气缸

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月5日提交的第62/943,898号美国临时申请和于2020年3月16日提交的第62/990,371号美国临时申请的优先权，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及气缸，并且更具体地涉及一种其活塞杆具有至少三个位置的气缸。

背景技术

先前已知一种三位置气缸或空气缸组件，其呈两个分开的相对的气缸的形式，每个气缸具有附接到活塞的活塞杆，并提供两个活塞杆完全缩回的第一位置、一个活塞杆完全缩回而另一个活塞杆完全伸出的中间位置以及两个活塞杆完全伸出的完全伸出位置。如果活塞杆具有不同的冲程长度，则这些背对背的气缸也可以提供两个中间位置。对于这些背对背的气缸，气缸壳体可以相对于固定的参考点移动。三位置气缸的另一种形式是已知的，其具有串联的第一气缸和第二气缸，并且每个气缸具有附接到活塞的活塞杆，其中第一气缸的第一活塞杆延伸到壳体中并且延伸到第二气缸的管状第二活塞杆中，并且能与第二活塞接合。利用这种串联布置，第一活塞杆和第二活塞杆都可以处于完全缩回的第一位置，第二管状活塞杆可以移动到部分伸出位置以提供第二中间冲程位置，并且在第三完全伸出位置，第一活塞和杆以及第二活塞和杆都处于其完全伸出位置。

发明内容

在至少一些形式中，一种气缸可以包括具有相对的端的第一管；第一气缸盖，所述第一气缸盖接合所述第一管的一端并具有与所述第一管连通的第一端口；中间连接器，所述中间连接器接合所述第一管的另一端并具有与所述第一管连通的第二端口；具有相对的端的第二管，所述第二管的一端接合所述中间连接器并与所述中间连接器的所述第二端口连通；第二气缸盖，所述第二气缸盖接合所述第二管的另一端并具有与所述第二管连通的第三端口；第一活塞，所述第一活塞可滑动地接收在所述第一管中，并能在邻近所述中间连接器的缩回位置与跟所述中间连接器间隔开并邻近所述第一气缸盖的伸出位置之间移动；第二活塞，所述第二活塞可滑动地接收在所述第二管中，并能在邻近所述第二气缸盖的完全缩回位置与邻近所述中间连接器的完全伸出位置之间移动；活塞杆，所述活塞杆连接到第二活塞以与其一起移动，并大致轴向地延伸穿过所述第二管、中间连接器、第一管、第一活塞和第一气缸盖以延伸到所述第一气缸盖的外部；和推杆，所述推杆由所述活塞杆或所述第二活塞中的至少一者或两者承载，以与所述第二活塞一致地移动，并且所述推杆的一部分配置成：当所述第二活塞处于其完全缩回位置时，所述推杆的一部分与所述第一活塞间隔开，配置成：当所述第二活塞已经将所述活塞杆移动到其中所述第二活塞处于其完全缩回位置与完全伸出位置之间的离散中间位置时，，所述推杆的一部分被移动以支承在处于其缩回位置的所述第一活塞上，并且配置成：当所述第二活塞将所述活塞杆移动到所述第二活塞和所述活塞杆的所述完全伸出位置时，所述推杆将所述第一活塞至少朝向其伸出位置移动。

在至少一些形式中，所述气缸可以包括与所述第一端口连通的密封室、与所述第二端口连通的密封室和与所述第三端口连通的密封室中的一者或多者。

在所述气缸的至少一些形式中，可以将所述活塞杆从其缩回、伸出或离散中间位置中的任何一个位置移动到这些位置中的任何其他位置。在至少一些形式中，通过经由所述第一端口施加第一压力的压缩气体并经由所述第三端口施加足够低的第二压力的压缩气体，同时允许所述第二端口排气，可以将所述活塞杆移动到其离散中间位置。在至少一些形式中，通过向所述第二端口施加压缩气体同时允许所述第三端口排气，可以将所述活塞杆从其中间位置移动到其缩回位置。在至少一些形式中，通过经由所述第一端口施加第一压力的压缩气体并经由所述第二端口施加足够低压力的压缩气体同时允许所述第三端口排气，可以将所述活塞杆从其中间位置移动到其完全缩回位置。在至少一些形式中，通过经由所述第三端口施加压缩气体同时允许所述第一和第二端口排气，可以将所述活塞杆从其离散中间位置移动到其完全伸出位置。在至少一些形式中，通过经由所述第三端口施加压缩气体同时允许所述第一和第二端口排气，可以将所述活塞杆从其完全缩回位置移动到其完全伸出位置。

在至少一些形式中，所述气缸可以包括缓冲所述第一活塞移动到其伸出位置的移动的缓冲组件和/或缓冲所述第一活塞移动到其完全缩回位置的移动的缓冲组件。至少一些形式可以包括缓冲所述第二活塞朝向其中间位置的移动的缓冲组件和/或缓冲所述第二活塞朝向其完全伸出位置的移动的缓冲组件和/或缓冲所述第二活塞朝向其完全缩回位的置移动的缓冲组件。在至少一些形式中，所述缓冲组件可以包括密封室和控制来自所述密封室的压缩气体的流速的控制阀。

附图说明

将参照附图阐述优选实施例和最佳模式的以下详细描述，其中：

图1是体现本发明的三位置气缸的透视图；

图2是图1的气缸的前端视图；

图3是沿图2中的线3-3截取的气缸的放大全剖面视图；

图4是沿图2中的线4-4截取的放大剖面视图；

图5是其活塞杆处于其完全缩回位置的气缸的稍微示意性的剖面视图；

图6是其活塞杆处于其离散中间位置的气缸的稍微示意性的剖面视图；

图7是其活塞杆处于完全伸出位置的气缸的稍微示意性的剖面视图；

图8是具有活塞移动缓冲的体现本发明的三位置气缸的侧视图；

图9是图8的气缸的端视图；

图10是沿图9中的线10-10截取的剖面视图；

图11是沿图8中的线11-11截取的局部放大剖面视图；

图12是沿图8中的线12-12截取的局部放大剖面视图；

图13是沿图8中的线13-13截取的局部放大剖面视图；和

图14是沿图8中的线14-14截取的局部放大剖面视图。

具体实施方式

更详细地参考附图，图1示出了三位置气缸10，其具有第一前气缸盖12、第二后气缸盖14、中间连接器16、接收在前气缸盖与连接器之间并支承在前气缸盖和连接器上的第一圆柱形管18，以及接收在连接器与后气缸盖14之间并支承在连接器和后气缸盖14上的第二圆柱形管20。所有这些部件都可以通过至少两个，最好是四个系杆22保持在组件中。如图4所示，每个系杆延伸穿过贯穿中间连接器的孔24，并且被固定在气缸盖12和14中并通过螺纹紧固件26被置于张紧状态，该螺纹紧固件26接合邻近每个系杆的每个端的互补螺纹28并且被接收在相关气缸盖中的沉孔30和32中并且支承在气缸盖的肩部34上。每个紧固件可以具有六边形插座36，以便于紧固件的旋转，从而接合和脱离与其相关联的系杆的互补螺纹部分。

如图3所示，气缸可以具有：第一浮动活塞40，其可滑动地接收在第一管18中；活塞杆42，在其一端附近，被附接到可滑动地接收在第二管20中的第二活塞44，该活塞杆延伸穿过中间连接器16、第一活塞40和前气缸盖12中的孔46。第一活塞和活塞杆能彼此相对移动。

可以通过被接收在前气缸盖的凹槽50中并接合该第一圆柱形管和前气缸盖的环形周向连续密封件48，在第一圆柱形管18与前气缸盖12之间提供密封。这个密封可以具有环形径向延伸部分52，环形径向延伸部分52与第一活塞40的相邻面重叠，以在第一活塞移动到图7所示的邻近前气缸盖的伸出位置时提供缓冲。通过接收在该前气缸盖的一端的沉孔56中的周向连续密封件54，可以提供活塞杆与前气缸盖之间的密封。理想的是，这个密封可以具有接合活塞杆和前气缸盖的大致轴向间隔开的部分唇缘58和60。前气缸盖可以具有第一端口62，该第一端口62通过前气缸盖中通向第一管的沉孔64和65与第一管18的内部和第一活塞40的相邻面连通。理想的是，呈对开环形环(split annular ring)形式的至少一个、优选两个轴承66可以环绕活塞杆42，并被接收在前气缸盖的孔68中。

可以通过接收在凹槽72中的环形密封环70，在后气缸盖14与第二管20之间提供密封，并且所述密封可以包括向管内径向延伸的环形部分74，当第二活塞44返回到其如图3和图5所示的完全缩回位置时，环形部分74可以为第二活塞44提供缓冲。

第二活塞44可以具有中心孔76，该中心孔76被接收在支承在肩部80上的活塞杆的直径减小部分78上，并通过紧固件82被固定到活塞杆，该紧固件82螺纹接合活塞杆42并支承在该活塞上。紧固件82可以具有六角形插座84，以便于紧固件与活塞杆的附接。第二活塞可以具有两个周向连续密封件86，每个密封件被接收在活塞中的凹槽88中，并且接合该活塞和第二管，以在它们之间提供密封。每个密封件可以具有两个环形唇缘90，在两个环形唇缘之间具有凹槽，其中一个唇缘接合活塞，而另一个唇缘接合第二管，以在活塞和第二管之间提供密封。这两个密封件86可以面向大致轴向相反的方向，从而共同在该活塞与第二管之间提供气密密封，而不管该活塞的哪一侧受到诸如空气等的加压气体的作用。环形对开环轴承94可以被接收在第二活塞中的在密封件86之间的周向连续凹槽中，并可滑动地接合第二管的内圆柱形表面。后气缸盖可以具有与通向第二管的一端的盲通道98连通的第三端口96。通道98可以与活塞杆42同轴，并且具有足够的直径，以便当第二活塞44处于其邻近后气缸盖的完全缩回位置时，在紧固件82周围提供间隙。

套筒100被可滑动地接收在活塞杆42上，并且在其一端附近，被夹在并固定在活塞杆的肩部102与第二活塞中的环形凹槽104之间。套筒可以配置成延伸穿过中间连接器16的孔46，在套筒和孔之间具有间隙，并且当活塞杆处于如图6和图7所示的中间位置和完全伸出位置时，套筒的自由端106能与第一活塞40的相邻面接合。如果需要，套筒可以为活塞或活塞杆的均匀整体部分，而非接收在杆上的分离套筒。

中间连接器16可以通过O形环108密封到第一管的相邻部分和第二管的相邻部分，O形环108被接收在中间连接器中的周向连续凹槽中，并且分别接合第一管和第二管以及这个连接器。这个连接器可以具有通过其孔46与第一和第二圆柱形管18和20连通的第二端口110。为了在浮动第一活塞与第一圆柱形管之间提供密封，周向连续密封件112可以被接收在该第一活塞的环形凹槽中，并且可以具有两个环形唇缘114，其中一个唇缘压在这个活塞上，而另一个唇缘压在第一管的内圆柱形表面上。如果需要，可以在第一管与该浮动活塞之间提供另一密封，诸如通过接收在该活塞外周边的圆周连续凹槽中的O形环116。浮动第一活塞与活塞杆之间的密封可以通过周向连续密封件117提供，该周向连续密封件117被接收在该第一活塞的环形凹槽中，并且可以具有两个环形唇缘，其中一个唇缘压在该活塞上，而另一个唇缘压在活塞杆上。也可以在活塞杆与这个活塞之间提供合适的密封，诸如通过O形环118或类似物，该O形环118或类似物被接收在活塞中的周向连续凹槽中并且径向向内通向活塞杆。

在一些应用中，浮动活塞可以由诸如尼龙等的塑料材料制成。在其他应用中，这个活塞可以由诸如钢等的金属制成，并且可以具有被接收在其外径和内径的凹槽中的对开轴承。

在气缸的使用中，通过将压缩气体(典型地为压缩空气)施加到后气缸盖的端口96，同时允许中间连接器16和前气缸盖12的端口110和62排气以将第二活塞44和活塞杆42移动到其完全伸出位置，活塞杆42可以从图5所示的其完全缩回位置移动到图7所示的其完全伸出位置。当它们向完全伸出位置移动时，套筒100的自由端106穿过中间连接器16，并压在前活塞40上，以将这个活塞从其缩回位置移动到其伸出位置，该伸出位置紧邻前气缸盖12，并理想地压在密封件48的缓冲部分52上。通过向第一端口62施加压缩气体，该压缩气体的压力足够地高于第二管中的压缩气体(将通过第三端口96供应)的压力，以将第一活塞40移动成与中间连接器16接合并支承在套筒100上，以将活塞杆40、套筒和第二活塞44移动到图6所示的离散中间位置，同时允许中间连接器16中的端口110排气，可以将活塞杆从图7所示的完全伸出位置移动到图6所示的离散中间位置。在第二管中的且典型地在后气缸盖中的第三端口96处的压缩气体的压力可以被维持，以确保第二活塞以及因此活塞杆不会从图6所示的离散中间位置进一步缩回，在该离散中间位置中，推杆套筒100继续支承在前活塞40上。通过经由连接器的第二端口110向第二活塞44施加压缩气体，同时允许第三后部端口96排气，第二活塞44以及活塞杆42可以从这个离散中间位置返回到图5所示的完全缩回位置。在活塞杆和第二活塞进一步缩回至其完全缩回位置期间，第一端口62可以继续被加压，以将第一活塞40保持在压在中间连接器上的其缩回位置。技术人员将理解，如果需要，活塞杆和第二活塞可以从中间位置返回到其完全缩回位置，而不保持第一端口62上的压力，并且这将导致第一活塞40移动到其完全伸出位置。

如果需要，通过顺序地首先向第一气缸盖12的第一端口62施加压缩气体，以将浮动第一活塞40保持在与中间连接器16接合的其缩回位置，然后向后气缸盖14的第三端口96施加较低压力的压缩气体，同时允许中间连接器的第二端口110排气，而不将第一活塞40从连接器脱离，可以将活塞杆42和第二活塞44从图5所示的其完全缩回位置直接移动到图6所示的其离散中间位置(无需首先移动到完全伸出位置)。当处于这个离散中间位置时，较高压力的压缩气体被保持为流过第一端口62并作用在第一活塞40上，以保持其与中间连接器接合，而来自第三端口96的较低压力的压缩气体作用在第二活塞44上，以保持推杆套筒100的自由端106与第一活塞接合。通过允许第一端口62排气，同时继续允许中间连接器的第二端口110排气，可以将活塞杆42和第二活塞从这个中间位置移动到其完全伸出位置。

图8-14示出了气动三位置气缸10’，它为气缸10增加了活塞冲程的缓冲。因此，与气缸10的部件相同或基本上相同的气缸10’的部件将用相同的附图标记或带撇号(’)的相同附图标记表示，并且不再重复对这些部件的描述。

如果需要，第一活塞40’向其完全伸出位置的移动可以通过缓冲组件120缓冲。如图10和图11所示，这个缓冲组件可以具有：管状套筒122，附接到活塞40’或与其成一体以与其一起移动；密封件124，被接收在第一气缸盖12’中的凹部64中；以及可调节流速控制阀组件126，该可调节流速控制阀组件126至少在活塞40’接近其完全伸出位置时，控制诸如空气等的压缩气体到端口62的流速。套筒122可以可滑动地接收活塞杆42，并且可以具有外部圆柱形连续表面部分128，该表面部分128当第一活塞朝向其完全伸出位置前进时可以接合密封件。当活塞40’处于其完全缩回位置时，套筒的自由端130可以与密封件124轴向间隔开，并且可以被斜切以便于套筒进入密封件。在活塞40’向其伸出位置移动的至少一部分期间，套筒表面128与密封件接合，以在它们之间提供气密密封，从而在活塞40’与前气缸盖12’之间提供室132，压缩空气仅可以从这个室132通过控制阀组件126流向端口62，以缓冲活塞40’向其完全伸出位置的移动。这个阀组件126可以具有与这个室连通的入口通道134、与端口62连通的出口通道136以及第一气缸盖12’中的阀座138。这个阀组件可以具有阀杆140，阀杆140具有在其一端附近的阀头或阀尖142，该阀头或阀尖142能与阀座138接合，并被接收在气缸盖12’的孔144中，该孔144具有螺纹部分146，该螺纹部分146能与阀杆上的互补螺纹接合，以通过阀杆的旋转相对于阀座缩回和推进阀头。在另一端处，阀杆可以具有配置为接收用于手动旋转阀杆的工具(诸如螺丝刀)的非圆形的凹部(诸如狭槽148)。诸如o形环150等的密封件可以被接收在阀杆中的凹槽152中，并接合沉孔154，以在阀杆与第一气缸盖12’之间提供气密密封。为了防止阀杆从第一气缸盖意外脱离，卡环156可以被接收在第一气缸盖12’的凹槽158中，并与杆的相邻部分重叠。

如果需要，浮动活塞40’的返回行程可以通过缓冲组件160缓冲。如图10和图12所示，这个缓冲组件160可以具有：套筒162，其附接到活塞40’或优选与活塞40’成一体以与其一起移动；密封件164，其被接收在中间连接器16’中的凹槽166中；以及流速控制阀组件168。在活塞40’的返回冲程的至少一部分期间，套筒接合密封件164，以在它们之间提供气密密封，从而在活塞40’与中间连接器16’之间提供室，该室可以仅通过流速控制阀组件168与端口110连通。这个阀组件可以具有与这个室连通的入口通道172、通过孔46与端口110连通的出口通道174以及在中间连接器中的阀座138。阀杆140和阀座138可以具有与第一流速控制阀组件126相同的结构、布置和功能，因此其描述通过引用结合于此并且将不再重复。

如果需要，当第二活塞44移动到其中间位置时，它可以通过缓冲组件180缓冲。如图10和图13所示，这个缓冲组件可包括附接到第二活塞44的套筒100’，其圆柱形表面部分182能与接收在中间连接器16’中的凹槽186中的密封件184和流速控制阀组件188接合。当套筒100’的圆柱形表面182前进到与密封件密封接合时，它们可以在第二活塞44与中间连接器16’之间提供室，室仅通过流速控制阀组件188与第二端口110连通。这个阀组件可以具有与这个室连通的入口通道192、通过孔46与第二端口110连通的出口通道194以及在中间连接器中的阀座138。可调节流速控制阀组件188可以具有与控制阀组件126相同的结构和布置，其描述通过引用结合于此并且不再重复。理想地，在轴向地位于表面部分182的两端之外的位置处，套筒具有较小的外径部分，使得它们不接合密封件184，因此不提供任何室。

如果需要，第二活塞44从其完全伸出位置或中间位置返回到其完全缩回位置可以通过缓冲组件200缓冲。如图10和图14所示，这个缓冲组件可以具有：管状套筒202，其附接到活塞与其一起移动；密封件204，其被接收在后气缸盖14’的凹部206中；以及可调节流速控制阀组件208。套筒可以被接收在第二活塞中的沉孔210中，并且通过与阀杆上的互补螺纹接合的螺母82而附接到这个活塞，以便与其一起移动。这个套筒可以具有锥形自由端和外圆柱形表面部分212，当与密封件密封接合时，外圆柱形表面部分212可以在第二活塞44与后气缸盖14’之间提供室，室可仅通过可调节流速控制阀组件208与端口96连通。如图14所示，这个阀组件可以具有与这个室连通的入口通道214、与端口96连通的出口通道216和在后气缸盖14’中的阀座138。这个控制阀组件208可以具有与具有阀杆140和阀座138的阀组件126相同的构造和布置，其描述通过引用结合于此并且将不再重复。

三位置气缸10’可以通过其活塞杆42和第二活塞44的完全缩回位置、完全伸出位置以及离散中间位置，以与气缸10基本相同的方式和方法操作和起作用。该三位置气缸10’的浮动活塞40’也以与气缸10的浮动活塞40基本相同的方式和方法操作和起作用。因此，这种基本操作的描述通过引用结合于此并且将不再重复。气缸10’可以由一个、多于一个或全部四个缓冲组件构成，每个缓冲组件可以独立于其他缓冲组件操作，并且每个组件的控制阀的流速可以独立地调节以及设定。

在第一控制组件120的操作中，随着浮动活塞40’向其完全伸出位置前进，其套筒122密封地接合密封件124，以提供室，来自室的压缩空气仅通过控制阀组件126流到端口62，以在活塞40’移动到其完全伸出位置时缓冲活塞40’。在缓冲开始之前，通过改变套筒122的轴向长度并且因此改变该套筒122开始提供与密封件的密封接合的点，可以改变浮动活塞40’前进的程度。在第二缓冲组件160的操作中，随着浮动活塞40’从其伸出位置移动到其完全缩回位置，其套筒162与密封件164密封地接合，以提供室，当浮动活塞40’移动到其完全缩回位置并支承在中间连接器16’上时，(来自这个室的)压缩空气仅通过控制阀组件168流到端口110。

在第三缓冲组件180的操作中，随着第二活塞44从其缩回位置移动到其离散中间位置，当其相关联的套筒100’移动到与密封件184密封接合时，它们提供了室，所述室仅通过可调节流速控制阀组件188与端口110连通。如果并且随着第二活塞从其中间位置向其完全伸出位置进一步前进，这个缓冲组件180可以继续缓冲这个进一步前进的移动，因为套筒100’继续与密封件184密封接合，并且如果气缸10’同时具有这个第二缓冲组件和第一缓冲组件120，则如果浮动活塞40’被第二活塞从其缩回位置移动到其伸出位置，第一缓冲组件也可以操作以进一步缓冲第二活塞44。在缓冲组件200的操作中，随着第二活塞44(从其完全伸出位置或中间位置)向其缩回位置移动，当其套筒202密封地接合密封件204时，它们提供了室，所述室仅通过流速控制阀组件208与端口96连通以缓冲第二活塞44。

这些缸10和10’具有显著的实际优点，即仅使用压缩气体的压差就可以实现活塞杆的三个离散的或确定的位置，而无需或不需要对活塞杆和/或第二活塞进行任何位置感测，通过将第二主活塞从其完全缩回位置部分地伸出或者将第二主活塞从其完全伸出位置缩回，即可将活塞杆移动到离散中间位置，并且活塞杆可以在气缸的每个循环中移动到离散中间位置，或者如果需要，仅在需要或必要时在一些循环中移动到离散中间位置。可以将所述活塞杆从其缩回位置、伸出位置或离散中间位置中的任何一个位置直接移动到这样的位置中的任何其他位置。通过简单地改变第一管和第二管、推杆和活塞杆的轴向长度，以提供活塞杆从其完全缩回位置到其完全伸出位置的期望冲程长度，以及活塞杆从其完全缩回位置到其离散中间位置或从其完全伸出位置到其离散中间位置的冲程长度，这些缸可以容易地适应宽范围的活塞杆全冲程和宽范围离散中间冲程位置。这些气缸也可以适应许多不同的气缸筒和活塞直径或尺寸。

虽然本文公开的本发明的形式构成了目前优选的实施例，但是许多其他形式也是可能的。例如，本领域技术人员将会理解，如果第一活塞和第一管的直径被制成充分大于第二活塞和第二管的直径，以产生比第二活塞在其推杆套筒与第一活塞接合时的力更大的力，该力在活塞杆处于离散中间位置时将第一活塞与中间连接器接合，则气缸可以构造成以施加到两个管的压缩气体的相同的压力操作。本文并不打算提及本发明所有可能的等效形式或衍生形式。应当理解，本文使用的术语仅仅是描述性的，而不是限制性的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。