GFR400-15|GFR400-15乐清市金贝电气有限公司空压机伺服气缸GFR400-15（GFR400-15 复盛压缩机伺服气缸膜片；GFR400-15（GFR400-15
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单作用气缸
单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其杆只能借助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。
其原理及结构见图42.2-2。
图42.2-2单作用气缸
1—缸体；2—；3—弹簧；4—杆；
单作用气缸的特点是：
1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。
2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了杆的输出力。
3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。
4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而杆的输出力在行进中是变化的。
由于以上特点，单作用气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高，如气吊、定位和等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的。
1.2.2双作用气缸
双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双杆式、单杆式、双式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用为广泛。
1）双杆双作用气缸双杆气缸有缸体固定和杆固定两种。其工作原理见图42.2-3。
缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两杆连成一体，压缩空气依次进入气缸两腔（一腔进气另一腔排气），杆带动工作台左右运动，工作台运动范围等于其有效行程s的3倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。
杆固定时，为管路连接方便，杆制成空心，缸体与载荷（工作台）连成一体，压缩空气从空心杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作台向左或向左运动，工作台的运动范围为其有效行程s的2倍。适用于中、大型设备。
图42.GFR400-15 双杆双作用气缸
a）缸体固定；b）杆固定
1—缸体；2—工作台；3—；4—杆；5—机架
双杆气缸因两端杆直径相等，故两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时，其往返运动输出力及速度均相等。
2）缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，就会以很大的力（能量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使在行程末端运动平稳，不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。缓冲气缸见图42.2-4，主要由杆1、2、缓冲柱塞3、单向阀5、节流阀6、端盖7等组成。其工作原理是：当在压缩空气推动下向右运动时，缸右腔的气体经柱塞孔4及缸盖上的气孔8。在运动接近行程末端时，右侧的缓冲柱塞3将柱塞孔4堵死、继续向右运动时，封在气缸右的剩余气体被压缩，地通过节流阀6及气孔8，被压缩的气体所产生的压力能如果与运动所具有的全部能量相平衡，即会取得缓冲效果，使在行程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀6阀口开度的大小，即可控制排气量的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。若令反向运动时，从气孔8输入压缩空气，可直接顶开单向阀5，推动向左运动。如节流阀6阀口开度固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。
图42.GFR400-15缓冲气缸
1—杆；2—；3—缓冲柱塞；4—柱塞孔；5—单向阀
6—节流阀；7—端盖；8—气孔
气缸所设缓冲装置种类很多，上述只是其中之一，当然也可以在气动回路上采取措施，达到缓冲目的。
1.2.3、组合气缸
组合气缸一般指气缸与液压缸相组合形成的气-液阻尼缸、气-液增压缸等。众所周知，通常气缸采用的工作介质是压缩空气，其特点是快，但速度不易控制，当载荷变化较大时，容易产生“爬行”或“自走”现象；而液压缸采用的工作介质是通常认为不可压缩的液压油，其特点是不如气缸快，但速度易于控制，当载荷变化较大时，采用措施得当，一般不会产生“爬行”和“自走”现象。把气缸与液压缸巧妙组合起来，取长补短，即成为气动中普遍采用的气-液阻尼缸。
气-液阻尼缸工作原理见图42.2-5。实际是气缸与液压缸串联而成，两固定在同一杆上。液压缸不用泵供油，只要充满油即可，其进出口间装有液压单向阀、节流阀及补油杯。当气缸右端供气时，气缸克服载荷带动液压缸向左运动（气缸左端排气），此时液压缸左端排油，单向阀关闭，油只能通过节流阀流入液压缸右腔及油杯内，这时若将节流阀阀口开大，则液压缸左腔排油通畅，两运动速度就快，反之，若将节流阀阀口关小，液压缸左腔排油受阻，两运动速度会减慢。这样，调节节流阀开口大小，就能控制的运动速度。可以看出，气液阻尼缸的输出力应是气缸中压缩空气产生的力（推力或拉力）与液压缸中油的阻尼力之差。
图42.GFR400-15 气-液阻尼缸
1—节流阀；2—油杯；3—单向阀；4—液压缸；5—气缸；6—外载荷
气-液阻尼缸的类型有多种。
按气缸与液压缸的连接形式，可分为串联型与并联型两种。前面所述为串联型，图42.2-6为并联型气-液阻尼缸。串联型缸体较长；加工与安装时对同轴度要求较高；有时两缸间会产生窜气窜油现象。并联型缸体较短、结构紧凑；气、液缸分置，不会产生窜气窜油现象；因液压缸工作压力可以相当高，液压缸可制成相当小的直径（不必与气缸等直径）；但因气、液两缸安装在不同轴线上，会产生附加力矩，会导轨装置磨损，也可能产生“爬行”现象。串联型气-液阻尼缸还有液压缸在前或在后之分，液压缸在后参见图42.2-5，液压缸两端作用面积不等，工作中需要储油或补油，油杯较大。如将液压缸前面（气缸在后面），则液压缸两端都有杆，两端作用面积相等，除补充泄漏之外就不存在储油、补油问题，油杯可以很小。
图42.GFR400-15 并联型气-液阻尼缸
1—液压缸；2—气缸按调速特性可分为：
1）慢进慢退式；
2）慢进快退式；
3）快进慢进快退式。
其调速特性及应用见表42.2-3。
就气-液阻尼缸的结构而言，尚可分为多种形式：
节流阀、单向阀单独设置或装于缸盖上；单向阀装在上（如挡板式单向阀）；缸壁上开孔、开沟槽、缸内滑柱式、机械浮动联结式、行程阀控制快速趋近式等。上有挡板式单向阀的气-液阻尼缸见图42.2-7。上带有挡板式单向阀，向右运动时，挡板离开，单向阀打开，液压缸右腔的油通过上的孔（即挡板单向阀孔）流至左腔，实现快退，用上孔的多少和大小来控制快退时的速度。向左运动时，挡板挡住上的孔，单向阀关闭，液压缸左腔的油经节流阀流至右腔（经缸外管路）。调节节流阀的开度即可调节慢进的速度。其结构较为简单，制造加工较方便。
图42.GFR400-15为采用机械浮动联接的快速趋近式气-液阻尼缸原理图。靠液压缸杆端部的T形顶块与气缸杆端部的拉钩间有一空行程s1，实现空程快速趋近，然后再带动液压缸，通过节流阻尼，实现慢进。返程时也是先走空行程s1，再与液压一起运动，通过单向阀，实现快退。
表42.GFR400-15气-液阻尼缸调速特性及应用
调速 结构示意图 特性曲线 作用原理 应用
双向节流调速在气-液阻尼缸的回油管路装设可调式节流阀，使往复运动的速度可调并相同适用于空行程及工作行程都较短的（s＜20mm）
单向节流调速将一单向阀和一节流阀并联在调速油路中。向右运动时，单向阀关闭，节流慢进；向左运动时，单向阀打开，不经节流快退。适用于空行程较短而工作行程较长的
快速趋近单
向节流调速将液压缸的?点与α点用管路相通，开始向右运动时，右腔油经由fgea回路直接流入α端实现快速趋近，当移过?点，油只能经节流阀流入α端，实现慢进，向左运动时，单向阀打开，实现快退。由于快速趋近，节省了空程时间，了劳动生产率。是各种机床、设备常用的
图42.GFR400-15上有挡板式单向阀的气-液阻尼缸
图42.GFR400-15浮动联接气-液阻尼缸原理图
1-气缸；2—顶丝；3—T形顶块；4—拉钩；5—液压缸
1— 图42.2-9是又一种浮动联接气-液阻尼缸。与前者的区别在于：T形顶块和拉钩装设位置不同，前者设置在缸外部。后者设置在气缸杆内，结构紧凑但不易空行程s1（前者调节顶丝即可方便调节s1的大小）。
1.2.4 特殊气缸
（1）冲击气缸
图42.2-9 浮动联接气-液阻尼缸
冲击气缸是把压缩空气的能量转化为、杆高速运动的能量，利用此动能去做功。
冲击气缸分普通型和快排型两种。
1）普通型冲击气缸普通型冲击气缸的结构见图42.2-10。与普通气缸相比，此种冲击气缸增设了蓄气缸1和带流线型喷气口4及具有排气孔3的中盖2。其工作原理及工作可简述为如下五个阶段（见图42.2-11）：
阶段：复位段。见图42.2-10和图42.2-11a，接通气源，换向阀处复位状态，孔A进气，孔B排气，5在压差的作用下，克服密封阻力及运动部件重量而上移，借助上的密封胶垫封住中盖上的喷气口4。中盖和之间的环形空间C经过排气小孔3与大气相通。后，有杆腔压力升高至气源压力，蓄气缸内压力降至大气压力。
第段：储能段。见图42.2-10和图42.2-11b，换向阀换向，B孔进气充入蓄气缸，A孔排气。由于蓄气缸压力作用在上的面积只是喷气口4的面积，它比有杆腔压力作用在上的面积要小得多，故只有待蓄气缸内压力上升，有杆腔压力下降，直到下列力平衡方程成立时，才开始。
式中 d——中盖喷气口直径（m）；
p30——开始瞬时蓄气缸压力（压力）（Pa）；
p20——开始瞬时有杆压力（压力）（Pa）；
G——运动部件（、杆及锤头号模具等）所受的重力（N）；
D——直径（m）；
d1——杆直径（m）；
F?0——开始瞬时的密封力（N）。
若不计式（42.2-1）中G和F?0项，且令d=d1，，则当
时，才开始。这里的p20、p30均为压力。可见开始瞬时，蓄气缸腔与有杆腔的压力差很大。这一点很明显地与普通气缸不同。
图42.2-10 普通型冲击气缸
第三阶段：冲击段。开始瞬时，蓄气缸压力p30可认为已达气源压力ps，同时，容积很小的无杆腔（包括环形空间C）通过排气孔3与大气相通，故无杆腔压力p10等于大气压力pa。由于pa/ps大于临界压力比0.528，所以开始后，在小流通截面处（喷气口与之间的环形面）为声速流动，使无杆腔压力急剧，直至与蓄气缸压力平衡。该平衡压力略低于气源压力。以上可以称为冲击段的第I区段。第I区段的作用时间极短（只有几毫秒）。在第I区段，有杆腔压力变化很小，故第I区段末，无杆腔压力p1（作用在积上）比有杆腔压力p2（作用在杆侧的环状面积上）大得多，在这样大的压差力作用下，很高的运动加速度，使高速运动，即进行冲击。在此B口仍在进气，蓄气缸腔至无杆腔已连通且压力相等，可认为蓄气-无杆为略带充气的绝热。同时有杆腔排气孔A通流面积有限，高速冲击势必造成有杆气体迅速压缩（排气不畅），有杆腔压力会迅速升高（可能高于气源压力）这必将引起减速，直至下降到速度为0。以上可称为冲击段的第Ⅱ区段。可认为第Ⅱ区段的有杆为边排气的绝热压缩。整个冲击段时间很短，约几十毫秒。见图42.2-11c。
图42.GFR400-15 普通型冲击气缸的工作原理
1— 蓄气缸；2—中盖；3—排气孔；4—喷气口；5—
第四阶段：弹跳段。在冲击段之后，从能量观点来说，蓄气缸压力能转化成动能，而的部分动能又转化成有杆腔的压力能，结果造成有杆腔压力比蓄气-无杆腔压力还高，即形成“气垫”，使产生反向运动，结果又会使蓄气-无杆腔压力，且又大于有杆腔压力。如此便出现在缸来回往复运动—即弹跳。直至两侧压力差克服不了阻力不能再发生弹跳为止。待有杆腔气体由A排空后，便下行至终点。
第五阶段：耗能段。下行至终点后，如换向阀不及时复位，则蓄气-无杆会继续充气直至达到气源压力。再复位时，充入的这部分气体又需全部排掉。可见这种充气不能作用有功，故称之为耗能段。实际使用时应避免此段（令换向阀及时换向返回复位段）。
对内径D=90mm的气缸，在气源压力0.65MPa下进行实验，所得冲击气缸特性曲线见图42.2-12。上述分析基本与特性曲线相符。
击段的分析可以看出，很大的运动加速使产生很大的运动速度，但由于必须克服有杆腔不断的背压力及力，则速度又要减慢，因此，在某个冲程处，运动速度必达大值，此时的冲击能也达大值。各种冲击作业应在这个冲程附近进行。
冲击气缸在实际工作时，锤头模具撞击工件作完功，一般就借助行程开关发出使换向阀复位换向，缸即从冲击段直接转为复位段。这种状态可认为不存在弹跳段和耗能段。
2）快排型冲击气缸由上述普通型冲击气缸原理可见，其一部分能量（有时是较大部分能量）被消耗于克服背压（即p2）做功，因而冲击能没有充分利用。假如冲击一开始，就让有杆腔气体全排空，即使有杆腔压力降至大气压力，则冲击中，可节省大量的能量，而使冲击气缸发挥更大的作用，输出更大的冲击能。这种在冲击中，有杆腔压力接近于大气压力的冲击气缸，称为快排型冲击气缸。其结构见图42.2-13a。
快排型冲击气缸是在普通型冲击气缸的下部了“快排机构”构成。快排机构是由快排导向盖1、快排缸体4、快排3、密封胶垫2等零件组成。
快排型冲击气缸的气控回路见图42.2-13b。接通气源，通过阀F1同时向K1、K3充气，K2通大气。阀F1输出口A用直管与K1孔连通，而用弯管与K3孔连通，弯管气阻大于直管气阻。这样，压缩空气先经K1使快排3推到上边，由快排3与密封胶垫2一起切断有杆腔与排气口T的通道。然后经K3孔向有杆腔进气，蓄气一无杆腔气体经K4孔通过阀F2排气，则上移。当封住中盖喷气口时，装在锤头上的压块推杆6，切换阀F3，发出控制阀F2使之切换，这样气源便经阀F2和K4孔向蓄气充气，一直充至气源压力。