一种水下高可靠平衡式解锁气缸

1.本发明属于气动技术领域，更具体地，涉及一种水下高可靠平衡式解锁气缸。


背景技术：

2.气动系统的工作介质获取容易，且具有成本低，安全环保，便于集中供气和远距离输送等优点，因此广泛应用于现代工业的各个领域。气缸为气动系统执行元件。
3.目前，由于水下较为恶劣的环境因素，陆上使用的传统气缸无法在水下这种冲击频率高、冲击力大、外压较大且具有海洋生物干扰的环境中对负载进行可靠解锁。
4.因此，需要开发一种专门用于水下解锁的气缸来满足高可靠、抗冲击和耐高压的工作要求。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下高可靠平衡式解锁气缸，其目的在于，使得气缸在未通气时能够可靠锁紧，使其适用于要求耐高压、高可靠、抗冲击的水下场合。
6.为实现上述目的，本发明提出了一种水下高可靠平衡式解锁气缸，其包括缸体、活塞杆和弹簧，其中：
7.所述缸体两端分别设置有输出侧端盖、止动侧端盖；所述活塞杆轴向穿过所述缸体，活塞杆两端分别从输出侧端盖、止动侧端盖伸出，且活塞杆在止动侧端盖侧的端面安装有挡板；
8.所述活塞杆上设有与所述缸体间隙配合的活塞，该活塞靠近止动侧端盖一侧设置有定位凸台，且定位凸台与缸体、止动侧端盖间形成充气腔；所述弹簧位于所述缸体和活塞杆之间形成的弹簧腔内，且弹簧两端分别设置在所述活塞和输出侧端盖端面上；
9.使用时，通过弹簧提供的预紧力将定位凸台压紧在所述止动侧端盖上，实现锁紧；通过向充气腔充气，使气压力大于预紧力，活塞杆运动，实现解锁。
10.作为进一步优选的，所述止动侧端盖和输出侧端盖上均装配有刮泥器。
11.作为进一步优选的，所述止动侧端盖的内孔面沿轴向从外侧到缸体侧依次开设有五个环形槽，五个环形槽分别用于装配刮泥器、油杯、轴用密封圈、转接头、轴用密封圈，该转接头用于连接溢流孔。
12.作为进一步优选的，所述输出侧端盖的内孔面沿轴向从外侧到缸体侧依次开设有四个环形槽，四个环形槽分别用于装配刮泥器、轴用密封圈、转接头、轴用密封圈，该转接头用于连接溢流孔。
13.作为进一步优选的，所述缸体两端均连接有转接头，其中，靠近止动侧端盖的转接头为进气口，靠近输出侧端盖的转接头为出气口。
14.作为进一步优选的，所述活塞杆靠近输出侧端盖一侧的内部开设有直孔。
15.作为进一步优选的，所述活塞杆在止动侧端盖侧的端部外圆面开设有环形槽，该
环形槽用于安装所述挡板；所述止动侧端盖外端面套设有止动套筒，该止动套筒上设有橡胶缓冲垫。
16.作为进一步优选的，述活塞的圆柱面上开设有环形槽，该环形槽用于装配y型密封圈，以保证缸体内充气腔和弹簧腔之间的气密性。
17.作为进一步优选的，所述缸体与输出侧端盖、止动侧端盖分别呈间隙配合，以保证输出侧端盖和止动侧端盖与缸体顺利配合；所述活塞杆与输出侧端盖、止动侧端盖分别呈间隙配合，以保证活塞杆能相对输出侧端盖和止动侧端盖相对滑动。
18.作为进一步优选的，所述输出侧端盖和缸体相接触的圆柱面上装配有密封圈，所述止动侧端盖和缸体相接触的圆柱面上装配有密封圈。
19.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
20.1、本发明采用活塞杆两端均伸出的平衡式结构，以平衡海水外压，同时活塞杆仅有输出侧单侧做功，可节省复位所需要的高压，同时通过安装弹簧并设置预紧力，使得气缸在未通气时能够可靠锁紧，在冲击环境下也能够通过弹簧的预紧力进行抵消，抵抗在水下恶劣环境条件下加速度产生的冲击。本发明的水下解锁气缸结构简单、成本低、安全环保，满足在高压海水环境下耐高压、高可靠、抗冲击的工作要求。
21.2、在气缸两端最外侧安装了刮泥器，通过刮泥器去除水下污染物，防止海底生物及其它杂质的附着，导致活塞杆伸进伸出时造成气缸内部流道的堵塞，使活塞杆得以可靠动作。
22.3、考虑到活塞杆间隙可能带来的海水渗透，在端盖上开设了溢流孔，防止海水进入压力作用腔导致活塞杆卡死。此外，通过多组密封圈的设置保证气缸在水下高压工作时的气密性和水密性。
23.4、活塞杆靠近弹簧腔的端面开设有一定长度的直孔，用于减轻活塞杆的重量，从而减小活塞杆在运动中的惯性。
附图说明
24.图1为本发明实施例水下高可靠平衡式解锁气缸结构示意图；
25.图2(a)为本发明实施例气缸中缸体的左视图；
26.图2(b)为图2(a)中a-a面的剖视图；
27.图3(a)为本发明实施例气缸中活塞杆的主视图；
28.图3(b)为图3(a)中a-a面的剖视图；
29.图4(a)为本发明实施例气缸中止动侧端盖的主视图；
30.图4(b)为图4(a)中a-a面的剖视图；
31.图5(a)为本发明实施例气缸中输出侧端盖的主视图；
32.图5(b)为图5(a)中a-a面的剖视图；
33.图6(a)为本发明实施例气缸中转接头的主视图；
34.图6(b)为图6(a)中a-a面的剖视图。
35.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-缸体，2-弹簧，3-密封圈，4-输出侧端盖，5-活塞杆，6-轴用密封圈，7-转接头，8-油杯，9-刮泥器，10-连
接部件，11-挡板，12-橡胶缓冲垫，13-止动套筒，14-止动侧端盖，15-支撑环，16-y型密封圈，17-定位凸台，18-小外圆面，19-大外圆面，20-外圆面。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.本发明实施例提供的一种水下高可靠平衡式解锁气缸，如图1所示，包括缸体1、弹簧2和活塞杆5，其中：
38.所述缸体1呈筒状，缸体1两端分别设置有止动侧端盖14和输出侧端盖4，活塞杆5依次穿过止动侧端盖14、缸体1和输出侧端盖4，活塞杆5上设有活塞。所述止动侧端盖14、输出侧端盖4与缸体1内壁呈间隙配合，以保证端盖能够顺利装配进缸体。所述活塞杆5和止动侧端盖14、输出侧端盖4内壁呈间隙配合，活塞与缸体1内壁呈间隙配合，以保证被包套在内的活塞杆5能与其紧密相邻的壁面相对滑动。
39.所述活塞杆5的活塞处设置有定位凸台17，该定位凸台17与缸体1、止动侧端盖14和活塞共同形成充气腔。定位凸台17作用是在未通气时让活塞杆在弹簧的作用下紧靠在止动侧端盖14，并给充气腔留出一定空间。
40.所述弹簧2位于缸体1、活塞杆5、输出侧端盖4、活塞包围形成的弹簧腔内，且弹簧2两端分别连接活塞和输出侧端盖4端面上。
41.进一步的，所述活塞杆5靠近弹簧腔的端面开设有一定长度的直孔，用于减轻活塞杆5的重量以减小活塞杆5在运动中的惯性。
42.进一步的，所述活塞杆5在止动侧端盖14侧的端面开设有螺纹孔，用于活塞杆5和连接部件10之间的螺纹连接；所述活塞杆5在止动侧端盖14侧的外圆面设有环形槽，用于活塞杆5和挡板11之间的连接。
43.进一步的，所述止动侧端盖14端面套设有止动套筒13，该止动套筒13上靠近挡板11一侧设有橡胶缓冲垫12。所述的止动套筒13上开设有均布的螺纹通孔，橡胶缓冲垫12上开设有对应的沉头光孔，二者用于实现止动套筒13和橡胶缓冲垫12之间的螺纹连接。
44.进一步的，止动侧端盖14和输出侧端盖4与缸体1配合的外壁分别开设有环形槽，以用于装配密封圈3，所述密封圈3用于保证端盖与缸体间的气密性和水密性。活塞的圆柱面上开设有环形槽，该环形槽用于装配y型密封圈16。
45.进一步的，所述缸体1两端部在同一侧铣平并开设有螺纹孔，用于螺接转接头7，其中靠近止动侧端盖14的转接头为气缸的进气口，靠近输出侧端盖4的转接头为气缸的出气口。
46.进一步的，所述止动侧端盖14外侧为阶梯状，靠近缸体侧为大外圆面19，另一侧为小外圆面18，以便于装配；在小外圆面18和大外圆面19上铣出两个平面，并在两个平面上分别开设螺纹孔，用于螺接转接头7和油杯8；其中小外圆面18用于连接油杯8，以添加润滑油；大外圆面19的转接头7连通溢流孔，用于气缸内部排水、排气。
47.进一步的，所述输出侧端盖4的外圆面20上铣出一个平面，并在该平面上开设螺纹
孔，用于螺接转接头7，该转接头连通溢流孔，用于排水。
48.具体的：
49.如图2(a)和图2(b)所示，所述缸体1在两个端面上开设有均布的螺纹孔，分别用于螺接输出侧端盖4和止动侧端盖14。
50.如图3(a)和图3(b)所示，所述活塞杆5在止动侧端盖14侧的端面开设有螺纹孔，用于螺接连接部件10。
51.如图4(a)和图4(b)所示，止动侧端盖14的内孔面沿轴向从外侧到缸体侧依次开设有五个环形槽，按此顺序，第一道环形槽用于装配刮泥器9，第二道环形槽用于连接油杯8，第三道环形槽用于装配轴用密封圈6，第四道环形槽用于连通转接头7，第五道环形槽用于装配轴用密封圈6。
52.在止动侧端盖14上靠近外侧的小外圆面18上铣出两个平面，在靠近端部的平面上开设螺纹孔，用于连接止动套筒13和止动侧端盖14的螺钉穿过，在小外圆面18上位于第二道环形槽的位置处开设有螺纹孔，用于装配油杯8并与第二道环形槽连通；在靠近端部的大外圆面19上铣出一个平面，在位于第四道环形槽的位置处开设有螺纹孔用于装配转接头7并与第四道环形槽相通，同时设置有支撑环15。
53.在止动侧端盖14端面上，位于固定缸体1和止动侧端盖14的通孔所在的同心圆外侧，设置有均布螺纹孔，用于使用螺纹连接固定解锁气缸。所述止动侧端盖14的大圆面上开设有均布的通孔，用于使连接缸体1和止动侧端盖14的螺钉穿过。
54.如图5(a)和图5(b)所示，输出侧端盖4的内孔面沿轴向从外侧到缸体侧依次开设有四个环形槽，按此顺序，第一道环形槽用于装配刮泥器9，第二道环形槽用于装配轴用密封圈6，第三道环形槽用于连通转接头7，第四道环形槽用于装配轴用密封圈6。刮泥器9的尖部均指向端盖的外端部(即远离缸体一侧)。
55.所述输出侧端盖4靠近外侧的圆柱面上铣出一个平面，并在该平面上位于第三道环形槽的位置处开设有螺纹孔用于装配转接头7并与第三道环形槽连通。
56.如图6(a)和图6(b)所示，缸体1、止动侧端盖14、输出侧端盖4上的各转接头仅在尺寸上有差异，结构相同。
57.本发明气缸的工作过程如下：
58.当气源未供气时，活塞杆在弹簧作用下通过活塞杆上的定位凸台紧靠在上端盖上，此时为锁紧状态；当气源向充气腔供气时，气压力与弹簧力进行比较，当气压力大于弹簧的预紧力时，活塞杆开始动作，达到最大工作行程后即为解锁状态，此时通过上端盖侧的挡板和橡胶缓冲垫进行限位及减震缓冲。此外，本水下解锁气缸的设计中通过弹簧预紧力的设置满足了冲击环境下的锁紧可靠性问题。
59.本发明为了平衡海水外压，采用了活塞杆双向伸出结构，且为单作用气缸。传统双向气缸的两端都是需要通过水或者空气等提供压力实现活塞杆运动做功，本发明由于只需要单侧做功，因此可以节省复位所需要的高压，转而用弹簧实现。并且在气缸不工作时，为了保证气缸不会因为水下环境的加速度而自动打开，传统双作用缸需要不断提供高压以达到活塞杆不会自动解锁，但水下载人设备的资源往往有限，本发明使用弹簧可以减少资源消耗。同时，气缸的工作介质为高压气，比普通的气缸相比，动作速度更快，反应更灵敏。
60.本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，包括缸体(1)、活塞杆(5)和弹簧(2)，其中：所述缸体(1)两端分别设置有输出侧端盖(4)、止动侧端盖(14)；所述活塞杆(5)轴向穿过所述缸体(1)，活塞杆(5)两端分别从输出侧端盖(4)、止动侧端盖(14)伸出，且活塞杆(5)在止动侧端盖(14)侧的端面安装有挡板(11)；所述活塞杆(5)上设有与所述缸体(1)间隙配合的活塞，该活塞靠近止动侧端盖(14)一侧设置有定位凸台(17)，且定位凸台(17)与缸体(1)、止动侧端盖(14)间形成充气腔；所述弹簧(2)位于所述缸体(1)和活塞杆(5)之间形成的弹簧腔内，且弹簧(2)两端分别设置在所述活塞和输出侧端盖(4)端面上；使用时，通过弹簧(2)提供的预紧力将定位凸台(17)压紧在所述止动侧端盖(14)上，实现锁紧；通过向充气腔充气，使气压力大于预紧力，活塞杆(5)运动，实现解锁。2.如权利要求1所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述止动侧端盖(14)和输出侧端盖(4)上均装配有刮泥器。3.如权利要求2所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述止动侧端盖(14)的内孔面沿轴向从外侧到缸体侧依次开设有五个环形槽，五个环形槽分别用于装配刮泥器、油杯、轴用密封圈、转接头、轴用密封圈，该转接头用于连接溢流孔。4.如权利要求2所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述输出侧端盖(4)的内孔面沿轴向从外侧到缸体侧依次开设有四个环形槽，四个环形槽分别用于装配刮泥器、轴用密封圈、转接头、轴用密封圈，该转接头用于连接溢流孔。5.如权利要求1所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述活塞杆(5)靠近输出侧端盖(4)一侧的内部开设有直孔。6.如权利要求1所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述活塞杆(5)在止动侧端盖(14)侧的端部外圆面开设有环形槽，该环形槽用于安装所述挡板(11)；所述止动侧端盖(14)外端面套设有止动套筒(13)，该止动套筒(13)上设有橡胶缓冲垫(12)。7.如权利要求1所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述活塞的圆柱面上开设有环形槽，该环形槽用于装配y型密封圈，以保证缸体内充气腔和弹簧腔之间的气密性。8.如权利要求1所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述缸体(1)两端均连接有转接头，其中，靠近止动侧端盖(14)的转接头为进气口，靠近输出侧端盖(4)的转接头为出气口。9.如权利要求1-8任一项所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述缸体(1)与输出侧端盖(4)、止动侧端盖(14)分别呈间隙配合，以保证输出侧端盖(4)和止动侧端盖(14)与缸体(1)顺利配合；所述活塞杆(5)与输出侧端盖(4)、止动侧端盖(14)分别呈间隙配合，以保证活塞杆(5)能相对输出侧端盖(4)和止动侧端盖(14)相对滑动。10.如权利要求9所述的水下高可靠平衡式解锁气缸，其特征在于，所述输出侧端盖(4)和缸体(1)相接触的圆柱面上装配有密封圈，所述止动侧端盖(14)和缸体(1)相接触的圆柱面上装配有密封圈。

技术总结
本发明属于气动技术领域，并具体公开了一种水下高可靠平衡式解锁气缸，其包括缸体、活塞杆和弹簧，其中：缸体两端分别设置有输出侧端盖、止动侧端盖；活塞杆轴向穿过缸体，活塞杆两端分别从输出侧端盖、止动侧端盖伸出，且活塞杆在止动侧端盖侧的端面安装有挡板；活塞杆上设有与缸体间隙配合的活塞，该活塞靠近止动侧端盖一侧设置有定位凸台，且定位凸台与缸体、止动侧端盖间形成充气腔；弹簧位于缸体和活塞杆之间形成的弹簧腔内，且弹簧两端分别设置在活塞和输出侧端盖端面上。本发明为单作用气缸，采用两端均伸出活塞杆的平衡式结构，通过高强度弹簧抵抗在水下恶劣环境条件下加速度产生的冲击，且该气缸结构简单、成本低、安全环保。环保。环保。


技术研发人员：高隆隆 李宝仁 赵峰 杨钢 傅晓云 杜经民 赵祉昕 张建星
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/8/1