CN100458185C - 随动液压伺服油缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压油缸，尤其涉及一种随动伺服液压油缸。其包括油缸体、前端盖、进油口、回油口、油缸体的腔体内设有活塞和与之相连的活塞杆，活塞一侧的腔体为有杆腔，活塞另一侧的腔体为无杆腔，活塞内设有阀腔和流道，阀腔内设有可移动的阀芯和控制阀口，阀芯的一端连接有操纵杆；流道的一端与控制阀口相通，另一端与腔体相通；进油口与有杆腔相通，回油口与控制阀口相通。本发明目的主要是将液压伺服系统的控制装置与执行装置合二为一，设计成一个液压伺服装置，以油缸作为固定件，油缸的活塞作为运动件，将阀芯的位移输入直接转换为油缸活塞和活塞杆的位移输出，提供一种控制精度高，频率响应快，运动惯量小的随动伺服液压油缸。

Description

随动液压伺服油缸

技术领域

本发明涉及液压油缸，尤其涉及一种随动伺服液压油缸。

背景技术

一般液压伺服系统可分为：阀控缸式液压伺服系统、阀控马达式液压伺服系统和泵控马达式液压伺服系统。其中，阀控缸式液压伺服系统又可分为滑阀式液压伺服系统、喷嘴挡板式液压伺服系统、射流管式液压伺服系统等。对于射流管式液压伺服系统，因射流管运动部件转动惯量大，工作性能较差，射流能量损失大，零位处无功损耗也大，效率较低，只适合低压、功率较小的场合使用。喷嘴挡板式液压伺服系统结构简单，反应快灵敏度高。但无功损耗大，位移小，一般在多级放大伺服系统中多用作为前置级伺服装置。滑阀式液压伺服系统，根据滑阀的阀口节流边数的不同，又分为单边滑阀控制式、双边滑阀控制式和四边滑阀控制式液压伺服系统。图1即为四边滑阀控制式随动液压伺服系统。该系统由具有四条阀口节流边的控制滑阀的阀体27与油缸体8组成，彼此相互独立。在油缸体8内设有活塞杆6，活塞杆6上设有活塞9，活塞杆6的两端延伸至油缸体8外，活塞杆6至少一端固定，油缸体8可沿活塞杆6往复移动。活塞9将油缸体8的内腔分隔成两个有杆腔，每个有杆腔各设一个油口。控制阀的阀体27设置在油缸体8外，油缸体8上的油口通过阀体27上的通道与阀腔22相连通。阀体27内设有阀腔22，阀腔内22设有阀芯3，阀芯3上连接有操纵杆2，阀体27上设有进油口17和回油口18，阀体27上还设有将阀腔22与油缸体8上的两个油口分别相连通的通道。工作时利用操作杆改变阀芯3在阀腔22内的位置，控制活塞9两侧腔体的压差变化，从而达到控制油缸体沿活塞运动的方向、速度和位置。滑阀式液压伺服系统用于稳定性和精度要求高的系统。但装配精度要求高，价格较贵。对于滑阀式液压伺服系统，从控制质量上来看，四边控制较好；从结构工艺上看，单边控制简单。以上所述伺服系统共同的结构特点之一，是系统的控制装置(伺服阀)与执行装置(油缸)为相互分离的两个装置构成的液压系统。特点之二，是其固定件是油缸的活塞杆，运动件是缸体和阀及其连接件，因而结构复杂，体积较大，运动惯量较大。特点之三，是其控制的方式是通过改变阀芯的位置(或档板的位置、或喷嘴的角度)，来控制活塞两边的压差变化，进而控制油缸体的运动方向、速度和位置。

发明内容

本发明目的主要是将液压伺服系统的控制装置与执行装置合二为一，设计成一个液压伺服装置，以油缸作为固定件，油缸的活塞作为运动件，将阀芯的位移输入直接转换为油缸活塞和活塞杆的位移输出，提供一种控制精度高，频率响应快，结构简单、紧凑，运动惯量小的随动伺服液压油缸。

本发明同时也提供了一种通过操作杆可以精确控制油缸活塞杆输出的一种数字随动伺服液压油缸。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种随动伺服液压油缸，包括油缸体、油缸体内设有的活塞和与活塞相连的活塞杆，油缸体内的腔体由活塞分隔为有杆腔和无杆腔，活塞杆端为有杆腔，另一端为无杆腔。活塞同时作为控制滑阀的阀体，内设有阀腔、控制阀口和与之相通的两条流道，流道I一端与有杆腔相通，另一端与差动阀口相通；流道II一端与无杆腔相通，另一端与回油阀口相通。油缸有杆腔一端设置进油口，有杆腔内的压力油可通过流道I和差动阀口进入无杆腔。在活塞杆内开设有回油流道，可将无杆腔内的回油，通过活塞阀腔内回油阀口和活塞杆内回油流道，引入油缸前盖内的油槽内，并从回油口接出。设置在活塞阀腔内的阀芯的两端面，与阀腔内的两个控制阀口(差动阀口和回油阀口)构成了一个零开口的双边滑阀。平衡状态时两个阀口同时关闭。阀芯的一端连接着操作杆，操作杆控制阀芯移动，使得活塞阀腔内的阀口一个打开而另一个关闭。任何一个阀口的开启，在液压力的负反馈作用下，都会使作为阀体的活塞产生一个朝阀口关闭方向的运动，直至重新将阀口关闭而保持新的平衡。由于活塞杆与活塞相连，使得控制部分与执行部合为一体，实现随动。操作杆带动阀芯在阀腔内运动，油缸活塞、活塞杆也随之运动，因此活塞、活塞杆的位置只与阀芯的位置有关，与系统压力无关。活塞同时作为阀的阀体，控制阀体运动的压力油，就是驱动油缸活塞运动的压力油。作为阀体的活塞的反馈运动，就是油缸活塞的输出运动。活塞杆完全、适时地跟随阀芯位置。本发明将阀芯设置在活塞内的设计，实现了阀、缸一体，无管路连接，无中间传递环节，结构简单紧凑，因此控制精度高、响应快。

本发明中，液压油的进、回油的流道是这样设置的：在油缸体上设置进油口，与油缸的无杆腔、活塞的流道I相通，通过差动阀口可控制有杆腔与无杆腔的通断。作为优选，前端盖是这样设计的：前端盖上设置回油口，在前端盖的活塞杆导向孔内设置了一个回油槽，通过回油槽，可将活塞杆内的回油流道与回油口连通，回油槽两端导向孔内设置了密封圈，在无杆腔一侧的为高压密封，防止高压油泄漏，活塞杆外伸一侧的为低压密封，防止低压回油外漏，回油槽的宽度可确保在活塞的行程范围内活塞杆的回油流道与回油口相通。

此外，回油口也可以设置在伸出油缸外侧的活塞杆上，这样，前端盖上就不必设置回油槽，也无须设置低压密封。

作为优选，活塞杆和活塞通过螺纹连接，并保持密封。

作为优选，操作杆伸出油缸后盖，与后盖之间有密封圈密封；当然操作杆也可以不伸出油缸后盖，而将操作杆的驱动机构设置在油缸体内。

因此，本发明具有以下优点：1.由于执行部分的活塞和活塞杆只与操作杆的位置相关，与系统的压力无关，从而能够进行精确位置控制；2.作为阀体的活塞在控制过程中的反馈运动就是活塞执行运动，使得系统整体响应快，因而具有极高的频率响应；3.由于控制过程与系统压力无关，也就是系统的响应与负载无关，因此速度刚度极高；4.将阀芯置于缸体内，阀体与活塞一体，将由数个装置组构的一个系统简化为单一装置，无管路连接，结构新颖、简单、紧凑。

附图说明：

图1是现有技术中的一种滑阀式液压伺服系统的结构示意图。

图2是本发明随动伺服液压油缸实施例之一结构示意图。

图3是本发明随动伺服液压油缸实施例之一结构示意图。

图4是本发明一种数字随动伺服液压油缸结构示意图。

具体实施事例：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

一种随动伺服液压油缸，如附图2所示，输入为操作杆的机械位移，输出为液压油缸活塞杆的位移和液压能。其结构包括：油缸体8，油缸体8的两端连接着油缸前端盖5和油缸后盖1，油缸前端盖5与油缸体8通过螺栓4连接。油缸体8内设有活塞9和与活塞9相连的活塞杆6，活塞9将油缸的腔体划分为有杆腔11和无杆腔12，活塞杆6所在一侧的腔体为有杆腔11，活塞9另一侧的腔体为无杆腔12。活塞9内设有阀腔22、流道I及差动阀口16、流道II及回油阀口15；阀芯3设置在活塞9的阀腔22内，其一端连接着操作杆2，操作杆2与活塞9相连接的部分置于无杆腔12内，操作杆2的另一端则穿过油缸后盖1，延伸至油缸后盖1之外，通过操纵操作杆2可带动活塞9在油缸内运动。操作杆2与油缸后盖1之间设有密封圈10。流道I的一端连接着有杆腔11，另一端连接着差动阀口16；由差动阀口16控制着有杆腔11与无杆腔12之间的连通与断开。流道II的一端连接着无杆腔12，另一端连接着回油阀口15。回油阀口15和差动阀口16均设置在活塞9的阀腔22内，两阀口之间的距离与阀芯3的长度完全相等，构成了一个双边、零开口的滑阀。活塞杆6与活塞9由螺纹连接，内设有回油流道19，回油流道19的一端与活塞9内的阀腔22相连，另一端与前端盖5内设置的回油槽20相连，并与回油口18相通。进油口17设置在油缸体8上，通过有杆腔11与流道I相连。回油口18设置在油缸前端盖5上，通过油缸前端盖5的内壁上设置的回油槽20与活塞杆6内的回油流道19相通。油缸前端盖5内的回油槽20与有杆腔11之间的导向面设有高压密封圈21，防止高压油泄漏；活塞杆伸出的导向面设有低压密封圈7，防止低压油外漏。

本发明的随动伺服液压油缸的工作原理及控制过程如下：

当阀芯不动时，回油阀口和差动阀口同时关闭，油缸无杆腔内的油液被闭锁不能流出，有杆腔的压力油也不能进入无杆腔。这样有杆腔的压力油无法推动活塞移动，活塞处于平衡位置。移动操作杆，使阀芯向前移ΔX，差动阀口开启ΔX的开口，回油阀口增加了ΔX的密封量，处于封闭状态。此时，无杆腔与有杆腔接通，通入高压油，于是回油口封闭，构成差动油缸，即有杆腔与无杆腔处于同一压力之下，由于有杆腔面积大于无杆腔面积，因此，有杆腔所受液压力大于无杆腔所受液压力，活塞受力不平衡，便向受力小的方向移动。压力油经差动阀口流入无杆腔，推动活塞及活塞杆前移，使阀口趋于关闭，活塞及活塞杆前移ΔX后，差动阀口重新关闭，达到一个新的平衡，活塞及活塞杆停止移动。当移动操作杆，使阀芯反方向移动ΔX，回油阀口随之开启ΔX，差动阀口增加了ΔX的密封量，此时压力油不能进入无杆腔，而无杆腔则通过活塞内的流道II、回油阀口、活塞杆内的回油口、前端盖的回油槽接通出油口。由于无杆腔为低压腔，在有杆腔压力作用下，活塞及活塞杆后移，回油口趋于关闭，无杆腔内的油液通过回油阀口回油。当活塞后移ΔX后，回油阀口重新关闭，达到一个新的平衡，活塞及活塞杆停止移动。这样，液压缸活塞及活塞杆的运动速度、位置和方向可完全受操作杆的输入控制。

实施例2：

如图3所示，本实施例与实施例1不同点是，将回油口18设置在前端盖5外的活塞杆6上，并将与其相连通的回油流道19延伸至前端盖5外，同时在前端盖5上不设有回油槽20及低压密封圈21，其余结构则均与实施例1相同。

实施例3：

随动伺服液压油缸的操纵杆可以通过连接机械或电的驱动装置来进行驱动，如蜗轮蜗杆装置，气动装置，液压装置，丝杆等。本实施例是一种数字随动伺服液压油缸，利用步进电机通过丝杆来驱动和控制操作杆5其输入为电脉冲信号。如附图4所示，在油缸体8的后盖1上固定一支架23，支架23上安装有步进电机24，支架4内设有滚珠丝杆25，步进电机机轴26和操作杆2在油缸体8外的延伸端通过滚珠丝杆25连接在一起。

本发明的数字随动伺服液压油缸的工作原理及控制过程如下：

输入的数字信号为电脉冲信号，步进电机24将电脉冲信号转换为步进电机输出轴的角位移，滚珠丝杠25将步进电机24输出轴的角位移转换为伺服油缸操作杆2的直线位移，伺服油缸操作杆2的直线位移控制油缸活塞杆6的输出位移。伺服油缸的工作原理和控制过程与上述实施例1完全相同。数字随动伺服液压油缸可以非常方便地与计算机连接，实现计算机控制，从而获得非常高的开环控制精度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但均不会偏离本发明的构思或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1、一种随动液压伺服油缸，包括油缸体、前端盖、进油口和回油口，油缸体的腔体内设有活塞和与之相连的活塞杆，活塞一侧的腔体为有杆腔，其特征在于：活塞另一侧的腔体为无杆腔，活塞内设有阀腔和流道，所述的流道分为第一流道(I)和第二流道(II)；在所述的阀腔内设有可移动的阀芯和控制阀口，所述的控制阀口包括回油阀口和差动阀口；阀芯的一端连接有操纵杆；所述的第一流道(I)的一端与有杆腔相通，另一端与差动阀口相连；第二流道(II)的一端与无杆腔相通，另一端与回油阀口相通；所述的进油口与有杆腔相通，所述的回油口与所述的回油阀口相通。

2、根据权利要求1所述的随动液压伺服油缸，其特征在于：所述的回油口开在前端盖上，前端盖内设有环行油槽与所述的回油阀口相通，所述的环行油槽与所述的回油口相通。

3、根据权利要求2所述的随动液压伺服油缸，其特征在于：所述的活塞杆内设有回油流道，所述的回油流道的一端与回油阀口相通，另一端与环行油槽相通。

4、根据权利要求1所述的随动液压伺服油缸，其特征在于：所述的回油口设置在前端盖外侧的活塞杆上。

5、根据权利要求1所述的随动液压伺服油缸，其特征在于：所述的操作杆一端伸出油缸后盖，与后盖之间有密封圈密封。

6、根据权利要求1所述的随动液压伺服油缸，其特征在于：在油缸体上固定有电机，电机的机轴和操纵杆通过滚珠丝杠相连接。

Images