本發(fā)明涉及傳動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械自鎖式活塞缸及聯(lián)桿機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)聯(lián)桿機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)(如料倉(cāng)門的開與關(guān)的控制)采用活塞缸作為動(dòng)力源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，通常除了依靠機(jī)械原理特性設(shè)置機(jī)構(gòu)自鎖外，仍需設(shè)置二級(jí)自鎖，一旦機(jī)構(gòu)自鎖失效，二級(jí)自鎖即可發(fā)揮作用，以確保系統(tǒng)安全可靠。

現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)活塞缸自鎖方式大致有兩種：第一種是在活塞缸管路上設(shè)置單向閥、雙壓閥等控制元件，通過封閉活塞缸的進(jìn)出口截?cái)嗔黧w的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活塞缸的自鎖。第一種活塞缸自鎖方式在實(shí)際應(yīng)用中存在以下不足：對(duì)活塞缸的氣密性要求高、長(zhǎng)時(shí)間保壓、環(huán)境溫度變化較大等工況基本無(wú)法應(yīng)用，且易自鎖失效或因卡滯而無(wú)法工作。

第二種是在活塞缸內(nèi)增設(shè)活塞桿鎖緊單元，該單元在壓力信號(hào)低于一定值時(shí)鎖住活塞桿，當(dāng)壓力信號(hào)到達(dá)一定值時(shí)松開活塞桿，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞缸的自鎖。鎖緊單元與活塞桿之間易卡滯無(wú)法脫離，導(dǎo)致活塞缸不能正常工作；因結(jié)構(gòu)限制，鎖緊單元鎖銷強(qiáng)度受限，易變形斷裂而導(dǎo)致失效。

經(jīng)上述可以看出，現(xiàn)有活塞缸自鎖方式易自鎖失效且易卡滯無(wú)法工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種機(jī)械自鎖式活塞缸及聯(lián)桿機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有活塞缸自鎖方式易自鎖失效且易卡滯無(wú)法工作的技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)械自鎖式活塞缸，包括：活塞缸筒，活塞總成，前叉總成，支座，鎖桿總成，下壓件；

所述活塞總成的活塞端位于所述活塞缸筒內(nèi)，所述前叉總成固定在所述活塞總成的活塞桿上，所述支座固定在所述活塞缸筒的前蓋端面上，所述鎖桿總成的后端鉸接在所述支座上，所述下壓件固定在所述支座上，且所述下壓件壓在所述鎖桿總成上，所述活塞總成在第一位置時(shí)，所述鎖桿總成的前端內(nèi)推部抵在所述前叉總成的外移側(cè)，所述活塞總成由所述第一位置外移至第二位置時(shí)，所述前叉總成脫離所述前端內(nèi)推部。

優(yōu)選的，所述鎖桿總成包括：鎖桿，鎖鉤，轉(zhuǎn)軸；

所述鎖桿的后端通過所述轉(zhuǎn)軸與所述支座連接，所述鎖鉤固定在所述鎖桿的前端，所述前端內(nèi)推部位于所述鎖鉤的下端端部。

優(yōu)選的，所述鎖桿的后端端面的上部為弧面，所述鎖桿的所述后端端面的下部為直面。

優(yōu)選的，所述前叉總成包括：前叉本體，銷軸總成；

所述前叉本體的前端為雙耳板部，所述雙耳板部上相對(duì)著開有腰圓孔，所述銷軸總成位于所述腰圓孔內(nèi)，所述前叉本體的后端開有活塞桿安裝孔，所述前叉本體通過所述活塞桿安裝孔緊固在所述活塞桿上，所述活塞總成在所述第一位置時(shí)，所述前端內(nèi)推部抵在所述銷軸總成上。

優(yōu)選的，所述前叉本體上設(shè)置有外推部，所述鎖桿的下緣工作面由前下降作用面、中水平作用面和后上升作用面構(gòu)成，所述活塞總成在所述第一位置時(shí)，所述外推部抵在所述前下降作用面。

優(yōu)選的，所述鎖桿總成還包括燕尾板；

所述燕尾板焊接在所述鎖桿上，所述鎖鉤通過可拆卸固定件緊固在所述燕尾板上。

優(yōu)選的，所述銷軸總成包括銷軸，所述銷軸位于所述前叉本體的所述腰圓孔內(nèi)，所述銷軸上在所述腰圓孔外側(cè)均設(shè)置有大墊圈和小墊圈，所述銷軸的兩端端部設(shè)置有開口哨。

優(yōu)選的，所述下壓件具體為限位板簧，所述限位板簧的后端固定在所述支座上，所述限位板簧的前端壓在所述鎖桿的上緣面。

優(yōu)選的，所述下壓件為扭簧，所述扭簧的彈簧圈套在所述轉(zhuǎn)軸上，所述扭簧的扭臂壓在所述鎖桿的上緣面。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種聯(lián)桿機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，包括聯(lián)桿機(jī)構(gòu)和如第一方面所述的機(jī)械自鎖式活塞缸，所述連桿結(jié)構(gòu)外接在所述機(jī)械自鎖式活塞缸的前叉總成上。

本發(fā)明實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

通過前叉總成固定在活塞總成的活塞桿上，支座固定在活塞缸筒的前蓋端面上，鎖桿總成的后端鉸接在支座上，下壓件固定在支座上，且下壓件壓在鎖桿總成上方，活塞總成在第一位置時(shí)鎖桿總成的前端內(nèi)推部抵在前叉總成的外移側(cè)，活塞總成由第一位置外移至第二位置時(shí)，帶動(dòng)前叉總成脫離鎖桿總成的前端內(nèi)推部。因此鎖桿總成在下壓件的作用力下呈轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，使得鎖桿總成與前叉總成貼合形成鎖定。只要活塞總成不執(zhí)行動(dòng)作，前叉總成就始終被鎖定，外接的聯(lián)桿結(jié)構(gòu)就會(huì)被鎖定。因此解決了現(xiàn)有活塞缸自鎖方式易自鎖失效且易卡滯無(wú)法工作的技術(shù)問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)械自鎖式活塞缸的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)械自鎖式活塞缸的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中前叉本體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中銷軸總成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中鎖桿總成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5中鎖桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖5中鎖鉤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)械自鎖式活塞缸的鎖定狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參考圖1～圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)械自鎖式活塞缸，包括：活塞缸筒1、活塞總成2、前叉總成3、支座4、鎖桿總成5和下壓件6。

活塞總成2的活塞端位于活塞缸筒1內(nèi)，前叉總成3固定在活塞總成2的活塞桿21上，支座4固定在活塞缸筒1的前蓋端面11上，鎖桿總成5的后端鉸接在支座4上，下壓件6固定在支座4上，且下壓件6壓在鎖桿總成5上，活塞總成2在第一位置時(shí)，鎖桿總成5的前端內(nèi)推部523抵在前叉總成3的外移側(cè)，活塞總成2由第一位置外移至第二位置時(shí)，前叉總成3脫離鎖桿總成5的前端內(nèi)推部523。

具體的，第一位置為活塞總成2在活塞缸筒1內(nèi)的最大回縮位置。

活塞總成2包括活塞桿21和在活塞桿21后端裝配的活塞，活塞桿21的前端從在活塞缸筒1的前蓋端面11伸出至活塞缸筒1外。前叉總成3的后端開有活塞桿安裝孔3113，前叉總成3通過活塞桿安裝孔3113緊固在活塞桿21的前端。具體的，活塞桿21的前端設(shè)置有螺紋桿段，螺紋桿段旋緊在活塞桿安裝孔3113中，從而實(shí)現(xiàn)前叉總成3緊固在活塞桿21的前端。

前叉總成3包括前叉本體31和銷軸總成32，前叉本體31的結(jié)構(gòu)參考圖3所示，銷軸總成32的結(jié)構(gòu)參考圖4所示。

具體的，如圖3所示，前叉本體31的前端為雙耳板部311，雙耳板部311相對(duì)著開有腰圓孔3111、3112，銷軸總成32位于腰圓孔3111、3112內(nèi)，活塞桿安裝孔3113開在前叉本體31的后端，前叉本體31通過活塞桿安裝孔3113緊固在活塞桿21的螺桿段。

前叉本體31上設(shè)置有外推部312，外推部312與前叉本體31一體成型上或?yàn)楹附釉谇安姹倔w31上的推鐵。活塞總成2在第一位置時(shí)，外推部312抵在鎖桿總成5上，鎖桿總成5在外推部312的作用下呈轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，活塞總成2由第一位置外移時(shí)，外推部312向外移動(dòng)，鎖桿總成5在外推部312的作用力下轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞總成2外移至在活塞總成2外移至第二位置時(shí)，鎖桿總成5脫離前端內(nèi)推部523。

參考圖4所示，銷軸總成32包括銷軸321，銷軸321安裝在前叉本體31的一對(duì)腰圓孔3111、3112內(nèi)，銷軸321上在腰圓孔3111、3112外側(cè)均設(shè)置有大墊圈322和小墊圈323，銷軸321的兩端端部設(shè)置有開口哨324，通過開口哨324限定銷軸321在腰圓孔3111、3112內(nèi)并能在腰圓孔3111、3112內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。

參考圖5所示，鎖桿總成5包括鎖桿51、鎖鉤52和轉(zhuǎn)軸53。鎖桿51的后端通過轉(zhuǎn)軸53與支座4連接，鎖鉤52固定在鎖桿51的前端，鎖鉤52的下端端部設(shè)置為前端內(nèi)推部523。具體的，前端內(nèi)推部523為與銷軸321匹配的弧形限位面。

在第一實(shí)施方式中，參考圖6所示，鎖桿51的下緣工作面為圓弧面，圓弧面具體由前下降作用面511、中水平作用面512和后上升作用面513構(gòu)成，活塞總成2在第一位置時(shí)，前叉本體31上的外推部312抵在鎖桿51的前下降作用面511?；钊偝?從第一位置外移至第二位置時(shí)，外推部312脫離鎖桿51的前下降作用面511，活塞總成2繼續(xù)前移，外推部312經(jīng)過中水平作用面512和后上升作用面513。則圓弧面的下緣工作面使鎖桿總成5的啟動(dòng)力小，適合機(jī)械自鎖式活塞缸水平或向上安裝。

在第二實(shí)施方式中，鎖桿51的下緣工作面為平面，適合機(jī)械自鎖式活塞缸的各種安裝。利用外推部312與下緣工作面摩擦力增大解鎖鎖桿總成5，以解決了機(jī)械自鎖式活塞缸向下安裝時(shí)因活塞前移導(dǎo)致意外解鎖。

鎖桿51的后端開有圓孔514，通過轉(zhuǎn)軸53穿過圓孔514安裝在支座4上，鎖桿51的后端端面的上部為弧面515，鎖桿51的后端端面的下部為直面516。弧面515使鎖桿51相對(duì)于支座4轉(zhuǎn)動(dòng)上抬而不被阻擋，直面516支撐鎖桿51，具體的，直面516與支座4之間僅有不大于3mm的間隙，限制了鎖桿51下壓觸碰到活塞桿21。

進(jìn)一步的，鎖桿總成5還包括燕尾板54；燕尾板54焊接在鎖桿51上，鎖鉤52通過可拆卸固定件緊固在燕尾板54上。具體的，燕尾板54焊接在鎖桿51的前端，燕尾板54上沿長(zhǎng)度方向開有多個(gè)用于安裝鎖鉤52的鎖鉤安裝孔。

如圖7所示，鎖勾52的一端為燕尾槽安裝面521，在燕尾槽安裝面521上開有固定孔522、鎖勾52的另一端設(shè)置有前端內(nèi)推部523。鎖勾52通過緊定螺釘?shù)瓤刹鹦豆潭┻^固定孔522旋緊到燕尾板54上的一個(gè)或兩鄰多個(gè)鎖鉤安裝孔中，鎖勾52沿鎖桿51根據(jù)需要緊固在燕尾板54的不同位置，實(shí)現(xiàn)了鎖勾52沿鎖桿51的長(zhǎng)度方向的位置可調(diào)。

參考圖1所示，在第一實(shí)施方式下，下壓件6為限位板簧，限位板簧的后端固定在支座4上，限位板簧的前端壓著鎖桿51的上緣面。在第二實(shí)施方式下，下壓件6還為扭簧，扭簧的彈簧圈套在轉(zhuǎn)軸53上，扭簧的扭臂壓在鎖桿51的上緣面。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種聯(lián)桿機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，包括聯(lián)桿機(jī)構(gòu)(未圖示)和前述實(shí)施例所述的機(jī)械自鎖式活塞缸，連桿結(jié)構(gòu)外接在機(jī)械自鎖式活塞缸的前叉總成3上。具體外接在銷軸321上，由機(jī)械自鎖式活塞缸作為動(dòng)力源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)連桿結(jié)構(gòu)。

下面參考圖8對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)械自鎖式活塞缸的工作過程進(jìn)行描述：

鎖定狀態(tài)：聯(lián)桿機(jī)構(gòu)處于鎖定位(如料倉(cāng)門處于關(guān)閉位)時(shí)，活塞總成2位于最大回縮位置，鎖桿總成5在下壓件6的作用下繞轉(zhuǎn)軸53呈轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，鎖勾52的前端內(nèi)推部523抵在銷軸321上貼合形成鎖定，此時(shí)只要活塞總成2不執(zhí)行動(dòng)作，銷軸321始終被鎖定，連接在銷軸321上的聯(lián)桿機(jī)構(gòu)就會(huì)被鎖定。

解鎖過程：壓縮流體(如氣體、液體)進(jìn)入活塞缸筒1的無(wú)桿腔時(shí)，活塞總成2在壓力差的作用下帶動(dòng)前叉總成3前移，當(dāng)活塞總成2的推力大于鎖桿總成5的啟動(dòng)力時(shí)，鎖桿總成5在外推部312的作用下繞轉(zhuǎn)軸53轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)外推部312繼續(xù)前移至第二位置時(shí)，鎖勾52與銷軸321脫離，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自鎖式活塞缸解鎖。在解鎖后，活塞總成2控制聯(lián)桿機(jī)構(gòu)打開。

恢復(fù)鎖定：當(dāng)活塞總成2完成打開聯(lián)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作后，再需要執(zhí)行關(guān)閉聯(lián)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)，壓縮流體(如氣體、液體)進(jìn)入活塞缸筒1的有桿腔，活塞總成2在壓力差的作用下帶動(dòng)前叉總成3回縮，當(dāng)外推部312回縮至與鎖桿51的前下降作用面511接觸時(shí)，帶動(dòng)鎖桿總成5繞轉(zhuǎn)軸53轉(zhuǎn)動(dòng)，直至鎖勾52的前端內(nèi)推部523抵在銷軸321上貼合形成鎖定，連接在銷軸321上的聯(lián)桿機(jī)構(gòu)也就被鎖定。

在針對(duì)鎖桿51為第一實(shí)施方式時(shí)，鎖桿51的下緣工作面為圓弧面，下壓件6施加給鎖桿51的作用力為F₁，外推部312施加給鎖桿51的水平力為F₂(忽略摩擦力)，則鎖定力矩為：F₁×L₁＝M₁，其中，L₁為轉(zhuǎn)軸53的軸心與下壓件6對(duì)鎖桿51的下壓接觸點(diǎn)之間的垂直距離；開鎖力矩為：F₂×L₂＝M₂，其中，L₂為轉(zhuǎn)軸53的軸心與外推部312對(duì)鎖桿51的接觸面之間的垂直距離。當(dāng)：M₁＞M₂時(shí)，機(jī)械自鎖式活塞缸鎖鎖定；M₁＝M₂時(shí)，機(jī)械自鎖式活塞缸鎖鎖定；M₁＜M₂時(shí)，機(jī)械自鎖式活塞缸鎖解鎖。水平或向上安裝的活塞總成2在未工作時(shí)，M₂＝0，始終M₁≥M₂。因此機(jī)械自鎖式活塞缸鎖鎖定。

在針對(duì)鎖桿51為第二實(shí)施方式時(shí)，鎖桿51的下緣工作面為平面，利用下緣工作面摩擦力增大來(lái)解鎖鎖桿總成5，解決因活塞總成2前移導(dǎo)致的意外解鎖隱患。下壓件6施加給鎖桿51的作用力為F₁，外推部312施加給鎖桿51的力為F₂(當(dāng)機(jī)械自鎖式活塞缸朝下安裝且未工作時(shí)，F(xiàn)₂即為活塞總成2和前叉總成3的總自身重力)，F(xiàn)₂可分解為F₂₁和F₂₂兩個(gè)分力，F(xiàn)_μ為前下降作用面511與外推部312之間的摩擦力。其中，F(xiàn)₂₁＝F₂×cos(θ)，F(xiàn)₂₂＝F₂×sin(θ)，F(xiàn)_μ＝F₂₁×μ。θ為F₂力作用線與接觸面法線間的夾角，μ為前下降作用面511與外推部312之間的摩擦系數(shù)。利用外推部312施加給鎖桿51的力F₂及下壓件6施加給鎖桿51的作用力F₁來(lái)克服機(jī)械自鎖式活塞缸自重對(duì)自身機(jī)械鎖的影響，確保機(jī)械自鎖式活塞缸在未工作時(shí)機(jī)械鎖鎖定。

在第三實(shí)施方式下，在機(jī)械自鎖式活塞缸的活塞缸中心軸非水平安裝，則下壓件6的作用力為阻止活塞總成2和前叉總成3在自重作用下外移而引起鎖桿總成5抬起的回彈力F_1min：

式中0.7g為活塞總成2和前叉總成3的垂向加速度。L₁為轉(zhuǎn)軸53的軸心與下壓件6對(duì)鎖桿51的下壓接觸點(diǎn)之間的垂直距離；L₂為轉(zhuǎn)軸53的中心與外推部312對(duì)鎖桿51的接觸面之間的垂直距離，L_μ為轉(zhuǎn)軸53的外形至外推部312對(duì)鎖桿51的接觸面之間的最小垂直距離。θ為F₂力作用線與接觸面法線間的夾角，α為活塞缸中心軸與水平面之間的夾角；G為活塞總成2與前叉總成3的自重，g為重力加速度。

下壓件6的最大回彈力F_1max為活塞缸筒1無(wú)桿腔的壓力達(dá)到啟動(dòng)壓力時(shí)，此時(shí)活塞缸筒1的無(wú)桿腔內(nèi)的壓縮流體推動(dòng)活塞總成2外移時(shí)的軸向推力F_T作用于鎖桿51而引起鎖桿51轉(zhuǎn)動(dòng)：

D為活塞缸筒1的缸徑；p₀為啟動(dòng)力；β為機(jī)械自鎖式活塞缸的負(fù)載率：油缸為0.9，氣缸為0.6～0.9。

下面給出第三種實(shí)施方式下活塞總成2和前叉組成4的自重G共為19.2kg的一個(gè)具體舉例：鎖桿51和外推部312的材質(zhì)均為鋼，摩擦系數(shù)μ為0.15(摩擦角為8.5°)。其他參數(shù)為：θ＝12°；α＝45°；L₁＝295mm；L₂＝105mm；L_μ＝97mm；D＝200mm；p₀＝4bar；β＝0.8。則計(jì)算出：F_1min＝67.88N；F_1max＝3150.26N。為減小解鎖力來(lái)防止因摩擦自鎖而解鎖困難，又盡量利用摩擦力，減小下壓件6的作用力，則10°＜θ≤15°。

本發(fā)明實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

通過前叉總成固定在活塞總成的活塞桿上，支座固定在活塞缸筒的前蓋端面上，鎖桿總成的后端鉸接在支座上，下壓件固定在支座上，且下壓件壓在鎖桿總成上方，活塞總成在第一位置時(shí)鎖桿總成的前端內(nèi)推部抵在前叉總成的外移側(cè)，活塞總成由第一位置外移至第二位置時(shí)前叉總成脫離前端內(nèi)推部。因此鎖桿總成在下壓件的作用力下呈轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，使得鎖桿總成與前叉總成貼合形成鎖定。只要活塞總成不執(zhí)行動(dòng)作，前叉總成就始終被鎖定，外接的聯(lián)桿結(jié)構(gòu)就會(huì)被鎖定。因此解決了現(xiàn)有活塞缸自鎖方式易自鎖失效且易卡滯無(wú)法工作的技術(shù)問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。