动控制阀；32、第一支路；33、第二支路；321、第一换向阀；331、第二换向阀；41、转轴部；42、套筒部；211、上轴端；421、内腔；422、插孔；111、花键槽；22、顶盖；5、固定支架；221、转槽；43、外环部；23、升降活塞；231、下降腔；232、上升腔；24、转动轴承；25、卡套；212、台阶；12、回转活塞；301、换向压臂；13、回转凸轮；26、按压杆；34、储气罐；35、气动电磁阀；36、单向阀；37、过滤减压阀。

实施方式

如图1-图4所示的一种兼具直行程和角行程的复合式气动执行机构，包括有回转执行组件1、升降执行组件2以及气路控制系统3，回转执行组件1、升降执行组件2分别包括有输出动作的回转轴11、升降轴21，回转轴11与升降轴21之间连接有用于同步动作的转接件4；气路控制系统3包括有气源入口、气动控制阀31、第一支路32以及第二支路33，气动控制阀31与气源入口连通，第一支路32与第二支路33并联设置，第一支路32、第二支路33分别与气动控制阀31的两个出气口连通，第一支路32、第二支路33分别设置有第一换向阀321、第二换向阀331，回转执行组件1连通于第一支路32上，升降执行组件2连通于第二支路33上，第一换向阀321的换向动作端与升降轴21连接以在升降轴21上升或下降动作极限时带动第一换向阀321进行切换动作，第二换向阀331的换向动作端与回转轴11连接以在回转轴11正旋或反旋动作极限时带动第二换向阀331进行切换动作。若以升降轴21在上升动作极限时带动第一换向阀321进行切换动作、回转轴11在正旋动作极限时带动第二换向阀331进行切换动作为例，其工作原理是：气源入口中向气动控制阀31泵气，气动控制阀31泵气控制向其中一个出气口泵气，此时第一换向阀321处于通气状态、第二换向阀331处于断气状态，空气输入第一支路32，回转执行组件1受气驱动回转轴11正旋转动，通过转接件4带动升降轴21正旋，升降轴21带动阀门的阀杆旋转，直至回转轴11到达正旋极限，此时第二换向阀331进行切换动作，以切换至通气状态，第二支路33打开输入空气，升降执行组件2带动升降轴21下降，此时升降轴21由原本的上升动作极限位置下降，第一换向阀321切换成断气状态，从而带动阀杆下降，并关闭阀门；若气动控制阀31泵气控制向另一出气口泵气，此时第一换向阀321处于断气状态、第二换向阀331处于通气状态，空气输入第二支路33，升降执行组件2受气驱动升降轴21及阀杆上升，直至到达上升动作极限位置，升降轴21带动第一换向阀321切换至通气状态，第一支路32打开输入空气，回转轴11反旋，此时回转轴11脱离第二换向阀331，第二换向阀331复位至断气状态，从而带动阀杆反旋并开启阀门。关闭阀门时，先正旋后下降，开启阀门时，则先上升后反旋。根据实际需求可以设计不同的先后顺序动作，例如也可以设置成以升降轴21在下降动作极限时带动第一换向阀321进行切换动作、回转轴11在反旋动作极限时带动第二换向阀331进行切换动作，那么，其关闭阀门时，先下降再反旋，开启阀门则是先正旋再上升，同理也可以得出其它动作顺序组合。总之，每次打开或关闭阀门，均能带动阀杆先进行升降或旋转动作后，再上述动作结束后再进行另一不同动作，使回转执行组件1和升降执行组件2具有先后顺序的动作，回转和升降动作不再同时进行。

气动控制阀31为二位五通气动控制阀31，其进气口与气源入口连通，两个出气口A2和A4分别与第一支路32、第二支路33连通。气动控制阀31有两种状态，其中P1口和A2口相通时，第一支路32得气，若是P1口和A4口相通时，第二支路33得气。第一换向阀321、第二换向阀331均是二位三通阀，具有通气、断气两种状态，受对应机械力时可进行换向。

如图4-图8所示，转接件4可转动设置于升降执行组件2上，转接件4为轴套结构，其包括有上方的转轴部41以及下方的套筒部42，转轴部41与回转轴11固定连接；升降轴21的一端具有横截面多边形的上轴端211，套筒部42内具有供上轴套滑动插入的中空内腔421，内腔421的底部形成插孔422，插孔422与上轴端211的截面形状适配且上轴端211可轴向移动于插孔422内。意味着上轴端211和套筒部42可以相对移动，但不会产生相对转动，升降轴21上升时上轴端211逐渐插入内腔421中，下降时则上轴端211逐渐退出内腔421，但不脱离插孔422。回转轴11通过转接件4转接件4可以向下传递转动动作，而升降轴21不会向回转轴11传递升降动作。横截面为垂直于升降轴21轴向方向的截面，多边形可以是方形、三角形、六边形等。

如图6所示，转轴部41的横截面为多边形，回转轴11的底端开设有花键槽111，转轴部41固定插接于花键槽111内形成固定连接。除了花键槽111外也可以是多边形槽形，只要符合与转轴部41固定插接即可。

如图4-图8所示，升降执行组件2包括有顶盖22，顶盖22的上方安装有固定支架5，回转执行组件1固定安装于固定支架5上；顶盖22上开设有转槽221，套筒部42的底部向外延伸有外环部43，外环部43可转动安装于转槽221内且通过固定支架5覆盖于外环部43上以形成限位。转接件4仅能在固定支架5内回转，而不会发生位移。

如图4-图8所示，升降执行组件2包括有升降活塞23，升降轴21可转动贯穿于升降活塞23内，升降活塞23上方、下方分别形成下降腔231、上升腔232，输气到下降腔231时升降活塞23下降，输气到上升腔232时升降活塞23上升。升降轴21外还套装有两个转动轴承24和卡套25，升降轴21外具有台阶212，其中一个转动轴承24安装于升降活塞23和台阶212之间，另一个转动轴承24安装于升降活塞23和卡套25之间，卡套25固定连接于升降轴21上。卡套25和台阶212相当于在升降轴21轴向方向上将升降活塞23与升降轴21形成相对固定，而转动轴承24使升降轴21与升降活塞23可以相对转动，使升降轴21受力转动时，升降活塞23不会跟随转动，避免升降活塞23与升降执行组件2外壳的摩擦力传递至升降轴21上，升降轴21的回转扭矩明显变小。

如图6所示，回转执行组件1包括有两个回转活塞12，回转活塞12与回转轴11啮合，两个回转活塞12相互靠近则带动回转轴11反旋转动，相互远离则带动回转轴11正旋转动。

第一换向阀321、第二换向阀331均为凸轮换向阀，第一换向阀321、第二换向阀331均具有换向压臂301，换向压臂301受到按压时凸轮换向阀切换状态，按压力消失时回复状态。回转轴11上固定安装有回转凸轮13，回转凸轮13与第二换向阀331的换向压臂301按压配合，在回转轴11的带动下，回转凸轮13在回转轴11到达极限行程时，按压于第二换向阀331的换向压臂301上，切换第二换向阀331状态至断气状态。升降轴21上联动连接有按压杆26，按压杆26与第一换向阀321的换向压臂301按压配合，按压杆26可固定安装在升降活塞23上，按压杆26可贯穿升降执行组件2的外壳而外露，其随升降轴21的升降而移位。当升降轴21到达极限行程时，按压杆26按压于第一换向阀321的换向压臂301上，切换第一换向阀321状态至断气状态。

如图1-图4所示，气路控制系统3还包括有储气罐34、气动电磁阀35、单向阀36以及电源端，单向阀36的进口与气源入口相连通，单向阀36的出口与气动控制阀31接通，储气罐34连通于单向阀36的出口与气动控制阀31之间，气动电磁阀35的进口与单向阀36的进口连通，气动电磁阀35的出口与气动控制阀31的信号端连通，气动电磁阀35的信号端与电源端电连接以接入电源。气动电磁阀35为二位三通电磁阀，以图2中的具体实施方式为例，气动电磁阀35得电后，其P口与A口相通，控制气动控制阀31的P1口和A4口相通时，第二支路33得气，驱动升降执行组件2上升，到预设行程后，回转执行组件1进行逆时针旋转，开启阀门；当气源入口因故障失气或因关闭失气时，单向阀36关闭进口，由于气动电磁阀35气源在单向阀36前面，同样会失去气源，导致作用于气动动作阀31的控制信号丢失而切换状态，气动控制阀31的P1口则会与A2口相通，储气罐34泵气，驱动升降执行组件2下降，回转执行组件1进行顺时针旋转，阀门关闭。上述视阀门关闭位置为预设复位位置，若要将阀门开启位置为预设复位位置，可进行相应调换接口的操作。由上述可知，为了减小故障发生所带来的损失，在故障发生时阀门将自动复位至预设安全状态，以确保阀门、管路的安全性。

气源入口与气动控制阀31之间还连通设置有过滤减压阀37，向内部输入合适气压、清洁的空气。