用于電動工具的氣壓自平衡氣缸結構

授權公告號：CN113561342B

授權公告日：2021.11.26

專利權人：江蘇大藝科技股份有限公司

發(fā)明人：方鴻儒; 黃建平

現(xiàn)有電動工具的電錘、電鎬主要依靠傳動機構帶動活塞在一個氣缸內往復壓縮空氣（形成后空氣彈簧），氣缸內空氣壓力的周期性變化帶動沖錘往復運動壓縮空氣（形成前空氣彈簧）并擊打沖擊桿、鉆頭，輸出對外的沖擊力。氣缸內部前后空氣彈簧的平衡性對機器的性能以及用戶的體驗有直接的影響，目前主要依靠調整氣缸外壁的進出氣孔及補償孔，但很難達到理想狀態(tài)。工具在實際工作過程中，仍會頻繁出現(xiàn)斷沖或連沖的現(xiàn)象，影響工具的工作效率、壽命及用戶體驗。

發(fā)明專利“用于電動工具的氣壓自平衡氣缸結構”涉及電動工具傳動結構，提供一種用于電動工具的氣壓自平衡氣缸結構，以優(yōu)化前、后空氣彈簧的氣壓平衡，解決此類電動工具斷沖、連沖、自錘等的問題。

發(fā)明內容

一種用于電動工具的氣壓自平衡氣缸結構，其中氣缸內依次設有沿軸向滑動的沖擊桿、沖錘和活塞，沖錘與前向的沖擊桿之間形成第一氣腔，沖錘與后向的活塞之間形成第三氣腔，其特征在于：氣缸結構包括氣缸外由內而外套設的封堵組件和氣缸殼，氣缸與氣缸殼之間形成第二氣腔，氣缸在周壁上設有連通第一、第二氣腔的第一氣孔，并在周壁上設有連通第二、第三氣腔的第二氣孔，封堵組件由距離筒、第一距離圈、第二距離圈、異形墊片及彈性件構成，其中異形墊片在氣缸內與沖擊桿一體套接并設有穿出氣缸與所述距離筒一端面相抵接的凸臺，第一距離圈部分穿接于距離筒和氣缸外壁之間，且第一距離圈遠離第一氣孔的翻邊兩側與距離筒另一端面及第二距離圈相抵靠；彈性件套接于氣缸外并一端抵推第二距離圈，在彈性件的伸縮行程內使第二距離圈打開或封堵第二氣孔；封堵組件與沖擊桿相接隨動，在沖擊桿朝向沖錘無受力狀態(tài)下，保持第二氣孔打開，且封堵組件和沖錘在行程范圍內交替封堵其中一個氣孔。

距離筒在靠近異形墊片的圓周向開設有至少一排通氣孔。

沖錘的軸向長度以及第一距離圈、第二距離圈的長度總和均在兩個氣孔之間最大距離范圍內。

彈性件為壓縮彈簧，氣缸與氣缸殼在遠離沖擊桿的一端設有密封裝接的固定套，且彈性件遠離第二距離圈的一端抵靠于固定套。氣缸在固定套外側接設有內置曲軸的曲軸箱，活塞上通過活塞銷鉸接設有連桿，曲軸與連桿鉸接傳動。

曲軸箱內形成第四氣腔且曲軸箱開設有第三氣孔，固定套開設有第四氣孔，且第二氣腔通過第三氣孔、第四氣孔與第四氣腔相連通。

氣缸的周壁上平行于軸向開設有至少一條滑槽，異形墊片的凸臺自滑槽穿出，并與距離筒互相傳動、沿滑槽導向滑動；且滑槽的長度大于異形墊片的外徑。

氣缸殼在靠近沖擊桿的端部內壁設有與氣缸外壁套接的凸環(huán)，且在凸環(huán)處接設有第一減震墊，沖擊桿上套設有第三墊片及第二減震墊。

應用發(fā)明技術方案，較之于現(xiàn)有技術具備突出的實質性特點，而技術上的有益效果則體現(xiàn)了顯著的進步性：通過優(yōu)化氣腔布局，以及沖擊桿在不同受壓情況下位置變化帶來的氣孔封堵可調節(jié)性，使得氣缸和氣缸殼內各氣腔自由切換隔絕和開放狀態(tài)以調節(jié)氣壓。該氣壓自平衡氣缸結構制造簡單、可靠性強，能夠優(yōu)化氣缸內部氣壓的平衡，解決斷沖、連沖、自錘等的問題，提高電動工具的沖擊效能和穩(wěn)定性，延長電動工具的使用壽命，緩解實際作業(yè)時的反作用力，提升用戶操作體驗。

實施方式

圖1～圖4所示可見，一種用于電動工具的氣壓自平衡氣缸結構，與傳統(tǒng)電動工具的氣缸結構相似，該氣缸3內依次設有沿軸向滑動的沖擊桿12、沖錘15和活塞17，沖錘15與前向的沖擊桿12之間形成第一氣腔X，沖錘15與后向的活塞17之間形成第三氣腔Z。作為該氣缸結構的創(chuàng)新改良及優(yōu)化，該氣缸3外側由內而外套設的封堵組件和氣缸殼20，氣缸3與氣缸殼20之間形成第二氣腔Y，氣缸3在周壁上設有連通第一、第二氣腔的第一氣孔C，并在周壁上設有連通第二、第三氣腔的第二氣孔B，而封堵組件的一端與沖擊桿12相接隨動，在沖擊桿12朝向沖錘15無受力狀態(tài)下，保持第二氣孔B打開，且封堵組件和沖錘15在行程范圍內交替封堵其中一個氣孔。

圖1

圖4

從功能實現(xiàn)來理解，在沖擊桿12未受壓時，即沖擊桿12外端所接設的鉆頭11未觸墻受壓時，由封堵組件封堵第一氣孔C并打開第二氣孔B；此時由于第二氣孔B連通氣缸3內外的第二、第三氣腔，具有較大的空間容納氣體，活塞與沖錘之間的第三空腔無法形成負壓，因此活塞17幅度較小的往復運動無法帶動沖錘15發(fā)生往復運動，從而避免工具在非工作態(tài)自錘。而當沖擊桿12受壓后，封堵組件跟隨移動，進而打開第一氣孔C并封堵第二氣孔B；此時由于第一氣孔C連通氣缸3內外的第一、第二氣腔，具有較大的空間容納氣體，而沖錘15和活塞17之間僅有較小的空間，活塞17的往復運動會對沖錘15產生較大的推力或吸力，即形成后空氣彈簧，沖錘15則不斷周期性推動沖擊桿12對外做功；當沖擊桿12復位至初始位置后，封堵組件重新封堵第一氣孔C、打開第二氣孔B，此時可以繼續(xù)下一循環(huán)。當然，進行墻面開孔等沖、錘、鎬作業(yè)時，由于沖擊桿持續(xù)受力向內被壓，上述第二氣孔B被開通的機會較少，因此活塞17能持續(xù)、穩(wěn)定地向沖錘輸出推力，而避免工具在工作臺斷沖。由此可見，利用氣缸殼增設氣腔并結合封堵組件的滑移進行各個氣腔的隔絕、放開實現(xiàn)氣壓調節(jié)、平衡，有利于解決現(xiàn)有電動工具的上述問題，并提高電動工具的沖擊效能和穩(wěn)定性。

氣缸3和氣缸殼20遠離沖擊桿12的一端設置有用于封閉裝接的固定套10，且固定套10外側還設置有曲軸箱21。曲軸箱21內設置有曲軸23，活塞17上通過活塞銷19鉸接有連桿22。曲軸23與連桿22鉸接。由此通過工具本身動力驅動曲軸箱21內曲軸23轉動，并傳動連桿22帶動活塞17往復移動。氣缸殼20在靠近沖擊桿的端部內壁上設置有凸環(huán)。凸環(huán)套設在氣缸3外壁，且氣缸殼20內在凸環(huán)的外側還設置有第一減震墊1和第一墊片2。鉆頭11與沖擊桿12連接，對墻面等施工對象輸出工具動力。上述氣缸3和氣缸殼20之間形成第二氣腔Y，氣缸3內在沖擊桿12和沖錘15之間形成第一氣腔X，氣缸3內在沖錘15和活塞17之間形成第三氣腔Z。第一氣孔C連通第一氣腔X和第二氣腔Y。第二氣孔B連通第二氣腔Y和第三氣腔Z。第一氣腔X和第二氣腔Y連通且第二氣腔Y和第三氣腔Z隔斷時，曲軸箱21能夠驅動活塞17往復運動，并將驅動力通過第三氣腔Z作用到沖錘15上，即形成后空氣彈簧；沖錘15在被驅動后，將作用力傳輸到沖擊桿12上，沖擊桿12則把沖擊力輸送到鉆頭11上，完成錘鉆作業(yè)。而當第二氣腔Y和第三氣腔Z連通時，活塞17的往復運動在相對開放式的第三氣腔Z中不會驅動沖錘及電動工具整體對外做功。

作為發(fā)明實現(xiàn)氣壓自平衡的關鍵改良，封堵組件由距離筒5、第一距離圈6、第二距離圈7、異形墊片4及彈性件8構成，為減少彈性件8對固定套10的磨損，還可在彈性件8遠離第二距離圈7的一端設置套接于氣缸3的第二墊片9。

氣缸3的周壁上平行于軸向開設至少一條滑槽40，圖示中為軸向兩側隔空相對的兩條滑槽。而異形墊片4主體呈圓環(huán)狀，且滑動設置在氣缸3內。異形墊片4的內環(huán)在氣缸內套設在沖擊桿12上，且結合強度滿足一體聯(lián)動。該異形墊片4上還設有凸臺41。凸臺41經由滑槽40伸出氣缸3，一方面沿滑槽40導向往返移動，另一方面與距離筒5相接觸，實現(xiàn)互相傳動。

為方便異形墊片4的安裝，設置其中任意一條滑槽40的長度大于異形墊片4的外徑參照圖3所示，在安裝時，將異形墊片4的面平行于氣缸3的中心軸向裝入氣缸3之中，而后翻轉異形墊片4使其與氣缸3的軸向重合，最后再讓沖擊桿12穿過異形墊片4的內環(huán)套接定位，完成氣缸3前向的部分裝配。

圖3

氣缸3內設置有臺階。臺階的面能夠限制異形墊片4的最大運動位置。

距離筒5、第一距離圈6自外而內依次套設在氣缸3外，第二距離圈7也套設在氣缸3外側并與第一距離圈6并排設置。距離筒5的兩端平面分別與異形墊片4的凸臺41和第一距離圈6的翻邊相接觸。部分第一距離圈6位于距離筒5內，隨距離筒5位移主要起到封堵第一氣孔C的作用。距離筒5起到了同時支撐異形墊片4、第一距離圈6的作用，并在沿氣缸3軸向往復運動時對異形墊片4、第一距離圈6和第二距離圈7起到矯正兩者運動軸線的作用。

距離筒5上開設有至少一排的多個通氣孔D。在氣缸3隨做功周期性往復運動的過程中，通氣孔D能夠在第一氣腔X和第二氣腔Y之間增加一道氣體交互的限制，以相對減少第一氣腔X的負壓變化速度，使得沖錘15前、后空氣彈簧的壓力差變化的速度降低，從而進一步優(yōu)化氣缸3內外氣體平衡性，解決電動工具（尤其是錘、鎬）的連沖、斷沖等問題。

圖3所示中，通氣孔D沿距離筒5圓周陣列開設有兩排。第一距離圈6可以封閉部分通氣孔D。而通氣孔D的形狀具有多樣性，可以是圓孔、橢圓孔、腰孔、三角孔或多邊形孔的一種或多種組合。

彈性件8設置在第二距離圈7和固定套10之間。鉆頭11在敲擊被加工件時，會受到反作用力回彈，該反作用力會傳遞到工具主體，因此，彈性件8能夠起到緩沖的作用，有效減少傳遞到電動工具后向主體的反作用力，使工具操作者得到更舒適的操作體驗，降低勞動強度。同時，在異形墊片4受軸向推力往復運動時，彈性件4能夠帶動距離筒5、第一距離圈6和第二距離圈7及時的跟隨運動，提高電動工具的作業(yè)效率。

彈性件8可以為套設在氣缸3外的壓縮彈簧。氣缸3上在固定套10處設置有第二墊片9。壓縮彈簧的兩端分別抵推在第二距離圈7和第二墊片9上。

曲軸箱21內還可開設有第四氣腔W，曲軸箱21上開設有第三氣孔E，固定套10上開設有第四氣孔F。在電動工具裝配時可以調節(jié)使第三氣孔E和第四氣孔F連通，以實現(xiàn)使第二氣腔Y和第四氣腔W連通。由于沖錘15、活塞17在氣缸3中往復運動發(fā)熱，會使第二氣腔Y中的氣體鼓脹。在第三氣孔E和第四氣孔F連通后，相對增大了第二氣腔Y，可以減緩氣體的鼓脹速度，從而能夠更好地平衡內部的氣壓。

氣缸3的周壁上還開設有補償孔A。補償孔A能夠在活塞17越過后，連通第二氣腔Y和第三氣腔Z，提高換氣效率。

為了提高密封性，可以分別在沖錘15的周面上設置第一O形圈16，在活塞17的周面上設置第二O形圈18。

為了進一步緩沖鉆頭11的反作用力，可以在上述沖擊桿12外套設第三墊片13及第二減震墊14，并與異形墊片4柔性抵接。

為了達到第二氣孔B和第一氣孔C不被長時間同時封堵的目的，可以使沖錘15的軸向長度以及第一距離圈6和第二距離圈7的長度總和均不大于第二氣孔B和第一氣孔C之間的最大距離。即在封堵組件和沖錘的行程范圍內，兩個氣孔至少其一的部分保持相關兩個氣腔的連通狀態(tài)。而且，上述第二氣孔B和第一氣孔C可以分別是沿著氣缸3對應的圓周壁均勻間隔開設有一排孔，如圖3所示。

從該氣壓自平衡氣缸結構所實現(xiàn)的狀態(tài)改變和工作原理來看。如圖1所示，在鉆頭11未受按壓時，此時第一距離圈6接近完全封堵第一氣孔C，第二距離圈7使第二氣孔B開放。第一氣腔X和第二氣腔Y保持最大程度相隔絕，第二氣腔Y和第三氣腔Z連通，第三氣腔Z無法形成負壓，活塞17的往復運動無法帶動沖錘15運動，從而避免工具自錘。

圖2所示，實際加工作業(yè)時，用戶對電動工具施加向前方按壓的力度，而將鉆頭11按壓在被加工件上（例如混凝土），即沖擊桿12受壓，從而使鉆頭11、沖擊桿12向內部移動，同時帶動異形墊片4、距離筒5、第一距離圈6和第二距離圈7相內移動。此時，彈性件8呈壓縮狀態(tài)，異形墊片4處于最大運動行程位置。第二距離圈7達到封閉第二氣孔B的位置，第二氣腔Y和第三氣腔Z完全隔絕，且第三氣腔Z易于形成負壓，活塞17的往復運動帶動沖錘15運動。而且第一距離圈6讓出第一氣孔C，使第一氣腔X和第二氣腔Y連通，從而便于進行錘鉆作業(yè)。

圖2

實際加工作業(yè)時，電動工具的狀態(tài)是由圖1所示至圖2所示再由圖2所示至圖1所示的周期性運動。在此過程中，第一氣孔C開始封閉時第一氣腔X負壓增大，第二氣孔B開放時第三氣腔Z負壓減??；相反，氣孔C開始打開時第一氣腔X負壓減小，第二氣孔B封閉時第三氣腔Z負壓增大；通過距離筒5上通氣孔D、第一距離圈6和第二距離圈7的周期性運動，可以調節(jié)第一氣腔X、第二氣腔Y和第三氣腔Z的氣體交互，達到平衡沖錘15前、后空氣彈簧的目的。

關于氣壓自平衡氣缸結構結合圖示可見，方案具備多方面顯著的優(yōu)點，通過優(yōu)化氣腔布局，以及沖擊桿在不同受壓情況下位置變化帶來的氣孔封堵可調節(jié)性，使得氣缸和氣缸殼內各氣腔自由切換隔絕和開放狀態(tài)以調節(jié)平衡氣壓。該方案制造簡單、可靠性強，能夠優(yōu)化氣缸內部氣壓的平衡，解決斷沖、連沖、自錘等的問題，提高電動工具的沖擊效能和穩(wěn)定性，延長電動工具的使用壽命，緩解實際作業(yè)時的反作用力，提升用戶操作體驗。

發(fā)明專利“用于電動工具的氣壓自平衡氣缸結構”還可以有其它實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在其要求保護的范圍之內。