氮气蓄能液压缸.pdf

本发明涉及机械设备领域，具体而言，涉及一种氮气蓄能液压缸。其包括缸体、活塞、活塞杆、进出油孔和进出气孔；活塞设置在缸体内，将缸体内部分隔为两个腔体；活塞杆的一端与活塞连接，另一端在缸体的一端伸出；缸体内被活塞分隔的两个腔体中，设置有活塞杆的腔体为油腔，没有设置活塞杆的腔体为氮气腔；进出油孔设置在缸体上，一端与油腔连通，能够给油腔供油和能够将油腔内的油排出；进出气孔设置在缸体上，一端与氮气腔连通，能够给氮气腔供气和能够将氮气腔内的氮气排出。本发明实现了在不消耗设备功率的情况下，增加了设备的举升力，进一步增加了工作效率及工作半径。

权利要求书
1.  一种氮气蓄能液压缸，其特征在于，包括缸体、活塞、活塞 杆、进出油孔和进出气孔；
所述活塞设置在所述缸体内，将所述缸体内部分隔为两个腔体；
所述活塞杆的一端与所述活塞连接，另一端在所述缸体的一端 伸出；
所述缸体内被所述活塞分隔的两个腔体中，设置有活塞杆的腔 体为油腔，没有设置活塞杆的腔体为氮气腔；
所述进出油孔设置在所述缸体上，一端与所述油腔连通，能够 给所述油腔供油和能够将所述油腔内的油排出；
所述进出气孔设置在所述缸体上，一端与所述氮气腔连通，能 够给所述氮气腔供气和能够将所述氮气腔内的氮气排出。

2.  根据权利要求1所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，还包 括备用气缸；
所述备用气缸通过所述进出气孔与所述氮气腔连通。

3.  根据权利要求2所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，所述 备用气缸为环状；
所述备用气缸套设在所述缸体的一端。

4.  根据权利要求2所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，所述 备用气缸上设置有灭火软管；
所述灭火软管通过手动阀与所述备用气缸连通，能够利用备用 气缸内的氮气进行灭火。

5.  根据权利要求1所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，所述 活塞与所述缸体之间设置有密封结构，用于隔离所述油腔与所述氮 气腔。

6.  根据权利要求5所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，所述 密封结构包括高压油气封、两个支撑环和两个纳污环；
两个所述支撑环设置在所述高压油气封的两侧；
所述纳污环设置在所述支撑环远离所述高压油气封的一侧。

7.  根据权利要求1所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，所述 活塞杆与所述缸体之间设置有高压油封。

8.  根据权利要求1所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，还包 括防爆阀；
所述防爆阀与所述氮气腔连通，用于防止氮气压缩后高温爆炸。

9.  根据权利要求8所述的氮气蓄能液压缸，其特征在于，所述 防爆阀为泄压阀。

10.  根据权利要求1-9任一项所述的氮气蓄能液压缸，其特征 在于，所述缸体远离所述油腔的一端设置有吊耳；
所述活塞杆远离所述活塞的一端设置有吊耳。

说明书氮气蓄能液压缸
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体而言，涉及一种氮气蓄能液压 缸。
背景技术
液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动 运动)的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复 运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在 各种机械的液压系统中得到广泛应用。
液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸 基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气 装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则 必不可少。
很多机械设备在工作过程中，往往会有自身运动时其重量所产 生重力势能，而这部分能量消耗是不必要的，是减少机械效率的重 要因素之一，机械设备要在克服此能量损耗的同时完成工作。
氮气是稳定的惰性气体，在家电、家具、汽车等领域开始广泛 使用。氮气弹簧体积小、弹力大、行程长、工作平稳，制造精密， 使用寿命长(一百万次)，弹力曲线平缓，以及不需要预紧等等，它 具有金属弹簧、橡胶和气垫等常规弹性组件难于完成的工作。
但大型氮气弹簧系统制作难度大，精度高，成本高。
也就是说，无论单独使用氮气弹簧还是单独使用液压缸均会产 生一定的弊端，不能做到最佳的节能、省力的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮气蓄能液压缸，以解决上述的问 题。
在本发明的实施例中提供了一种氮气蓄能液压缸，包括缸体、 活塞、活塞杆、进出油孔和进出气孔；
所述活塞设置在所述缸体内，将所述缸体内部分隔为两个腔体；
所述活塞杆的一端与所述活塞连接，另一端在所述缸体的一端 伸出；
所述缸体内被所述活塞分隔的两个腔体中，设置有活塞杆的腔 体为油腔，没有设置活塞杆的腔体为氮气腔；
所述进出油孔设置在所述缸体上，一端与所述油腔连通，能够 给所述油腔供油和能够将所述油腔内的油排出；
所述进出气孔设置在所述缸体上，一端与所述氮气腔连通，能 够给所述氮气腔供气和能够将所述氮气腔内的氮气排出。
进一步的，氮气蓄能液压缸还包括备用气缸；
所述备用气缸通过所述进出气孔与所述氮气腔连通。
进一步的，所述备用气缸为环状；
所述备用气缸套设在所述缸体的一端。
进一步的，所述备用气缸上设置有灭火软管；
所述灭火软管通过手动阀与所述备用气缸连通，能够利用备用 气缸内的氮气进行灭火。
进一步的，所述活塞与所述缸体之间设置有密封结构，用于隔 离所述油腔与所述氮气腔。
进一步的，所述密封结构包括高压油气封、两个支撑环和两个 纳污环；
两个所述支撑环设置在所述高压油气封的两侧；
所述纳污环设置在所述支撑环远离所述高压油气封的一侧。
进一步的，所述活塞杆与所述缸体之间设置有高压油封。
进一步的，氮气蓄能液压缸还包括防爆阀；
所述防爆阀与所述氮气腔连通，用于防止氮气压缩后高温爆炸。
进一步的，所述防爆阀为泄压阀。
进一步的，所述缸体远离所述油腔的一端设置有吊耳；
所述活塞杆远离所述活塞的一端设置有吊耳。
本发明提供的氮气蓄能液压缸，采用了将缸体内的两个腔室 分别设置为不同的介质，一个为液体的液压油，一个为气体的 氮气，也就是将液压缸和氮气缸合并为一个缸体，既实现了原 有的功能，又降低了整个装置的体积。将活塞杆附加在设备上， 将缸体设置在设备的底座上，通过氮气腔给油腔提供推动力， 整个装置不使用设备的发动机的动力，从而实现在不消耗设备 功率的情况下，增加了设备的举升力，进一步增加了工作效率 及工作半径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方 案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施 方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明氮气蓄能液压缸的结构示意图；
图2为本发明氮气蓄能液压缸的备用气缸的结构示意图；
图3为本发明氮气蓄能液压缸的密封结构的结构示意图。
附图标记：
1：吊耳           2：活塞杆          3：进出油孔
4：油腔           5：活塞            6：氮气腔
7：备用气缸       8：充放气阀组      9：灭火软管
10：手动阀        11：高压油封       12：防爆阀
13：防尘封        14:高压油气封      15：支撑环
16：纳污环
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发 明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的 所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置 关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明 和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理 解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和 限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以 是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接 相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而 言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图所示，本发明提供了一种氮气蓄能液压缸，包括缸体、 活塞5、活塞杆2、进出油孔3和进出气孔；
所述活塞5设置在所述缸体内，将所述缸体内部分隔为两个腔 体；
所述活塞杆2的一端与所述活塞5连接，另一端在所述缸体的 一端伸出；
所述缸体内被所述活塞5分隔的两个腔体中，设置有活塞杆2 的腔体为油腔4，没有设置活塞杆2的腔体为氮气腔6；
所述进出油孔3设置在所述缸体上，一端与所述油腔4连通， 能够给所述油腔4供油和能够将所述油腔4内的油排出；
所述进出气孔设置在所述缸体上，一端与所述氮气腔6连通， 能够给所述氮气腔6供气和能够将所述氮气腔6内的氮气排出。
氮气是稳定的惰性气体，在家电、家具、汽车等领域开始广泛 使用。氮气弹簧体积小、弹力大、行程长、工作平稳，制造精密， 使用寿命长(一百万次)，弹力曲线平缓，以及不需要预紧等等，它 具有金属弹簧、橡胶和气垫等常规弹性组件难于完成的工作。但大 型氮气弹簧系统制作难度大，精度高，成本高。继而使用氮气的特 性制作氮气与液压系统的组合体，氮气储能罐，即氮气缸。使用氮 气缸与液压缸组成的类似连通器装置，起到设备的工作装置的举升 的辅助动力和下降的势能回收的作用。
先通过进出油孔3缸体的油腔4内注入所需量的液压油，再通 过进出气孔向氮气腔6内注入所需压力的氮气，之后将进出气孔密 封。
在使用过程中，活塞杆2与连接重物，当重物给活塞杆2一个 压力时，活塞杆2带动活塞5移动，进而压缩氮气腔6的空间，此 时，进出油孔3内液压油从外界流进油腔4内，氮气腔6内的高压 氮气被压缩，通过氮气缓冲作用，进一步将重物下降的势能产生的 多余热能抵消，开始蓄能；当使用本装置给提升重物的动力装置提 供辅助动力时，氮气腔6内的高压氮气的压力释放，推动活塞5上 移，带动活塞杆2上移，继而给与活塞杆2连接的重物一个上升的 力，起到辅助动力作用。
本装置将液压缸和氮气缸的功能合并在一个缸体内，通过氮气 腔6内的氮气进行蓄能，给油腔4推力，进而不仅能够作为辅助动 力使用，还压缩了整个装置的空间占有率，减小了装置的体积，降 低了装置的重量。
优选的实施方式为，氮气蓄能液压缸还包括备用气缸7；
所述备用气缸7通过所述进出气孔与所述氮气腔6连通。
在氮气腔6外连通一个备用气缸7，相当于扩大了氮气腔6的 容积，进而增加了氮气腔6的蓄能效果。
备用气缸7的容积大小根据活塞5的行程决定，当行程较大时 可以选用容积较大的备用气缸7，行程较小时，可以选用容积较小 的备用气缸7。
在备用气缸上设置充放气阀组8，通过充放气阀组8可以给备 用气缸7进行充气。
优选的实施方式为，所述备用气缸7为环状；
所述备用气缸7套设在所述缸体的一端。
将备用气缸7设置为环状，其内环套设在缸体上，也就是将备 用气缸7和缸体形成一个整体，进而使整个装置体积在设置了备用 气缸7后不产生较大变化，充分利用了每一点空间。
优选的实施方式为，所述备用气缸7上设置有灭火软管9；
所述灭火软管9通过手动阀10与所述备用气缸7连通，能够利 用备用气缸7内的氮气进行灭火。
在备用气缸7上连接灭火软管9，通过手动阀10控制备用气缸 7与灭火软管9的连通，进而可以使用备用气缸7内的氮气进行灭 火，进而增加了本装置的功能，使其的使用范围更加的广泛，应用 多元化。
优选的实施方式为，所述活塞5与所述缸体之间设置有密封结 构，用于隔离所述油腔4与所述氮气腔6。
活塞5与缸体之间需要有严实的密封，以防止氮气从氮气腔6 内进入到油腔4中，进而无法保证氮气的蓄能能力。
优选的实施方式为，所述密封结构包括高压油气封14、两个支 撑环15和两个纳污环16；
两个所述支撑环15设置在所述高压油气封14的两侧；
所述纳污环16设置在所述支撑环15远离所述高压油气封14 的一侧。
高压油气封14将两个腔体完全密封，将氮气腔6内的氮气和油 腔4内的液压油完全隔离，保证了两腔的密封性。
在高压油气封14的两侧设置支撑环15，将活塞5与缸体之间 进行支撑保护，降低了活塞5、高压油气封14与缸体之间的摩擦。
由于油腔4内有液压油的进出，氮气腔6内有氮气的进出，由 于两个腔体内均会与外界进行连通，因此会对腔体内造成一定的污 染，如灰尘污染等，这些污染有可能会对高压油气封14造成破坏， 在密封结构的两侧，也就是支撑环15远离高压油气封14的一侧设 置有纳污环16，将两侧的腔体内的灰尘等污染物吸收，避免了对高 压油气封14的破坏，提高了密封结构的密封性和使用寿命。
优选的实施方式为，所述活塞杆2与所述缸体之间设置有高压 油封11。
在活塞杆2与缸体之间也需要通过高压油封11进行很好的密 封，以避免油腔4内的液压油从活塞杆2与缸体之间溢出，进而造 成液压油的泄漏，进一步对环境造成污染。
为保证高压油封11的使用寿命，避免外界环境对其造成破坏， 可以在高压油封11的外侧设置防尘封13，通过防尘封13保证灰尘 等污染物不会对高压油封11造成破坏。
优选的实施方式为，氮气蓄能液压缸还包括防爆阀12；
所述防爆阀12与所述氮气腔6连通，用于防止氮气压缩后高温 爆炸。
在进出气孔上或者在备用气缸7上设置防爆阀12，当其内的氮 气的压力过大或温度过高时，防爆阀12开启，释放氮气，减轻氮气 腔6内的压力，避免由于压力过大而发生爆炸。
一般在压力较大时，均会伴随着高温，因此，本实施例中的防 爆阀12采用了定温融化的材料对进出气孔或备用气缸7的进出气管 进行密封，当温度超过额定温度后，材料融化，氮气腔6或备用气 缸7内的氮气排出，给氮气腔6或备用气缸7减压，进而保证了装 置的使用安全性。
优选的实施方式为，所述防爆阀12为泄压阀。
泄压阀能够根据系统的工作压力自动启闭，一般安装于封闭系 统的设备或管路上保护系统安全。当设备或管道内压力超过泄压阀 设定压力时，即自动开启泄压，保证设备和管道内介质压力在设定 压力之下，保护设备和管道，防止发生意外。
因此，根据泄压阀的功能可以看出，防爆阀12还可以使用泄压 阀来进行防爆，即当压力过大时，自动开启泄压。
优选的实施方式为，所述缸体远离所述油腔4的一端设置有吊 耳1；
所述活塞杆2远离所述活塞5的一端设置有吊耳1。
通过在活塞杆2远离活塞5的一端设置吊耳1与辅助的重物连 接，在缸体远离油腔4的一端设置吊耳1，使之固定。
通过两个吊耳1的设置，可以很简单的将本装置与需要进行辅 助动力的装置连接。
需要指出的是，与需要进行辅助动力的装置的连接方式可以是 吊耳1，但其不仅仅局限于吊耳1，其还可以是其他结构，如可以是 吊钩，如可以是固定座等，只要能够将本装置与需要进行辅助动力 的装置连接即可。
总上述可以看出，本发明为进一步节能开启了新的途径，动臂 节能。在不影响设备其他节能系统工作的情况下，进一步为机械系 统节能，减少工作时设备产生的不必要能耗。
本发明一般可以由下列零部件组成：
缸体、控制阀、吊耳1、集成控制块。
根据机械设备的不同类型，将本发明的氮气蓄能液压缸根据需 要通过安装吊耳1或者其他刚性连接方式安装在设备上，固定后通 过集成控制块控制进出气孔给缸体内的氮气腔6加压，压力值根据 设备需要自行调节。
装置运作过程及原理如下：
氮气蓄能液压缸通过控制阀与设备的液压系统连接，可以控制 油腔4内的液压强度，油腔4内的液压与与氮气腔6内的稳定气压 相互作用。在伸长过程中，氮气腔6内的高压氮气将压力通过活塞 5气封端，向另一端传递，机械设备提供辅助动力，在大功率工作 时，避免发动机因过分运作发生冒黑烟的问题。
在收缩过程中，在不影响原设备势能回收系统及流量再生系统 的情况下，通过氮气缓冲作用，进一步将势能产生的多余热能抵消， 而且通过给控制阀给油腔4增加液压动力，减少对设备各部件的损 耗，增加使用寿命。
装置失效的安全问题：
氮气腔6是独立的密封环境，但当长期使用造成高压油气封14 老化时，氮气会进入到油腔4内并从油缸杆处溢出，不会影响设备 本身的液压系统。而高压油封11老化后，不会影响氮气腔6内的压 力，只会在工作中从油缸杆处溢出液压油，不会影响工作。
两种情况都不会发生危险。可装置与设备相连，油缸溢油很容 易发现，可及时将装置拆卸更换高压油封11。即使未能及时发现导 致装置失效，氮气溢出也不会影响设备自身的安全系统，溢出的氮 气也不影响环境，装置只需要拆卸更换配件便能继续使用，没有安 全隐患。
本发明在作业过程中，工作装置的重力势能造成的能耗得到最 大程度的优化，不消耗额外的机械能,既节省能量，又减少了液压系 统的发热和回转轴承等处的动载荷。在机重相同的前提下,作业稳定 性提高,这对性能、节省燃料有着非常重要的意义。
本发明能进一步减少势能损失、减少热能释放、减少碳排放， 提高机械效率，增加机件使用寿命，减少燃油用量，降低工作成本。 本发明结构简单，独立便捷，为许多机械设备的技术进步和自然环 境保护做出贡献。
本发明提供的氮气蓄能液压缸，采用了将缸体内的两个腔室分 别设置为不同的介质，一个为液体的液压油，一个为气体的氮气， 也就是将液压缸和氮气缸合并为一个缸体，既实现了原有的功能， 又降低了整个装置的体积。将活塞杆2附加在设备上，将缸体设置 在设备的底座上，通过氮气腔6给油腔4提供推动力，整个装置不 使用设备的发动机的动力，从而实现在不消耗设备功率的情况下， 增加了设备的举升力，进一步增加了工作效率及工作半径。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记 载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本 发明各实施例技术方案的范围。