用于电动工具的气压自平衡气缸结构

授权公告号：CN113561342B

授权公告日：2021.11.26

专利权人：江苏大艺科技股份有限公司

发明人：方鸿儒; 黄建平

现有电动工具的电锤、电镐主要依靠传动机构带动活塞在一个气缸内往复压缩空气（形成后空气弹簧），气缸内空气压力的周期性变化带动冲锤往复运动压缩空气（形成前空气弹簧）并击打冲击杆、钻头，输出对外的冲击力。气缸内部前后空气弹簧的平衡性对机器的性能以及用户的体验有直接的影响，目前主要依靠调整气缸外壁的进出气孔及补偿孔，但很难达到理想状态。工具在实际工作过程中，仍会频繁出现断冲或连冲的现象，影响工具的工作效率、寿命及用户体验。

发明专利“用于电动工具的气压自平衡气缸结构”涉及电动工具传动结构，提供一种用于电动工具的气压自平衡气缸结构，以优化前、后空气弹簧的气压平衡，解决此类电动工具断冲、连冲、自锤等的问题。

发明内容

一种用于电动工具的气压自平衡气缸结构，其中气缸内依次设有沿轴向滑动的冲击杆、冲锤和活塞，冲锤与前向的冲击杆之间形成第一气腔，冲锤与后向的活塞之间形成第三气腔，其特征在于：气缸结构包括气缸外由内而外套设的封堵组件和气缸壳，气缸与气缸壳之间形成第二气腔，气缸在周壁上设有连通第一、第二气腔的第一气孔，并在周壁上设有连通第二、第三气腔的第二气孔，封堵组件由距离筒、第一距离圈、第二距离圈、异形垫片及弹性件构成，其中异形垫片在气缸内与冲击杆一体套接并设有穿出气缸与所述距离筒一端面相抵接的凸台，第一距离圈部分穿接于距离筒和气缸外壁之间，且第一距离圈远离第一气孔的翻边两侧与距离筒另一端面及第二距离圈相抵靠；弹性件套接于气缸外并一端抵推第二距离圈，在弹性件的伸缩行程内使第二距离圈打开或封堵第二气孔；封堵组件与冲击杆相接随动，在冲击杆朝向冲锤无受力状态下，保持第二气孔打开，且封堵组件和冲锤在行程范围内交替封堵其中一个气孔。

距离筒在靠近异形垫片的圆周向开设有至少一排通气孔。

冲锤的轴向长度以及第一距离圈、第二距离圈的长度总和均在两个气孔之间最大距离范围内。

弹性件为压缩弹簧，气缸与气缸壳在远离冲击杆的一端设有密封装接的固定套，且弹性件远离第二距离圈的一端抵靠于固定套。气缸在固定套外侧接设有内置曲轴的曲轴箱，活塞上通过活塞销铰接设有连杆，曲轴与连杆铰接传动。

曲轴箱内形成第四气腔且曲轴箱开设有第三气孔，固定套开设有第四气孔，且第二气腔通过第三气孔、第四气孔与第四气腔相连通。

气缸的周壁上平行于轴向开设有至少一条滑槽，异形垫片的凸台自滑槽穿出，并与距离筒互相传动、沿滑槽导向滑动；且滑槽的长度大于异形垫片的外径。

气缸壳在靠近冲击杆的端部内壁设有与气缸外壁套接的凸环，且在凸环处接设有第一减震垫，冲击杆上套设有第三垫片及第二减震垫。

应用发明技术方案，较之于现有技术具备突出的实质性特点，而技术上的有益效果则体现了显著的进步性：通过优化气腔布局，以及冲击杆在不同受压情况下位置变化带来的气孔封堵可调节性，使得气缸和气缸壳内各气腔自由切换隔绝和开放状态以调节气压。该气压自平衡气缸结构制造简单、可靠性强，能够优化气缸内部气压的平衡，解决断冲、连冲、自锤等的问题，提高电动工具的冲击效能和稳定性，延长电动工具的使用寿命，缓解实际作业时的反作用力，提升用户操作体验。

实施方式

图1～图4所示可见，一种用于电动工具的气压自平衡气缸结构，与传统电动工具的气缸结构相似，该气缸3内依次设有沿轴向滑动的冲击杆12、冲锤15和活塞17，冲锤15与前向的冲击杆12之间形成第一气腔X，冲锤15与后向的活塞17之间形成第三气腔Z。作为该气缸结构的创新改良及优化，该气缸3外侧由内而外套设的封堵组件和气缸壳20，气缸3与气缸壳20之间形成第二气腔Y，气缸3在周壁上设有连通第一、第二气腔的第一气孔C，并在周壁上设有连通第二、第三气腔的第二气孔B，而封堵组件的一端与冲击杆12相接随动，在冲击杆12朝向冲锤15无受力状态下，保持第二气孔B打开，且封堵组件和冲锤15在行程范围内交替封堵其中一个气孔。

图1

图4

从功能实现来理解，在冲击杆12未受压时，即冲击杆12外端所接设的钻头11未触墙受压时，由封堵组件封堵第一气孔C并打开第二气孔B；此时由于第二气孔B连通气缸3内外的第二、第三气腔，具有较大的空间容纳气体，活塞与冲锤之间的第三空腔无法形成负压，因此活塞17幅度较小的往复运动无法带动冲锤15发生往复运动，从而避免工具在非工作态自锤。而当冲击杆12受压后，封堵组件跟随移动，进而打开第一气孔C并封堵第二气孔B；此时由于第一气孔C连通气缸3内外的第一、第二气腔，具有较大的空间容纳气体，而冲锤15和活塞17之间仅有较小的空间，活塞17的往复运动会对冲锤15产生较大的推力或吸力，即形成后空气弹簧，冲锤15则不断周期性推动冲击杆12对外做功；当冲击杆12复位至初始位置后，封堵组件重新封堵第一气孔C、打开第二气孔B，此时可以继续下一循环。当然，进行墙面开孔等冲、锤、镐作业时，由于冲击杆持续受力向内被压，上述第二气孔B被开通的机会较少，因此活塞17能持续、稳定地向冲锤输出推力，而避免工具在工作台断冲。由此可见，利用气缸壳增设气腔并结合封堵组件的滑移进行各个气腔的隔绝、放开实现气压调节、平衡，有利于解决现有电动工具的上述问题，并提高电动工具的冲击效能和稳定性。

气缸3和气缸壳20远离冲击杆12的一端设置有用于封闭装接的固定套10，且固定套10外侧还设置有曲轴箱21。曲轴箱21内设置有曲轴23，活塞17上通过活塞销19铰接有连杆22。曲轴23与连杆22铰接。由此通过工具本身动力驱动曲轴箱21内曲轴23转动，并传动连杆22带动活塞17往复移动。气缸壳20在靠近冲击杆的端部内壁上设置有凸环。凸环套设在气缸3外壁，且气缸壳20内在凸环的外侧还设置有第一减震垫1和第一垫片2。钻头11与冲击杆12连接，对墙面等施工对象输出工具动力。上述气缸3和气缸壳20之间形成第二气腔Y，气缸3内在冲击杆12和冲锤15之间形成第一气腔X，气缸3内在冲锤15和活塞17之间形成第三气腔Z。第一气孔C连通第一气腔X和第二气腔Y。第二气孔B连通第二气腔Y和第三气腔Z。第一气腔X和第二气腔Y连通且第二气腔Y和第三气腔Z隔断时，曲轴箱21能够驱动活塞17往复运动，并将驱动力通过第三气腔Z作用到冲锤15上，即形成后空气弹簧；冲锤15在被驱动后，将作用力传输到冲击杆12上，冲击杆12则把冲击力输送到钻头11上，完成锤钻作业。而当第二气腔Y和第三气腔Z连通时，活塞17的往复运动在相对开放式的第三气腔Z中不会驱动冲锤及电动工具整体对外做功。

作为发明实现气压自平衡的关键改良，封堵组件由距离筒5、第一距离圈6、第二距离圈7、异形垫片4及弹性件8构成，为减少弹性件8对固定套10的磨损，还可在弹性件8远离第二距离圈7的一端设置套接于气缸3的第二垫片9。

气缸3的周壁上平行于轴向开设至少一条滑槽40，图示中为轴向两侧隔空相对的两条滑槽。而异形垫片4主体呈圆环状，且滑动设置在气缸3内。异形垫片4的内环在气缸内套设在冲击杆12上，且结合强度满足一体联动。该异形垫片4上还设有凸台41。凸台41经由滑槽40伸出气缸3，一方面沿滑槽40导向往返移动，另一方面与距离筒5相接触，实现互相传动。

为方便异形垫片4的安装，设置其中任意一条滑槽40的长度大于异形垫片4的外径参照图3所示，在安装时，将异形垫片4的面平行于气缸3的中心轴向装入气缸3之中，而后翻转异形垫片4使其与气缸3的轴向重合，最后再让冲击杆12穿过异形垫片4的内环套接定位，完成气缸3前向的部分装配。

图3

气缸3内设置有台阶。台阶的面能够限制异形垫片4的最大运动位置。

距离筒5、第一距离圈6自外而内依次套设在气缸3外，第二距离圈7也套设在气缸3外侧并与第一距离圈6并排设置。距离筒5的两端平面分别与异形垫片4的凸台41和第一距离圈6的翻边相接触。部分第一距离圈6位于距离筒5内，随距离筒5位移主要起到封堵第一气孔C的作用。距离筒5起到了同时支撑异形垫片4、第一距离圈6的作用，并在沿气缸3轴向往复运动时对异形垫片4、第一距离圈6和第二距离圈7起到矫正两者运动轴线的作用。

距离筒5上开设有至少一排的多个通气孔D。在气缸3随做功周期性往复运动的过程中，通气孔D能够在第一气腔X和第二气腔Y之间增加一道气体交互的限制，以相对减少第一气腔X的负压变化速度，使得冲锤15前、后空气弹簧的压力差变化的速度降低，从而进一步优化气缸3内外气体平衡性，解决电动工具（尤其是锤、镐）的连冲、断冲等问题。

图3所示中，通气孔D沿距离筒5圆周阵列开设有两排。第一距离圈6可以封闭部分通气孔D。而通气孔D的形状具有多样性，可以是圆孔、椭圆孔、腰孔、三角孔或多边形孔的一种或多种组合。

弹性件8设置在第二距离圈7和固定套10之间。钻头11在敲击被加工件时，会受到反作用力回弹，该反作用力会传递到工具主体，因此，弹性件8能够起到缓冲的作用，有效减少传递到电动工具后向主体的反作用力，使工具操作者得到更舒适的操作体验，降低劳动强度。同时，在异形垫片4受轴向推力往复运动时，弹性件4能够带动距离筒5、第一距离圈6和第二距离圈7及时的跟随运动，提高电动工具的作业效率。

弹性件8可以为套设在气缸3外的压缩弹簧。气缸3上在固定套10处设置有第二垫片9。压缩弹簧的两端分别抵推在第二距离圈7和第二垫片9上。

曲轴箱21内还可开设有第四气腔W，曲轴箱21上开设有第三气孔E，固定套10上开设有第四气孔F。在电动工具装配时可以调节使第三气孔E和第四气孔F连通，以实现使第二气腔Y和第四气腔W连通。由于冲锤15、活塞17在气缸3中往复运动发热，会使第二气腔Y中的气体鼓胀。在第三气孔E和第四气孔F连通后，相对增大了第二气腔Y，可以减缓气体的鼓胀速度，从而能够更好地平衡内部的气压。

气缸3的周壁上还开设有补偿孔A。补偿孔A能够在活塞17越过后，连通第二气腔Y和第三气腔Z，提高换气效率。

为了提高密封性，可以分别在冲锤15的周面上设置第一O形圈16，在活塞17的周面上设置第二O形圈18。

为了进一步缓冲钻头11的反作用力，可以在上述冲击杆12外套设第三垫片13及第二减震垫14，并与异形垫片4柔性抵接。

为了达到第二气孔B和第一气孔C不被长时间同时封堵的目的，可以使冲锤15的轴向长度以及第一距离圈6和第二距离圈7的长度总和均不大于第二气孔B和第一气孔C之间的最大距离。即在封堵组件和冲锤的行程范围内，两个气孔至少其一的部分保持相关两个气腔的连通状态。而且，上述第二气孔B和第一气孔C可以分别是沿着气缸3对应的圆周壁均匀间隔开设有一排孔，如图3所示。

从该气压自平衡气缸结构所实现的状态改变和工作原理来看。如图1所示，在钻头11未受按压时，此时第一距离圈6接近完全封堵第一气孔C，第二距离圈7使第二气孔B开放。第一气腔X和第二气腔Y保持最大程度相隔绝，第二气腔Y和第三气腔Z连通，第三气腔Z无法形成负压，活塞17的往复运动无法带动冲锤15运动，从而避免工具自锤。

图2所示，实际加工作业时，用户对电动工具施加向前方按压的力度，而将钻头11按压在被加工件上（例如混凝土），即冲击杆12受压，从而使钻头11、冲击杆12向内部移动，同时带动异形垫片4、距离筒5、第一距离圈6和第二距离圈7相内移动。此时，弹性件8呈压缩状态，异形垫片4处于最大运动行程位置。第二距离圈7达到封闭第二气孔B的位置，第二气腔Y和第三气腔Z完全隔绝，且第三气腔Z易于形成负压，活塞17的往复运动带动冲锤15运动。而且第一距离圈6让出第一气孔C，使第一气腔X和第二气腔Y连通，从而便于进行锤钻作业。

图2

实际加工作业时，电动工具的状态是由图1所示至图2所示再由图2所示至图1所示的周期性运动。在此过程中，第一气孔C开始封闭时第一气腔X负压增大，第二气孔B开放时第三气腔Z负压减小；相反，气孔C开始打开时第一气腔X负压减小，第二气孔B封闭时第三气腔Z负压增大；通过距离筒5上通气孔D、第一距离圈6和第二距离圈7的周期性运动，可以调节第一气腔X、第二气腔Y和第三气腔Z的气体交互，达到平衡冲锤15前、后空气弹簧的目的。

关于气压自平衡气缸结构结合图示可见，方案具备多方面显著的优点，通过优化气腔布局，以及冲击杆在不同受压情况下位置变化带来的气孔封堵可调节性，使得气缸和气缸壳内各气腔自由切换隔绝和开放状态以调节平衡气压。该方案制造简单、可靠性强，能够优化气缸内部气压的平衡，解决断冲、连冲、自锤等的问题，提高电动工具的冲击效能和稳定性，延长电动工具的使用寿命，缓解实际作业时的反作用力，提升用户操作体验。

发明专利“用于电动工具的气压自平衡气缸结构”还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在其要求保护的范围之内。