一种气液增压恒力弹性装置及其工作方法与流程

本发明涉及的气液增压恒力装置，特别是涉及应用于恒力装置的一种气液增压恒力弹性装置及其工作方法。

背景技术：

1、在机械传动和自动化控制领域，经常需要使用恒力装置来提供稳定的输出力或压力，以满足精密装配、压力测试、压力控制等工艺要求。现有技术中，气缸和弹簧是实现恒力输出的常用方式，但它们各自存在一些局限性。

2、中国发明专利cn115929724公开了一种具有被动阻尼器的低摩擦恒力气缸，通过在气浮活塞下端设置永磁体和铁片构成的被动阻尼器，利用活塞运动时产生的洛伦兹力来减小恒力气缸在平衡位置时的振动，使活塞运动平稳，保持气缸压力恒定。该发明虽然提高了对负载位置和力的控制精度，但结构较为复杂，增加了制造和装配成本。而且该发明主要针对恒力气缸的振动问题，对于恒力输出范围和调节精度的改进效果有限。

3、中国发明专利cn102705290公开了一种低重力缓冲恒力气缸，通过在气缸内设置调节螺栓、滑块、弹簧、金属垫片等元件，利用弹簧的压缩变形来适应低重力环境下的恒力输出。该发明结构简单，易于操作维护，但其恒力调节范围和精度受到弹簧性能的限制，难以满足大范围、高精度的恒力输出需求。此外，该发明主要针对低重力环境，在一般重力环境下的适用性有待进一步验证。

4、综上所述，现有的恒力装置在结构复杂性、恒力调节范围和精度、适用环境等方面还存在一些不足，难以完全满足日益提高的工业生产和科研试验要求。因此，需要开发一种结构简单、输出范围大、调节精度高、环境适应性强的恒力装置。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种气液增压恒力弹性装置及其工作方法，采用气液耦合原理，利用气压与液压的相互转换，实现大范围、高精度、多模式的恒力输出，同时具有结构简单、体积小、重量轻、环境适应性强等优点，可广泛应用于机械传动、自动化控制、精密测试等领域，提高生产效率和产品质量，降低能源消耗和生产成本。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种气液增压恒力弹性装置及其工作方法，包括气缸上盖，气缸上盖底端固定连接有气缸缸筒，气缸缸筒底端固定连接有气缸下盖，气缸下盖底端固定连接有储油筒，储油筒底端固定连接有连接油管，连接油管远离储油筒一端固定连接有执行油缸，执行油缸内滑动连接有执行杆，执行杆顶端向上贯穿执行油缸并延伸至执行油缸上侧，气缸缸筒内滑动连接有恒力活塞，恒力活塞底端固定连接有恒力杆，恒力杆底端贯穿气缸下盖并延伸至储油筒内，气缸上盖外端固定连接有气管，气管远离气缸上盖一端固定连接有缓存储气罐，缓存储气罐上固定连接有调压阀，气管上固定连接有溢流阀，储油筒上固定连接有压力表。

3、作为本技术的进一步改进，储油筒、连接油管和执行油缸相连通，储油筒内填充有液压油，气缸下盖上开设有呼吸通道，执行杆顶端可选择性的安装自锁升降机构。

4、作为本技术的再进一步改进，呼吸通道一端沿气缸下盖轴线方向向上贯穿气缸下盖顶端，另一端沿与气缸下盖轴线垂直的方向向外贯穿气缸下盖外端，执行油缸底端可选择性的安装工具。

5、作为本技术的更进一步改进，气管上设有快速接头,溢流阀与缓存储气罐之间设有单向阀,气缸上盖底端固定连接有压力传感器，且压力传感器位于气缸缸筒内，气缸上盖和气缸缸筒可选择性的用电缸替换。

6、作为本技术的又一种改进，恒力活塞采用双层结构,包括大直径活塞和小直径活塞,恒力杆表面经镀铬处理,并设有位移传感器。

7、作为本技术的又一种改进的补充，储油筒上设有液位计,连接油管上设有高压过滤器和安全阀,连接油管为金属编织软管。

8、作为本技术的又一种改进的补充，还包括控制系统,控制系统通过压力传感器、位移传感器和液位计实时监测系统状态,并通过plc或工控机实现对调压阀、溢流阀和安全阀的自动控制。

9、作为本技术的再一种改进，控制系统具有恒力模式和位置控制模式,并通过上位机软件实现参数设置、状态显示和故障诊断，气缸上盖、气缸缸筒、气缸下盖、储油筒、执行油缸和执行杆为标准化模块采用标准化接口连接,且具有多种规格可选，气缸缸筒和执行油缸采用高强度铝合金或碳纤维复合材料制作,恒力杆和储油筒采用经调质处理的高强度合金钢制作。

10、包括以下步骤；

11、s1、恒压恒力；

12、执行杆受到的压力增大时，执行杆向下行走执行油缸内的液压油被挤进储油筒，随着压力增大液压油将恒力杆往上顶；

13、执行杆受到的压力减小时，恒力活塞和恒力杆在气缸缸筒内气压的作用下向下行走，恒力杆挤压储油筒内的液压油将液压油挤入执行油缸内，使执行杆向上行走，在此过程中可通过调节溢流阀改变执行油缸受力大小；

14、s2、气液增压弹簧；

15、关闭溢流阀时，恒力活塞压回的空气存储在缓存储气罐内，储油筒内液压油的压力随着恒力杆的行程变化，在此过程中可通过调节调压阀改变执行油缸受力大小；

16、s3、电液增压；

17、用电缸将气缸上盖和气缸缸筒替换，之后通过电缸驱动恒力活塞移动，实现电液增压；

18、s4、气液增压；

19、在执行油缸底端安装工具，在执行杆顶端安装自锁升降机构，利用自锁升降机构将执行杆下压到下限位，之后可选择通过向气缸缸筒内充入压缩空气或运用步骤s3中的电缸对恒力活塞施加压力，此时执行油缸带动工具向下移动，实现增压作用。

20、综上所述，本技术具有以下有益效果：

21、1.实现了恒压恒力输出；通过气液耦合的方式,利用恒力活塞和恒力杆在气压作用下平衡执行油缸内的液压油压力,从而使执行杆能够在外力变化时自动调节,维持恒定的输出力，恒压恒力特性在许多需要精确力控制的场合下非常有用,如精密装配、防过载、压力测试等。

22、2.具有气液增压弹簧功能；通过关闭溢流阀,将恒力活塞压回的空气存储在缓存储气罐内,使储油筒内液压油的压力随着恒力杆的行程变化,实现了类似弹簧的压缩和恢复特性，气液增压弹簧功能可用于缓冲、减震、能量存储等领域,具有显著的实用价值。

23、3.可实现气液增压功能；执行杆下压到下限位后自锁,然后向缓存储气罐和气缸内加压,可使恒力活塞在气压作用下产生更大的推力,从而显著提高了装置的输出压力和力，气液增压功能使得装置能够在原有执行元件的基础上实现压力和力的倍增,此功能可作为气液增压缸使用，扩大了装置的应用范围。

24、4.可实现电液增压功能；将气缸更换为电缸，有电缸推动恒力杆，可实现电液增压增压功能，电液增压功能将电动控制与液压传动相结合,兼具了电控的灵活性和液压的大功率特点,提高了装置的智能化水平和控制性能。

25、5.具有模块化、标准化；将装置的各个关键部件如气缸、储油筒、执行油缸等设计为标准化模块,采用标准化接口连接,并提供多种规格可选,提高了装置的通用性、互换性和可维护性,降低了生产和使用成本。

26、6.采用了先进的材料和工艺；气缸和执行油缸采用高强度铝合金或碳纤维复合材料制作,恒力杆和储油筒采用经调质处理的高强度合金钢制作,关键部件经过表面处理和精密加工,从材料和工艺上保证了装置的高强度、轻量化和耐久性,延长了使用寿命。

27、7.配备了智能化的控制系统；利用压力传感器、位移传感器、液位计等实现了对系统状态的实时监测,通过plc或工控机实现了对各个阀件的自动控制,并提供恒力模式和位置控制模式,大大提高了装置的自动化程度和控制精度，同时,上位机软件的引入实现了参数设置、状态显示和故障诊断等人机交互功能,提高了装置的易用性和可维护性。