CN101649851B - 力平衡式流体循环电动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力平衡式流体循环电动缸，包括轴承、丝杆、丝杆螺母、油缸体，油缸体包括缸筒、前端盖、后端盖和活塞杆，缸筒前后分别设置有前端盖、后端盖，丝杆和活塞杆之间形成第一盛油腔，在油缸体的缸筒和活塞杆之间形成第二盛油腔，在油缸体上设置有第一液压油路接口和第二液压油路接口，两个液压油路接口上分别连接第一单向阀和第二单向阀，两单向阀之间连接有蓄能器，缸筒的前端设置有至少一组第一磁性感应开关，后端设置有至少一组第二磁性感应开关，油缸体和活塞杆之间设置有伸长极限保护液压阻尼缓冲机构和收缩极限保护液压阻尼缓冲机构。两盛油腔、单向阀、单向阀、蓄能器以及管路中充满了有压力的液压循环介质。

Description

力平衡式流体循环电动缸

技术领域：

本发明涉及一种电动直线执行器技术领域，具体为一种电动缸。

背景技术：

电动缸是一种将电机的旋转运动转化为直线伸缩运动的一体化机械机构，也称为电动直线执行器。一般由电机驱动滚珠丝杆付(或行星丝杆、体型丝杆等)完成动力传动。根据电机的安装方式分为直线式、折返式、垂直式等结构类型。

电动缸可实现位置控制、直线拉压力控制，同时具有断电位置自锁功能。电动缸应用于工业机器人、数控机床、夹持设备、升降设备、多自由度运动平台、造波机、往复震动筛等领域。

电动缸在存在轴向压缩载荷的应用领域，电动缸电机输出正反扭矩不均衡，如正向平均输出扭矩大于负向平均输出扭矩一倍以上，用户往往选用大负荷电机来解决，可是带来了资源和成本浪费的问题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种工作时压缩和伸长轴向力均衡、能减少电机峰值扭矩输出、改善电动缸力输出动态性能、降低工作噪音、延长设备使用寿命的电动缸。

本发明的技术方案是：

一种力平衡式流体循环电动缸，包括轴承、丝杆、丝杆螺母、油缸体，油缸体包括缸筒、前端盖、后端盖和可在缸筒内前后运动的活塞杆，缸筒前后分别设置有前端盖、后端盖，丝杆通过滚动轴承支撑安装在后端盖上，丝杆螺母和活塞杆刚性连接，丝杆和活塞杆之间形成第一盛油腔，在所述油缸体的缸筒活塞杆之间形成第二盛油腔，第一盛油腔和第二盛油腔通过内孔沟通，在缸体上设置有第一液压油路接口和第二液压油路接口，第一液压油路接口和第二液压油路接口上通过管路分别连接流向相反的第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀和第二单向阀之间通过管路连接有蓄能器，第一盛油腔、第二盛油腔、第一单向阀、第二单向阀、蓄能器以及连接管路中充满有压力的液压循环介质。

第一液压油路接口和第二液压油路接口之间设置有过滤器；

第一液压油路接口和第二液压油路接口之间还可设置有冷却器。

所述缸筒的前端设置有至少一组第一磁性感应开关，后端设置有至少一组第二磁性感应开关，活塞杆后端上设置有永磁体导向滑块，缸筒的一侧设置有导轨。

缸体和活塞杆之间设置有伸长极限保护液压阻尼缓冲机构，缸体和活塞杆之间还设置有收缩极限保护液压阻尼缓冲机构。

前端盖和活塞杆之间设置有第一密封组件，后端盖和丝杆之间设置有第二密封组件，后端盖、前端盖和缸筒之间设置有第三密封组件。

有益效果：本发明是均衡动态和静态时应用设备对电动缸所施加的轴向压缩载荷，即电动缸活塞杆所受压缩载荷调整为较小范围，这样有利于在动态时电机正反输出扭矩均衡，最大限度的利用了电机在额定容量下的工作特性。这使得该电动缸所配置的电机性能得到充分利用，节能减排、成本降低、使用寿命提高，同时液压流体循环也改善了丝杆传动的润滑、冷却、降噪能力，液压回路还具有循环过滤能力，进一步增加了电动缸工作可靠性、可维护性、降低了使用成本。

在存在轴向压缩载荷的电动缸应用领域，本发明为优化的电动缸动力性能，将电动缸和液压流体相结合，解决了一定条件下电动缸工作时压缩和伸长轴向力不均衡问题、实现了一种力平衡式流体循环电动缸，它包括电动缸本体和液压附件及油路。减少了电机峰值扭矩输出、改善了电动缸力输出动态性能，降低了工作噪音、提高了丝杆润滑性能、延长设备使用寿命、还方便了电动缸冷却、这样降低了伺服电机配置级别，并大幅降低了应用设备生产维护使用成本。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的力平衡式流体循环电动缸做进一步说明。

一种力平衡式流体循环电动缸，包括机座24、电机20、电机同步轮21、同步带22、丝杆同步轮23、轴承2、丝杆1、丝杆螺母3、油缸体19，油缸体19包括缸筒6和可在缸筒6内前后运动的活塞杆4，油缸体19前后分别设置有前端盖7、后端盖5，丝杆1通过滚动轴承2支撑安装在后端盖5上，丝杆螺母3和活塞杆4刚性连接，丝杆1和活塞杆4之间形成第一盛油腔19A，在所述油缸体19的缸筒6和活塞杆4之间形成第二盛油腔19B，第一盛油腔19A和第二盛油腔19B通过内孔27沟通，在油缸体19的缸筒6上设置有第一液压油路接口25和第二液压油路接口26，第一液压油路接口25和第二液压油路接口26上通过管路分别连接流向相反的第一单向阀14和第二单向阀15，第一单向阀14和第二单向阀15之间通过管路连接有蓄能器17。

缸筒6的前端设置有两组第一磁性感应开关9，后端设置有两组第二磁性感应开关9A，活塞杆4后端上设置有永磁体导向滑块11，缸筒6的一侧设置有导轨10。

前端盖7和活塞杆4之间设置有伸长极限保护液压阻尼缓冲机构13，丝杆1前端和活塞杆4前端内腔之间设置有收缩极限保护液压阻尼缓冲机构12。

本实施例第一单向阀14和蓄能器17之间以及第二单向阀15和蓄能器17之间分别设置有过滤器16和冷却器18，实际应用中过滤器16和冷却器18可以设置在流体循环油路中任意环节。

前端盖7和活塞杆4之间设置有第一密封组件8A，后端盖5和丝杆1之间设置有第二密封组件8B，后端盖5、前端盖7和缸筒6之间设置有第三密封组件8C，所有密封组件用于缸体19内有压液压油的密封和活塞杆导向。

轴承2可以从角接触球轴承、深沟球轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承等类型单件或复合选择，角接触轴承最佳；蓄能器17可以为胶囊式蓄能器、活塞式蓄能器等；电机20可以为伺服电机、步进电机，一般选择伺服电机。

电机20输出转速及扭矩通过电机同步轮21、同步带22、丝杆同步轮23、机座24等传动机构驱动滚珠丝杆1作旋转运动，丝杆1通过后端盖5内部角接触轴承2支撑，而活塞杆4则由前端盖7密封组件8作伸缩导向，丝杆螺母3与活塞杆4刚性连接并始终浸泡在由电动缸前端盖7、后端盖5、油缸体19的缸筒6和活塞杆4之间形成的第二盛油腔19B内，丝杆螺母3和活塞杆之间形成第一盛油腔19A，并设置油路孔使得活塞杆4内外部液压油连通。

电机20也可以通过齿轮机构、联轴器等与丝杆1直接连接。

缸筒6前端设置两组第一磁性感应开关9，缸筒后端也设置两组磁性第二感应开关9A，活塞杆4上设置永磁体导向滑块11，第一磁性感应开关9和第二感应开关9A可以感应永磁体位置，第一磁性感应开关9和第二感应开关9A输出信号用于活塞杆4电气信号保护和零位判断，缸体前端盖7和活塞杆4之间设置伸长极限保护液压阻尼缓冲机构13，丝杆1前端和活塞杆4前端内腔则设置收缩极限保护液压阻尼缓冲机构12，用于活塞杆4高速运动时前后极限位置冲击保护；活塞杆上的永磁体滑块11沿缸体轴向导轨10运动，可避免活塞杆4无序旋转；

这样缸体19、两组单向阀第一单向阀14和第二单向阀15、过滤器16、冷却器18、蓄能器17就构成了液压流体循环回路，工作前液压流体循环回路预充满具有润滑作用的有压液压油，该压力大于蓄能器17预置压力并接近电动缸平衡的目标压力，蓄能器17气囊或弹簧被部分压缩，进而使得活塞杆4受到预置均衡的轴向伸长方向液压作用力，并在活塞杆4伸缩运动过程中基本保持不变。

蓄能器17有效压缩容积选择一般要大于4倍电动缸内部最大液压体积变化量，这样活塞杆4预置液压作用力才能相对稳定。活塞杆预置液压作用力为活塞杆截面积乘以液压平均压力。外部可设置油箱和微型泵用于电动缸液压充压和卸压。流体介质可选用包括润滑油、液压油或者压缩气体。

液压流体循环油路工作原理：当电动缸活塞杆4伸长时，缸体19内压力低缸体外压力高从而使第二单向阀15打开、第一单向阀14关闭，蓄能器17所储存的液压油通过第二单向阀15注入缸体，由于蓄能器17的蓄能保压作用电动缸活塞杆所受的轴向伸长作用力能够基本保持不变；当电动缸活塞杆4收缩时，缸体19内压力高缸体外压力低从而使第二单向阀15关闭、第一单向阀14打开，缸体12内所多余的液压油通过第一单向阀14注入蓄能器17储存，由于蓄能器17的蓄能保压作用电动缸活塞杆4所受的轴向伸长作用力同样能够基本保持不变，过滤器16则利用流体循环完成液压介质的过滤，冷却器18则利用液压流体循环充分完成与外部强排空气的热力交换。

电动缸传动丝杆付、活塞杆、活塞杆滑块均浸入液压润滑油中运动，可显著降低电动缸工作噪音，降低摩擦，延长电动缸使用寿命。可使用液压油、低粘度润滑油甚至压缩气体作为工作介质。

同时使用多台力平衡式流体循环电动缸时，蓄能器、冷却器、过滤器等配置可共用，优化应用配置。

蓄能器气囊或弹簧根据实际需要调整到一定预置压力，工作前液压流体循环回路预充满具有润滑作用的有压液压油，该压力大于蓄能器预置压力并接近电动缸平衡的目标压力，蓄能器气囊或弹簧被部分压缩，进而使得活塞杆受到预置均衡的轴向伸长方向液压作用力，并在活塞杆伸缩运动过程中基本保持不变。

Claims (6)

1.一种力平衡式流体循环电动缸，包括轴承(2)、丝杆(1)、丝杆螺母(3)、油缸体(19)，油缸体(19)包括缸筒(6)、前端盖(7)、后端盖(5)和可在缸筒(6)内前后运动的活塞杆(4)，缸筒(6)前后分别设置有前端盖(7)、后端盖(5)，其特征在于：所述丝杆(1)通过轴承(2)支撑在后端盖(5)上、丝杆螺母(3)和活塞杆(4)刚性连接，丝杆(1)和活塞杆(4)之间形成第一盛油腔(19A)，在所述油缸体(19)的缸筒(6)和活塞杆(4)之间形成第二盛油腔(19B)，第一盛油腔(19A)和第二盛油腔(19B)通过内孔(27)沟通，在所述油缸体(19)上设置有第一液压油路接口(25)和第二液压油路接口(26)，所述第一液压油路接口(25)和第二液压油路接口(26)上通过管路分别连接流向相反的第一单向阀(14)和第二单向阀(15)，所述第一单向阀(14)和第二单向阀(15)之间通过管路连接有蓄能器(17)，第一盛油腔(19A)、第二盛油腔(19B)、第一单向阀(14)、第二单向阀(15)、蓄能器(17)以及连接管路中充满有压力的液压循环介质。

2.根据权利要求1所述的力平衡式流体循环电动缸，其特征在于：在第一液压油路接口(25)和第二液压油路接口(26)之间设置有过滤器(16)。

3.根据权利要求1所述的力平衡式流体循环电动缸，其特征在于：在第一液压油路接口(25)和第二液压油路接口(26)之间设置有冷却器(18)。

4.根据权利要求1所述的力平衡式流体循环电动缸，其特征在于：所述缸筒(6)的前端设置有至少一组第一磁性感应开关(9)，后端设置有至少一组第二磁性感应开关(9A)，所述活塞杆(4)后端上设置有永磁体导向滑块(11)，所述缸筒(6)的一侧设置有导轨(10)。

5.根据权利要求1所述的力平衡式流体循环电动缸，其特征在于：所述缸体(19)和活塞杆(4)之间设置有伸长极限保护液压阻尼缓冲机构，缸体(19)和活塞杆(4)之间还设置有收缩极限保护液压阻尼缓冲机构。

6.根据权利要求1所述的力平衡式流体循环电动缸，其特征在于：所述前端盖(7)和活塞杆(4)之间设置有第一密封组件(8A)，后端盖(5)和丝杆(1)之间设置有第二密封组件(8B)，后端盖(5)、前端盖(7)和缸筒(6)之间设置有第三密封组件(8C)。

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