节能增效直线驱动缸及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种进行直线驱动的液压缸或气缸，及其使用方法，具有节能、增效的作用，属于机械驱动元件领域。

背景技术

在机械设备领域，经常使用液压缸或者气缸，执行直线驱动，可以统称为直线驱动缸。这类直线驱动缸，主要部件包括缸体、活塞、及活塞杆；在圆柱形的缸体内设有一个圆柱形的活塞，在活塞的一侧设有活塞杆，活塞杆穿过缸体端部的缸盖，活塞杆露出缸体外，作为直线驱动元件；通过在活塞的一侧缸体内注入液压油、或空气，驱动活塞沿缸体直线运动，进而带动活塞杆直线运动。

由于缸体、活塞都是圆柱形的，面积固定，这就导致在同样的驱动压力(驱动油压、或者驱动气压相同)下，想要获得更大的驱动力，就要增大活塞和缸体内腔的截面积，从而要求更大的驱动流体量(油量、或气量)。

在龙门剪(可参考中国专利公开号为CN206509581U的龙门剪，中国专利公开号为CN214264056U的双刃剪切龙门剪等)、液压打包机(可参考中国专利公开号为CN1765617A的卧式液压全自动打包机、中国专利公开号为CN216659013U的带顶杆的液压打包机等)，甚至压机等，采用直线驱动缸作为直线驱动元件的设备，往往直线驱动缸的加压工作过程中，前面很长一段行程都是无功或低功行程，最后一段才是需要大压力的行程。

这些机械设备，虽然大压力的工作行程较短，但受现有的直线驱动缸的结构限制，也只能采用通长的大尺寸活塞的大功率直线驱动缸；虽然受设备操作空间要求，或产品工作特性要求，直线驱动缸的大部分行程不产生大的驱动压力，但也不得不注入大量的驱动流体，使活塞杆运动到最终工作区域。

当需要设备工作效率提升时，就需要加大驱动流体的流量，提高注入速度，这就需要提高驱动流体站(液压站、或空压泵)的产出流体速度，势必增加了设备的成本。

这是长期困扰应用直线驱动缸产品的机械设备研发人员的问题，随着市场对设备运行效率提升的需求增加，以及对设备能耗降低的需求增加，有必要对直线缸体的结构进行改进，从而既降低能耗，又提高驱动速度，提高直线驱动缸所在设备的运行效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能增效直线驱动缸及其使用方法，提高直线驱动缸在无功或低功行程的运行速度，减少流体用量，从而提高设备运行效率，降低驱动流体站的功耗。

为达到上述发明目的，本发明的第一方面，提供了一种节能增效直线驱动缸，包括主缸体、前盖、后盖；所述主缸体内设有主活塞、及主活塞杆；

所述主活塞杆位于所述主活塞上，所述主活塞杆穿过所述前盖伸出到所述主缸体外；所述主活塞、及所述主活塞杆位于所述主缸体内形成活塞式直线驱动缸；

所述主活塞与所述前盖之间沿所述主缸体形成回程腔，所述回程腔通过回程接口与外界相通；所述回程腔的有效流体推动面积为S3；

在所述主缸体内还设有副活塞，所述副活塞位于所述主活塞与所述后盖之间；

所述副活塞嵌装在所述主缸体内，并与所述主缸体的内腔相配合；

所述副活塞上设有副活塞杆，所述副活塞杆穿过所述后盖，且部分位于所述主缸体外；

所述快速推进腔通过快速推进接口与外界的驱动流体站相连；

所述快速推进腔的有效流体推动面积为S1；

所述副活塞与所述主活塞之间沿所述主缸体形成主压腔；所述主压腔通过主压流体入口与外界的驱动流体站相连；

所述主压腔的有效流体推动面积为S2；

S2>S1；S2>S3。

作为本发明的进一步改进，所述主压腔沿所述主缸体的内腔移动；

所述主压流体入口位于所述主活塞及所述主活塞杆内，或位于所述副活塞及所述副活塞杆内；

所述主压流体入口的一端通过所述主活塞或所述副活塞上的开口与所述主压腔相通；

所述主压流体入口的另一端的开口位于所述主活塞杆或所述副活塞杆在所述主缸体外的杆体或端面上。

作为本发明的进一步改进，主压流体入口位于所述主缸体上；

当所述主压腔沿所述主缸体的内腔移动到所述主压流体入口处时，可通过所述主压流体入口向所述主压腔内注入驱动流体。

作为本发明的进一步改进，所述副活塞与所述主活塞之间设有支撑物；所述副活塞与所述主活塞之间始终存在所述驱动腔。

进一步的，所述副活塞或所述主活塞的端部面设有凹陷，形成预留主压腔；

所述预留主压腔的外围形成支撑体；

所述主压腔体积最小时，所述预留主压腔外围的支撑体抵在所述主活塞或所述副活塞上；

所述预留主压腔与所述主活塞的接触面的面积为S4，S4≥S1。

本发明的第二方面，提供了一种节能增效直线驱动缸的使用方法，所述主活塞杆包括2 种伸出工作模式：

工作模式一，快速伸出模式；

所述快速推进腔通过所述快速推进接口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述回程腔通过所述回程接口与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔保持封闭，或内腔尺寸不变；

所述快速推进腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体最终推动所述副活塞沿所述主缸体向前移动；所述副活塞的移动，推动所述主活塞同步向前移动，进而带动所述主活塞杆伸出；

所述主活塞杆的伸出速度为V1，输出推力为F1；

工作模式二，主压模式；

所述快速推进腔的所述快速推进接口保持封闭，保持住所述快速推进腔内的流体介质；

所述回程腔通过所述回程接口与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔通过所述主压流体入口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述主压腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体最终推动所述主活塞沿所述主缸体向前移动；所述主活塞的移动，带动所述主活塞杆伸出；

所述主活塞杆的伸出速度为V2，输出推力为F2；

V1>V2；F1

作为本发明的进一步改进，节能增效直线驱动缸的快速伸出模式下的工作模式一中所述快速推进腔所连接的所述驱动流体站，与主压模式下的工作模式二中所述主压腔所连接的所述驱动流体站，为同一个驱动流体站，额定输出的流体压强、流体速度相同。

作为本发明的进一步改进，节能增效直线驱动缸的快速伸出模式下的工作模式一中所述快速推进腔所连接的所述驱动流体站为第一驱动流体站；

主压模式下的工作模式二中所述主压腔所连接的所述驱动流体站为第二驱动流体站；

所述第一驱动流体站的额定流体输出速度大于所述第二驱动流体站的额定流体输出速度；

所述第一驱动流体站的额定流体输出压强小于所述第二驱动流体站的额定流体输出压强。

作为本发明的进一步改进，所述主活塞杆缩回复位时，运行工作模式三，复位模式；

所述快速推进腔、及所述主压腔通过各自的接口，先后分别或同时，与流体回路相通，或敞开；将所述快速推进腔、及所述主压腔内的流体介质排出；

所述回程腔通过所述回程接口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述回程腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体推动所述主活塞的有杆侧向后移动，进而带动所述主活塞杆向后缩回复位；

所述主活塞推动所述副活塞向后移动，排出所述快速推进腔内的流体介质，进行复位。

本发明的第三方面，提供了一种节能增效直线驱动缸的双向输出方法，

所述副活塞与所述后盖之间沿所述主缸体形成所述快速推进腔；

所述快速推进接口位于所述后盖上，或所述主缸体靠近所述后盖部位的缸体上；

所述副活塞、所述副活塞杆在所述主缸体靠近所述后盖的部位，形成另一套活塞式直线驱动缸；

所述主活塞杆位于所述主缸体外的部分，及所述副活塞杆位于所述主缸体外的部分，分别与工作设备的待驱动部件相连；

工作模式一，所述主活塞杆快速伸出模式；

所述快速推进腔通过所述快速推进接口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述回程腔通过所述回程接口与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔保持封闭，或内腔尺寸不变；

所述快速推进腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体最终推动所述副活塞沿所述主缸体向前移动；所述副活塞的移动，推动所述主活塞同步向前移动，进而带动所述主活塞杆伸出；

所述主活塞杆的伸出速度为V1，输出推力为F1；

工作模式二，所述主活塞杆主压输出模式；

所述快速推进腔的所述快速推进接口保持封闭，保持住所述快速推进腔内的流体介质；

所述回程腔通过所述回程接口与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔通过所述主压流体入口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述主压腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体最终推动所述主活塞沿所述主缸体向前移动；所述主活塞的移动，带动所述主活塞杆伸出；

所述主活塞杆的伸出速度为V2，输出推力为F2；

V1>V2；F1

工作模式三，所述副活塞杆快速伸出模式；

所述回程腔通过所述回程接口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述快速推进腔通过所述快速推进接口与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔保持封闭，或内腔尺寸不变；

所述回程腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体最终推动所述主活塞沿所述主缸体向后移动；所述主活塞的移动，推动所述副活塞同步向后移动，进而带动所述副活塞杆伸出；

所述副活塞杆的伸出速度为V3，输出推力为F3；

工作模式四，所述副活塞杆主压输出模式；

所述回程腔的所述回程接口保持封闭，保持住所述快速推进腔内的流体介质；

所述快速推进腔通过所述快速推进接口与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔通过所述主压流体入口与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述主压腔内随着驱动流体的注入而空间变大，驱动流体最终推动所述副活塞沿所述主缸体向后移动；所述副活塞的移动，带动所述副活塞杆伸出；

所述副活塞杆的伸出速度为V4，输出推力为F4；

V3>V4；F3

所述主活塞杆与所述副活塞杆的主压输出方向相反。

本发明的第四方面，提供了一种节能增效直线驱动缸的应用，节能增效直线驱动缸为液压缸，驱动流体为液压油；

节能增效直线驱动缸作为液压驱动缸，应用在龙门剪、液压打包机、液压破碎机、液压锻造机，金属屑压块机内。

本发明的节能增效直线驱动缸及其使用方法，通过在缸体内增加了副活塞，及副活塞杆；沿所述副活塞和所述副活塞杆，或沿所述副活塞杆设有快速推进腔，通过减小面积，可以实现主活塞杆的快速伸出；而所述副活塞与所述主活塞之间为主压腔，主压腔通过主压流体入口与驱动流体站相通，保留主压腔的有效工作面积，可以在需要提供大压力时，仍旧输出较大的工作压力。

本发明的节能增效直线驱动缸及其使用方法，通过对内部结构的改进，提高在无功或低功行程时的运行速度，并减少了流体用量，从而提高设备运行效率，降低驱动流体站的功耗。

附图说明

图1为本发明的节能增效直线驱动缸的整体结构示意图；

图2为本发明的节能增效直线驱动缸的实施方式一的整体结构示意图；

图3为本发明的节能增效直线驱动缸的实施方式二的整体结构示意图；

图4为本发明的节能增效直线驱动缸的实施方式三的整体结构示意图；

图5为本发明的所述主压流体入口的其他设置方式的结构示意图；

图6为本发明的重要部件截面参数标注示意图；

图7为本发明的预留主压腔的设置示意图；

附图标记：主缸体101、前盖102、后盖103；副缸体104、第三缸盖105；

主活塞201、主活塞杆202；副活塞301、副活塞杆302；快推活塞303；

快速推进腔401、主压腔402、回程腔403；第一有杆腔404、第二有杆腔405；

预留主压腔406；

快速推进接口501、主压流体入口502、回程接口503；

第一辅助接口504、第二辅助接口505；导向通道511、连接硬管512、连接接口513。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明的节能增效直线驱动缸的整体结构示意图；本发明的节能增效直线驱动缸的主体仍为活塞驱动缸，结构与现有的普通活塞液压缸，或活塞气缸一致，包括主缸体101、前盖102、后盖103；所述主缸体101内设有主活塞201、及主活塞杆202；所述主活塞201嵌装在所述主缸体101内，并与所述主缸体101的内腔相配合，将所述主缸体10 1分割为2个独立、且互不相通的腔室；所述主活塞杆202位于所述主活塞201上，所述主活塞杆202穿过所述前盖102，所述主活塞杆202位于所述前盖102外的部分为直线驱动元件，可与目标设备的待驱动元件相连；一般来说，所述前盖102上设有法兰安装孔，用来安装到目标设备的机架上，实现固定；所述主缸体101靠近所述前盖102的壁面上设有回程接口503；所述主活塞201与所述前盖102之间沿所述主缸体101形成回程腔403，所述回程腔 403通过所述回程接口503可与驱动流体站相连，通过向所述回程腔403内注入流体，可推动所述主活塞201的外侧面向后运动，从而使所述主活塞杆202回程运动。由于所述主活塞杆202位于所述回程腔403内，故所述回程腔403的有效流体推动面积(S3)就小于所述主活塞201的整体截面积(或所述主缸体101的内腔横截面积)，故活塞驱动缸的回程力(即反向力)较小，但因为流体注入截面积也小了，相应的回程速度较快。

本发明的节能增效直线驱动缸的改进为，在所述主缸体101内还设有副活塞301，所述副活塞301位于所述主活塞201与所述后盖103之间；所述副活塞301嵌装在所述主缸体10 1内，并与所述主缸体101的内腔相配合；所述副活塞301上设有副活塞杆302，所述副活塞杆302穿过所述后盖103，且部分位于所述主缸体101外。

本发明沿所述副活塞301和所述副活塞杆302，或仅沿所述副活塞杆302设有快速推进腔401；所述快速推进腔401位于所述主缸体101内，或所述主缸体101外；优选的，所述快速推进腔401的最大内径小于等于所述主缸体101的内腔直径；所述快速推进腔401通过快速推进接口501与驱动流体站相连；所述快速推进腔401内由于有所述副活塞杆302存在，故所述快速推进腔401的有效流体推动面积(S1)小于所述主缸体101的内腔横截面积。

所述副活塞301与所述主活塞201之间沿所述主缸体101形成主压腔402；所述主压腔4 02通过主压流体入口502与驱动流体站相连；所述主压腔402的有效流体推动面积(S2)即为所述主缸体101的内腔横截面积。

S2>S1；S2>S3。

所述快速推进腔401、及所述快速推进接口501的具体实施方式，可进一步参考图2-图4 所示。

实施方式一，如图2所示；

所述快速推进腔401位于所述副活塞301与所述后盖103之间，所述快速推进接口501 优选的位于所述后盖103上；即所述副活塞301、所述副活塞杆302在所述主缸体101靠近所述后盖103部位，形成另一套活塞驱动缸。

所述快速推进腔401的有效流体推动面积(S1)为，所述副活塞301的横截面积减去所述副活塞杆302的横截面积。

实施方式二，如图3所示；实施方式三，如图4所示；

所述快速推进腔401位于所述后盖103外；在所述后盖103的外侧，设有副缸体104，

所述副活塞杆302位于所述后缸盖103外的部分完全位于所述副缸体104内；所述副缸体104的末端通过第三缸盖105进行封闭；所述快速推进腔401位于所述副缸体104内。

所述副活塞杆302的后部在所述副缸体104内，形成另一套直线驱动缸，通过在所述快速推进腔401内注入驱动流体，即可驱动所述副活塞杆302的末端，从而推动所述副活塞30 1。

如图3所示，实施方式二中，所述副活塞杆302的后部在所述副缸体104内形成的直线驱动缸为柱塞式驱动缸，所述副缸体104内即为所述快速推进腔401；所述快速推进接口50 1可位于所述第三缸盖105上(如图所示)，或位于所述副缸体104上，甚至所述后缸盖103上。

所述快速推进腔401的有效流体推动面积(S1)为，所述副活塞杆302的尾部与所述快速推进腔401内流体相接触的面积。

所述副活塞301与所述后盖103之间沿所述主缸体101形成第一有杆腔404，所述第一有杆腔404内可以注入流体介质，也可以敞空；当所述第一有杆腔404内设有封闭的流体介质时，所述后盖103上(如图所示)或所述主缸体101的末端设有第一辅助接口504，所述第一有杆腔404通过所述第一辅助接口504与流体介质源相通；当所述第一有杆腔404内不设有封闭的流体介质时，即保持敞空状态时，亦可设有上述同样的第一辅助接口504，使其保持常开状态即可，或所述后盖103与所述副活塞杆302的装配中留有间隙通道，或所述后盖103与所述主缸体101的装配中留有间隙通道，可使所述第一有杆腔404与外界相通。

如图4所示，实施方式三中，所述副活塞杆302的末端还设有快推活塞303；所述快推活塞303嵌装在所述副缸体104内，并与所述副缸体104的内腔相配合；所述副活塞杆302的后部，及所述快推活塞303，在所述副缸体104内形成的直线驱动缸为活塞式驱动缸，所述快推活塞303与所述第三缸盖105之间沿所述副缸体104形成所述快速推进腔401；所述快速推进接口501可位于所述第三缸盖105上(如图所示)，或位于所述副缸体104的末端。

所述快速推进腔401的有效流体推动面积(S1)为，所述快推活塞303与所述快速推进腔401内流体相接触的面积。

在实施方式二的基础上，实施方式三也设有第一有杆腔404、第一辅助接口504；同时，所述快推活塞303与所述后盖103之间沿所述副缸体104形成第二有杆腔405，所述第二有杆腔405内同样可以注入流体介质，也可以敞空；当所述第二有杆腔405内设有封闭的流体介质时，所述后盖103上或所述副缸体104的端部(如图所示)设有第二辅助接口505，所述第二有杆腔405通过所述第二辅助接口505与流体介质源相通；当所述第二有杆腔405内不设有封闭的流体介质时，即保持敞空状态时，亦可设有上述同样的第二辅助接口505，使其保持常开状态即可，或所述后盖103与所述副缸体104的装配中留有间隙通道，可使所述第二有杆腔405与外界相通。所述第二有杆腔405与所述第一有杆腔404均为随动腔室，两者之间可保持导通，或相互独立。

根据上述实施方式，所述主压流体入口502由于需要与主压腔402相贯通，故一共有3 处位置可设置：

所述主压流体入口502的设置方式Ⅰ，如图5所示，当所述主压腔402每次的充流体位置相对所述主缸体101位置固定时，在所述主缸体101上设有第一主压流体接口作为所述主压流体入口502；当所述主压腔402移动到所述第一主压流体接口所在位置时，即可通过所述第一主压流体接口，向所述主压腔402内注入驱动流体。

所述主压流体入口502的设置方式Ⅱ，如图5所示，由于所述主压腔402与所述主活塞 201相接触，故沿所述主活塞201，经所述主活塞杆202，设有第二主压流体通道作为所述主压流体入口502；所述第二主压流体通道的内侧开口位于所述主活塞201端面上，所述第二主压流体通道的外侧开口位于所述主活塞杆202的端部，且始终位于所述前盖102的外侧。

但设置方式Ⅰ，要求所述主压腔402每次的充流体位置固定，否则就需要沿所述主缸体 101设置多个所述第一主压流体接口。

而设置方式Ⅱ，由于接口位于所述主活塞杆202上，而主活塞杆202往往位于设备动作部位，并不方便安装管路。

故所述主压流体入口502的设置方式Ⅲ，如图1-图4所示，由于所述副活塞301也与所述主压腔402相接触，故沿所述副活塞301，经所述副活塞杆302，设有第三主压流体通道作为所述主压流体入口502。

如图2所示，在实施方式一中，所述主压流体入口502直接从所述副活塞杆302的末端贯穿到所述副活塞301的内侧端面。

如图3、图4所示，在实施方式二、实施方式三中，由于所述副活塞杆302的末端被所述副缸体104包裹、封闭，故在所述副活塞杆302与所述副活塞301内仍设有贯穿的通道作为所述主压流体入口502，在所述副活塞杆302的末端与所述副缸体104或与所述第三缸盖105之间还设有连接通道；附图实施例中，优选的是在所述第三缸盖105上设有连接接口513，通过软管，或硬管，将所述副活塞杆302内的所述主压流体入口502与所述连接接口513相连接。附图实施例中，优选的是采用连接硬管512进行连接；所述副活塞杆302内的所述主压流体入口502作为导向通道511，所述连接硬管512插入所述导向通道511内，所述连接硬管512的外壁与所述导向通道511的内壁之间设有滑动密封结构，所述连接硬管512固定在所述第三缸盖105上，所述副活塞杆302移动时，将改变所述连接硬管512在所述导向通道511内的长度，在实现距离改变的同时，确保所述主压流体入口502与驱动流体站相通。由于所述连接硬管512将占用流体推动面积，故上述实施方式二、实施方式三中，在计算所述快速推进腔401的有效流体推动面积(S1)时，需要减去所述连接硬管512的外壁面积。而当连接管为软管是，软管预设在所述快速推进腔401内，当注入流体时，所述快速推进腔 401增加的体积与所述软管的体积无关，故在计算所述快速推进腔401的有效流体推动面积 (S1)时，无需减去软管的截面积。同时，当所述快速推进腔401的体积发生改变时，所述连接硬管512在所述导向通道511内的尺寸也随着发生改变，相应的所述导向通道511内的流体所占体积也会发生改变，当所述主压腔402保持封闭时，部分流体会进入到所述导向通道 511内，或造成所述主压腔402的体积发生改变，下面计算过程中，不过多考虑该情形。

所述主压腔402优选的需要预留一部分空间，相应的可在所述主活塞201的内侧表面，或所述副活塞301的内侧表面设有若干凸起(可以是凸起的环面、或凸起的柱体、甚至凸起的纹路)，使所述主活塞201与所述副活塞301始终保持分隔开。当所述主压腔402内注入驱动流体，使所述主压腔402扩大后，凸起不再参与作用，且不占用主压腔402的有效流体推动面积。

如图6所示，对本发明所涉及的内部截面参数进行标注：

(1)A＝主缸体101内腔的横截面积＝主活塞201的横截面积＝副活塞301的横截面积；

(2)B＝主活塞杆202的横截面积；

(3)C＝副活塞杆302的横截面积；

(4)D＝副缸体104内腔的横截面积＝快推活塞303的横截面积；

(5)E＝连接管(连接硬管512)的外径横截面积；

其中，当所述主压流体入口502采用设置方式Ⅰ、设置方式Ⅱ时，则E＝0。

所述主压腔402的有效流体推动面积S2、所述回程腔403的有效流体推动面积S3保持不变，即S2＝A，S3＝A-B；S2>S3。

而快速推进腔401的有效流体推动面积S1，则随具体实施方式的不同，而不同。

如图6(a)所示，在实施方式一中：S1＝A-C；S2>S1。

如图6(b)所示，在实施方式二中：S1＝C-E；S2>S1。

如图6(c)所示，在实施方式三中：S1＝D-E；S2>S1。

本发明的直线驱动缸使用时，优选的将主缸体101固定在目标设备的机架上，特别是可通过所述前盖102进行固定，然后将所述主活塞杆202的端部与设备工作部相连；所述主活塞杆202的伸缩运动，带动设备进行相关部件进行工作。

本发明的直线驱动缸使用时，需要连接驱动流体站(液压泵，或空压泵)，设定驱动流体站的输出稳定在输出流速为Q(m

本发明的直线驱动缸具有起码三种相对独立的工作模式(暂不考虑各部位的摩擦力、阻力等)：

工作模式一，快速伸出模式；

所述快速推进腔401通过所述快速推进接口501与所述驱动流体站相通，注入驱动流体；

所述回程腔403通过所述回程接口503与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔402的主压流体入口502保持封闭，或敞开。

所述副活塞301、或副活塞杆302、或所述快推活塞303受所述快速推进腔401内的驱动流体推动，使所述副活塞301沿所述主缸体101向前移动；所述副活塞301的移动，推动所述主活塞201同步向前移动(通过相互接触推动，或通过封闭的主压腔402内的流体介质推动)，最终推动所述主活塞杆202伸出。

在此过程中，所述回程腔403内的流体介质排出。

当所述副活塞301直接推动所述主活塞201前移时，此时，所述主压腔402可保持敞开或与流体回路相通；或所述主压腔402保持较小尺寸，所述主压腔402封闭，且所述主压腔402内的流体介质为液压油时，所述主压腔402的进一步压缩空间几乎没有；故所述副活塞301的前移距离与所述主活塞201的前移距离一致。

当所述主压腔402保持较小尺寸，所述主压腔402封闭，但所述主压腔402内的流体介质为气体时，由于气体具有较强的体积可压缩性，故所述主压腔402受力会发生压缩，直至平衡，故所述主活塞201受前端阻力影响，前移距离会小于所述副活塞301的前移距离。该过程分析需要结合具体的外界条件，不再展开分析。

所述主活塞杆202、所述主活塞201、所述副活塞301、所述副活塞杆302的前移距离为 L1；故快速伸出模式的工作模式一中，所述主活塞杆202的输出参数为：

运行速度V1＝Q÷S1；

伸出耗时T1＝L1÷V1＝L1×S1÷Q；

输出推力F1＝P×S1；

而驱动流体站的输出流体量M1＝L1×S1。

工作模式二，主压模式；当所述主活塞杆202需要输出更大的推力时，即切换至本工作模式二；

所述快速推进腔401的所述快速推进接口501保持封闭，保持住所述快速推进腔401内的流体介质；

所述回程腔403通过所述回程接口503与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔402通过所述主压流体入口502与所述驱动流体站相通，注入驱动流体。

驱动流体直接注入所述主压腔402内，对所述主活塞201、及所述副活塞301同时施加推力。

由于所述快速推进腔401保持封闭，当所述快速推进腔401内的流体介质为液体时，所述快速推进腔401的进一步压缩空间几乎没有，故所述副活塞301将保持在工作模式一结束时的位置。

而当所述快速推进腔401内的流体介质为气体时，由于气体具有较强的体积可压缩性，故所述快速推进腔401会受所述主压腔402的压力影响，发生压缩，直至平衡，故所述副活塞301会相对工作模式一结束时的位置略向后偏移。此处不展开分析该过程。

随着所述主压腔402内注入所述驱动流体，所述主活塞201受力带着所述主活塞杆202 继续向前移动，前移距离为L2；故主压模式的工作模式二中，所述主活塞杆202的输出参数为：

运行速度V2＝Q÷S2；

伸出耗时T2＝L2÷V2＝L2×S2÷Q；

输出推力F2＝P×S2；

而驱动流体站的输出流体量M2＝L2×S2。

综上所述，本发明的节能增效直线驱动缸，不考虑工作模式一与工作模式二之间的切换时间，整个所述主活塞杆202的伸出耗时为T：

T＝T1+T2＝L1×S1÷Q+L2×S2÷Q；

而驱动流体站总的流体输出量为M：

M＝M1+M2＝L1×S1+L2×S2。

如采用现有的直线驱动缸：活塞杆的伸出速度V`＝Q÷S2；

整个活塞杆的伸出耗时T`＝(L1+L2)÷V`＝L1×S2÷Q+L2×S2÷Q；

而驱动流体站总的流体输出量M`＝L1×S2+L2×S2。

本发明的节能增效直线驱动缸，相对于现有的直线驱动缸，

节约伸出耗时ΔT＝T`-T＝L1×S2÷Q-L1×S1÷Q＝L1×(S2-S1)÷Q；

节约注入的驱动流体用量ΔM＝M`-M＝L1×S2-L1×S1＝L1×(S2-S1)；

即当快速伸出模式的工作模式一(无功或低功行程)中移动距离L1越长，快速推进腔4 01的有效流体推动面积S1越小，则相应的节约的伸出耗时越多，而节约注入的驱动流体用量也越多，本发明的节能增效直线驱动缸的节能、增效的效果越明显。

上述过程中，本发明的节能增效直线驱动缸的2个工作过程所接的驱动流体站相同；但为了进一步提高效率，由于快速伸出模式的工作模式一中一般对工作推力的需求较低，甚至仅为空行程，故可采用大输出流量、低输出压强的第一驱动流体站，接入所述快速推进腔40 1，进行工作模式一的快速推动输出。当进入到主压模式的工作模式二时，由于需要较大的工作推力，故可采用高压输出的第二驱动流体站，接入所述主压腔402，进行工作模式二的大推力输出。通过配置2台不同输出性能的驱动流体站，可以进一步提高工作效率，并有望降低驱动流体站的综合能耗，以及采购配置成本，及维护成本(2台驱动流体站交替工作，空歇时间更长，散热时间更多，使用寿命能得到相应的延长)。

本发明的节能增效直线驱动缸，当每次工作模式一的L1距离固定时，则所述主压腔402 在所述主缸体101上的起始位置也是固定的，则所述主压流体入口502可采用设置方式Ⅰ的方式，在所述主缸体101上设置第一主压流体接口。

本发明的直线驱动缸使用时，在工作模式一过度到工作模式二时，如果所述副活塞 301与所述主活塞201之间的所述主压腔402过小，甚至完全没有时，往往会影响后续的主压过程的主推力F2的产生，故在工作模式一开始，或过程中，所需的工作推力较小时(即工作阻力较小)，可设置活塞分离过程，使所述主压流体入口502与驱动流体站短暂相通，注入驱动流体，形成主压腔402。或者，在所述副活塞301与所述主活塞201之间设有支撑物(该支撑物可以是凸起的环面、或凸起的柱体、甚至凸起的纹路；支撑物可通过铣加工的形式，去除活塞端面上的料而形成；支撑物也可以通过在活塞端面上安装凸起物形成)，使两者起码保持一定距离的分离，从而始终存在所述主压腔402。

即如图7所示，所述副活塞301的端部设有凹陷，形成预留主压腔406，所述预留主压腔406的外围形成支撑体，当所述主压流体入口502敞开时，所述预留主压腔406外围的支撑体可抵在所述主活塞201上，从而直接推动所述主活塞201；所述主压流体入口502优选的采用设置方式Ⅲ，所述副活塞301、所述副活塞杆302内设置第三主压流体通道作为所述主压流体入口502；此时，所述预留主压腔406与所述主活塞201的接触面的面积S4，大于等于所述快速推进腔3的横截面积S1。

进一步的，基于上述实施方式，凹陷还可以设置在所述主活塞201的端部；所述凹陷可以不完全位于活塞的中间，如偏向一侧；所述凹陷也可以不完全以圆形凹陷的形式存在，如矩形、椭圆形、甚至不规则形状；所述凹陷还可与所述主缸体101的内壁相贯通，从而使所述主压流体入口502以设置方式Ⅰ进行设置，即在所述主缸体101上设置第一主压流体接口，通过第一主压流体接口向凹陷的预留主压腔406内注入驱动流体。

即当本发明的直线驱动缸应用在液压打包机(中国专利公开号为CN1765617A的卧式液压全自动打包机)等输出压力要求连续递增的领域时，本发明的直线驱动缸先运行在工作模式一的快速伸出过程，由所述副活塞301通过所述预留主压腔406外围的支撑体推动所述主活塞201向前运动；在工作模式一过度到工作模式二时，驱动流体直接通过第三主压流体通道的所述主压流体入口502，注入到所述预留主压腔406内，此时由于S4≥S1，也将在瞬时产生不小于工作模式一快速伸出过程中的输出推力F1，使所述主活塞201可直接被推动，一旦推开即形成所述主压腔402，输出的推力也提高到F2，进入工作模式二的主压过程。

上述过程所述主压流体入口502优选的采用设置方式Ⅲ(第三主压流体通道)，即可确保驱动流体能够顺利的进入到所述预留主压腔406内，又能使所述主活塞201侧主压腔402 的面积最大。

本发明的节能增效直线驱动缸，可作为液压驱动缸，应用在龙门剪(代替中国专利公开号为CN205362819U的液压同步龙门剪内的主压油缸(2)、同步油缸(3)等应用)、液压打包机(代替中国专利公开号为CN110281566A的一种液压打包机内的门盖油缸(21)、主压油缸(301)、特别是侧压油缸(41)等应用)、液压破碎机(代替中国专利公开号为CN107008560A的钢筋混凝土梁预破碎装置内的捣料油缸(1)等应用)、金属屑压块机(代替中国专利公开号为CN202011169U的卧式金属屑压块机用的挤压成型模内的主压缸(2)等应用)、液压锻造机内。

上述过程，快速伸出模式的工作模式一、与主压模式的工作模式二，并不表明本发明的节能增效直线驱动缸的先后顺序工作过程，可根据具体的设备使用需求，合理调配设置快速伸出模式、及主压模式，2个工作过程甚至可以交替进行，如以“工作模式一/工作模式二/ 工作模式一”，“工作模式二/工作模式一/工作模式二”，“工作模式一/工作模式二/工作模式一 /工作模式二”等形式交替运行。

本发明的节能增效直线驱动缸，当所述主活塞杆202伸出工作完毕后，需要缩回，恢复到初始位置，此时可以进入到工作模式三，复位模式；

所述快速推进腔401通过所述快速推进接口501与流体回路相通，或敞开；

所述主压腔402通过所述主压流体入口502与流体回路相通，或敞开；

所述回程腔403通过所述回程接口503与所述驱动流体站相通，注入驱动流体。

驱动流体直接注入所述回程腔403内，对所述主活塞201施加推力，使其带动所述主活塞杆202缩回；在此过程中，所述快速推进腔401、所述主压腔402内的流体介质排出，所述副活塞301、及所述副活塞杆302随着回退复位。

本发明的节能增效直线驱动缸的复位模式的工作模式三，与现有的直线驱动缸性能一致。

本发明的节能增效直线驱动缸的实施方式一中，由于所述副活塞杆302也位于所述主缸体101外，故实施方式一下的本发明的节能增效直线驱动缸还可作为双向输出的直线驱动缸进行使用。如图2所示，当需要快速伸出模式时，则通过所述快速推进接口501向所述快速推进腔401内注入驱动流体，或通过所述回程接口503向所述回程腔403注入驱动流体，而所述主压腔402保持封闭或尺寸固定。当需要主压模式时，则封闭远离伸出活塞杆方向的接口，敞开另一个接口；即当需要所述主活塞杆202进行主压输出时，封闭所述快速推进接口501，开启所述回程接口503；所述副活塞杆302进行主压输出时，封闭所述回程接口503，开启所述快速推进接口501；此时，再向所述主压流体入口502内注入驱动流体即可。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不仅限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。