CN103062150B - 一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸 - Google Patents

Abstract

一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，由加载缸输出轴、止推轴承、加载缸壳体、加载缸左右端盖及密封件组构成加载缸，并以加载缸壳体作为同步缸转轴，在同步缸转轴上安装同步缸壳体、止推轴承、同步缸左端盖及密封件组构成同步缸。本发明结构紧凑、转动惯量小、密封可靠；可以从根本上解决电液伺服加载系统的力/位耦合、提高系统的加载精度和频响。

Description

一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸

技术领域

本发明涉及一种机械工程技术领域的液压执行元件，具体是一种用于电液伺服加载装置上的复式液压摆动缸。

背景技术

由于液压伺服系统具有功率-重量比大、快速性好、系统响应快的突出优点，使其在要求大功率、高精度、高频响的应用领域具有电气伺服系统无可比拟的优势。电液伺服加载系统是液压伺服应用领域的一个重要组成部分，主要用于材料性能试验装置，空气动力、水动力、各种阻力等的负载模拟装置，地震模拟振动台等。电液伺服加载系统的关键技术问题是如何抑制和消除加载过程中，由于被加载对象的变形或者主动运动所带来的位置干扰，这里称为力/位耦合。加载系统包括主动加载和被动加载，主动加载的力/位耦合主要是被加载对象的变形所引起，如材料试验机；被动加载的力/位耦合主要是被加载对象的主动运动带来的。其中被动加载的力/位耦合强度更大，更难控制。

对于电液伺服加载系统中的力/位耦合问题，解决方法一类是结构补偿方法，另一类是控制补偿方法。结构补偿方法也称为被动补偿方法，就是通过增大液压或机械结构的滤波作用，从而在结构上减小多余力矩的影响程度。如蓄能器校正、缓冲弹簧校正、双阀流量补偿等。控制补偿方法也称为主动补偿方法，就是通过某种途径预测干扰流量，然后依靠控制策略实现主动补偿。如结构不变性原理、多变量解耦控制、神经网络控制等。如上方法只能在一定程度上解决力/位耦合问题，不能从根本上解决。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种供油管路内置、结构紧凑、加载转轴半中空结构、集同步缸和加载缸于一体的电液伺服加载系统用复式液压摆动缸。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：

一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，包括加载缸转轴，加载缸壳体、同步缸壳体、感应同步器定子、感应同步器转子、加载缸左端盖、加载缸右端盖，同步缸左端盖和同步缸右端盖、止推轴承Ⅰ和止推轴承Ⅱ；

同步缸壳体的两侧设有同步缸左端盖和同步缸右端盖，同步缸左端盖与感应同步器定子连接；

同步缸壳体中心设有空腔，加载缸壳体设置在同步缸壳体的空腔内，加载缸壳体与同步缸壳体之间形成油腔，所述的同步缸壳体的内表面上至少设有两个静叶片Ⅰ，静叶片Ⅰ与加载缸壳体动密封配合；

加载缸壳体的两侧设置有加载缸左端盖和加载缸右端盖，加载缸左端盖与感应同步器转子连接，加载缸壳体的外圆表面套设有止推轴承Ⅰ，加载缸转轴的外圆表面套设有止推轴承Ⅱ；

加载缸壳体内设有加载缸转轴，加载缸壳体和加载缸转轴之间形成油腔，所述的加载缸壳体的内表面上至少设有两个静叶片Ⅱ，加载缸壳体的外表面上至少设有两个动叶片Ⅱ，静叶片Ⅱ与加载缸转轴动密封配合，动叶片Ⅱ与同步缸壳体动密封配合；

加载缸转轴的外表面上至少设有两个动叶片Ⅰ，动叶片Ⅰ与加载缸壳体动密封配合；

静叶片Ⅰ与动叶片Ⅱ间隔设置，静叶片Ⅱ与动叶片Ⅰ间隔设置。

本发明所述的液压摆动缸还包括辅助端盖，感应同步器转子和辅助端盖的一侧连接，辅助端盖的另一侧和加载端左端盖连接。

本发明所述的静叶片Ⅰ沿同步缸壳体内表面等分设置。

本发明所述的静叶片Ⅱ沿加载缸壳体的内表面等分设置。

本发明所述的动叶片Ⅱ沿加载缸壳体的外表面等分设置。

本发明所述的动叶片Ⅰ沿加载缸转轴的外表面等分设置。

本发明所述的加载缸转轴位于在加载缸壳体内的一端设置进油孔和出油孔，加载缸转轴另一端呈中空结构设置。

本发明所述的进油孔和出油孔靠加载缸转轴轴心分布。

本发明有益效果为：

1、本发明通过复式摆动缸中同步缸的位置检测单元（感应同步器定子和转子）跟踪被加载对象的位置运动，保证加载缸壳体与被加载对象同步运动；由于被加载对象与加载缸刚性连接，被加载对象的运动带动加载转轴转过相同的角度。因此，加载缸壳体与加载缸转轴仍然保持着相对静止，实现复式摆动缸中加载缸的同步运动加载，从本质上解决电液伺服加载系统中的力/位耦合问题。

2、本发明通过合理布置油道，减少油液的沿程压力损失和泄漏量，并且具有良好的工艺性能，进而可以减少加工成本。

3、本发明通过框形动密封结构与端面密封结构相结合，保证了良好的密封性能，减少了复式摆动缸的泄漏量，有效地保证无外漏、低内漏。

4、本发明通过加载缸转轴半中空结构，减少复式摆动缸的转动惯量，有利于提高复式摆动缸的动态特性。

5、加载缸转子轴采用半中空的结构，半中空结构不但减少转动惯量，而且便于安装负载；动叶片和加载缸转轴一体结构，静叶片和加载缸壳体同样一体结构，减少了中间的连接件，增加叶片的机械强度。

6、本发明采用嵌入式结构位置检测单元，即感应同步器实时检测同步缸的位置，能够实现对被加载对象高精度的位置跟踪，并且结构紧凑、易于安装维修。

7、本发明通过复式液压摆动缸中同步缸有效跟踪被加载对象的位置、速度及加速度信号，可以满足大载荷、高精度、高频响的载荷谱模拟实验需求。

8、本发明通过复式液压摆动缸作为加载装置，从本质上解决了加载系统中固有的强力/位耦合特性，减少了加载系统的控制难度，缩短了加载实验的调试周期，能够达到提高加载系统精度、改善系统控制性能的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明图1的C-C剖视图；

图3是加载缸转轴密封件局部放大图；

图4是加载缸转轴结构示意图；

图5是加载缸转轴A-A剖面图；

图6是加载缸转轴B-B剖面图；

图7是同步缸壳体D-D剖面图；

图8是同步缸壳体E-E剖面图；

图9是加载缸转轴主视图；

图10是加载缸转轴左视图；

图中：1、加载缸转轴，101、动叶片Ⅰ，2、加载缸壳体，201、静叶片Ⅱ，202、动叶片Ⅱ，203、进油孔，204、出油孔，3、同步缸壳体，301、静叶片Ⅰ，4、感应同步器定子，5、感应同步器转子，6、加载缸左端盖，7、加载缸右端盖，8、同步缸左端盖，9、同步缸右端盖，10、止推轴承Ⅰ，11、止推轴承Ⅱ，12、辅助端盖，13、O形密封圈，14、密封条，15、油道A，16、油道B，17、油道C，18、油道D，19、油道E，20、油道F，21、油道G，22、油道H，23、油道I，24、油道J，25、进出油口A，26、进出油口B，27、油孔A，28、油孔B，29、油孔C，30、进出油口C、31、进出油口D，32、油孔D、33、油孔E、34、油孔F。

具体实施方式

如图1所示，一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，包括加载缸转轴1，加载缸壳体2、同步缸壳体3、感应同步器定子4、感应同步器转子5、加载缸左端盖6、加载缸右端盖7，同步缸左端盖8和同步缸右端盖9、止推轴承Ⅰ10和止推轴承Ⅱ11；其中：同步缸壳体3开空腔，加载缸壳体2兼做同步缸转子置于同步缸壳体3空腔内，止推轴承Ⅰ10套装在加载缸壳体2的外圆表面，同步缸壳体3、同步缸左端盖8和同步缸右端盖9也兼作止推轴承Ⅰ10的轴承座，加载缸壳体2可实现一定角度的周向摆动。加载缸壳体2两侧和加载缸左端盖6与加载缸右端盖7固定连接。加载缸转轴1套装在加载缸壳体2内部，止推轴承Ⅱ11套装在加载缸转轴1的外圆表面，加载缸左端盖6和加载缸右端盖7兼作止推轴承Ⅱ11的轴承座，加载缸转轴1可实现一定角度的周向摆动。

所述的静叶片Ⅰ301沿同步缸壳体3内表面等分设置。

本发明所述的静叶片Ⅱ201沿加载缸壳体2的内表面等分设置。

本发明所述的动叶片Ⅱ202沿加载缸壳体2的外表面等分设置。

本发明所述的动叶片Ⅰ101沿加载缸转轴1的外表面等分设置。

动叶片与静叶片均按一定等分角度设置，保证整个液压缸的受力均匀，每一组动叶片与静叶片可为双叶，也可以四叶，三叶结构，每个油腔内的动叶片与静叶片间隔设置，叶片设置可以采用三叶片、四叶片等设置形式，这种设置方式液压缸可以实现。叶片的个数主要和摆动的角度、马达排量以及启动摩擦力有关，基于该马达的性能指标设计采用的是双叶片形式。

本发明所述的加载缸转轴1位于在加载缸壳体2内的一端设置进油孔203和出油孔204，加载缸转轴1另一端呈中空结构设置。

如图1所示，同步缸端盖8加工有安装孔，可以通过螺钉安装固定复式中空摆动缸。

如图1所示，感应同步器转子5和辅助端盖12固连，辅助端盖12和加载缸左端盖6固连，加载缸左端盖6和加载缸壳体2固连，感应同步器定子4和同步缸左端盖8固连。

如图2所示，同步缸壳体3中心设有空腔，加载缸壳体2设置在同步缸壳体3的空腔内，加载缸壳体2与同步缸壳体3之间形成油腔，所述的同步缸壳体3的内表面上至少设有两个静叶片Ⅰ301，静叶片Ⅰ301与同步缸壳体3为一体结构，静叶片Ⅰ301与加载缸壳体2动密封配合；加载缸壳体2内设有加载缸转轴1，加载缸壳体2和加载缸转轴1之间形成油腔，所述的加载缸壳体2的内表面上至少设有两个静叶片Ⅱ201，静叶片Ⅱ与加载缸壳体2为一体结构，加载缸壳体2的外表面上至少设有两个动叶片Ⅱ202，动叶片Ⅱ202与加载缸壳体2为一体结构，静叶片Ⅱ201与加载缸转轴1动密封配合，动叶片Ⅱ202与同步缸壳体3动密封配合；加载缸转轴1的外表面上至少设有两个动叶片Ⅰ101，动叶片Ⅰ101与加载缸转轴为一体结构，动叶片Ⅰ101与加载缸壳体2动密封配合；静叶片Ⅰ301与动叶片Ⅱ202间隔设置，静叶片Ⅱ201与动叶片Ⅰ101间隔设置。

动叶片与静叶片与所设置位置的部件可设置为一体结构，也可设置为拆分结构，当设置为一体结构时，能够好的适应高压状态，使用效果好。

如图3所示，静叶片与动叶片与动密封配合的部件的接触处开有密封槽，密封槽为框型结构，动叶片和静叶片密封槽处设有两个组合密封件，两个组合密封件分别置于对应的叶片密封槽的顶部和部件外圆表面，组合密封件包括O形密封圈13和矩形聚四氟乙烯复合材料密封件14，密封件可采用密封条进行密封。

如图3所示，以加载缸转轴1和加载缸壳体2为例，O形密封圈13与加载缸转轴动叶片Ⅰ101密封槽配合，矩形填充聚四氟乙烯复合材料密封条14一面和O形密封圈13配合，一面和加载缸壳体2的外圆表面配合。

如图4、图5、图6所示，加载缸转轴一端面四个油道，四个油道位于加载缸转轴内部且对称分布在两个动叶片的两边，加载缸转轴内部加工进油孔203、出油孔204，进油孔203和出油孔204可互换进出油，进油孔203、出油孔204靠加载缸转轴1轴心分布。加载缸转轴1内加工四个油道，其中进油孔204通过油道A15、油道B16、油道C17、油道D18和油道E19，实现加载缸转轴1根部进油；出油孔203通过油道F20、油道G21、油道H22、油道I23和油道J24，实现加载缸转轴1根部回油，其中油道A15、油道F20两端加螺堵；油道B16、油道C17、油道G21、油道H22一侧加螺堵。

如图7和图8所示，同步缸壳体及同步缸端盖加工平面，在平面上加工进出油口，内部加工四个油道，四个油道分布在同步缸壳体3静叶片1301的两侧，同步缸壳体3顶部平面加工进出油口A25、进出油口B26、进出油口C30、进出油口D31，其中：进出油口A25、进出油口B26在一个平面，设置两个油道，其中一个油道通过进出油口A25、进出油口B26、油孔A27、油孔B28、油孔C29，实现同步缸壳体A腔进油；进出油口C30、进出油口D31在另一个平面，统一设置两个油道，其中一个油道通过进出油口C30、油孔D32、油孔E33、油孔F34、进出油口D31，实现同步缸壳体B腔回油。

本发明的工作过程和原理为：本发明通过加载缸转轴1上的进油口203进油，液压油通过加载缸转轴1流入通过油道F20、油道G21、油道H22到加载缸转轴1根部油道I23和油道J24，推动加载缸转子轴运动，通过油道E19、油道D18、油道C17、油道B16和油道A15回油到加载缸转轴1到出油孔204，实现了加载缸在一定角度的摆动，加载缸转轴1受到的轴向载荷由止推轴承Ⅱ11承受；同步缸通过同步缸壳体3上的进出油口A25、进出油口B26，通过油孔进出油口A25、油孔A27、油孔B28、油孔C29实现同步缸壳体3的A腔进油；B腔介质通过油孔F34、油孔E33、油孔D32到同步缸壳体3的进出油口D31、进出油口C30，实现B腔介质回油，推动同步缸转子兼加载缸壳体2在一定范围的摆动，加载缸壳体2受到的轴向载荷由止推轴承Ⅰ10承受，通过感应同步器的转子5和感应同步器定子4进行同步缸的位置测量。

Claims (7)

1.一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：包括加载缸转轴（1），加载缸壳体（2）、同步缸壳体（3）、感应同步器定子（4）、感应同步器转子（5）、加载缸左端盖（6）、加载缸右端盖（7），同步缸左端盖（8）和同步缸右端盖（9）、止推轴承Ⅰ（10）和止推轴承Ⅱ（11）；

同步缸壳体（3）的两侧设有同步缸左端盖（8）和同步缸右端盖（9），同步缸左端盖（8）与感应同步器定子（4）连接；

同步缸壳体（3）中心设有空腔，加载缸壳体（2）设置在同步缸壳体（3）的空腔内，加载缸壳体（2）与同步缸壳体（3）之间形成油腔，所述的同步缸壳体（3）的内表面上至少设有两个静叶片Ⅰ（301），静叶片Ⅰ（301）与加载缸壳体（2）动密封配合；

加载缸壳体（2）的两侧设置有加载缸左端盖（6）和加载缸右端盖（7），加载缸左端盖（6）与感应同步器转子（5）连接，加载缸壳体（2）的外圆表面套设有止推轴承Ⅰ（10），加载缸转轴（1）的外圆表面套设有止推轴承Ⅱ（11）；

加载缸壳体（2）内设有加载缸转轴（1），所述的加载缸转轴（1）位于在加载缸壳体（2）内的一端设置进油孔（203）和出油孔（204），加载缸转轴（1）另一端呈中空结构设置，加载缸壳体（2）和加载缸转轴（1）之间形成油腔，所述的加载缸壳体（2）的内表面上至少设有两个静叶片Ⅱ（201），加载缸壳体（2）的外表面上至少设有两个动叶片Ⅱ（202），静叶片Ⅱ（201）与加载缸转轴（1）动密封配合，动叶片Ⅱ（202）与同步缸壳体（3）动密封配合；

加载缸转轴（1）的外表面上至少设有两个动叶片Ⅰ（101），动叶片Ⅰ（101）与加载缸壳体（2）动密封配合；

静叶片Ⅰ（301）与动叶片Ⅱ（202）间隔设置，静叶片Ⅱ（201）与动叶片Ⅰ（101）间隔设置。

2.如权利要求1所述的一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：所述的液压摆动缸还包括辅助端盖（12），感应同步器转子（5）和辅助端盖（12）的一侧连接，辅助端盖（12）的另一侧和加载端左端盖（6）连接。

3.如权利要求1所述的一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：所述的静叶片Ⅰ（301）沿同步缸壳体（3）内表面等分设置。

4.如权利要求1所述的一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：所述的静叶片Ⅱ（201）沿加载缸壳体（2）的内表面等分设置。

5.如权利要求1所述的一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：所述的动叶片Ⅱ（202）沿加载缸壳体（2）的外表面等分设置。

6.如权利要求1所述的一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：所述的动叶片Ⅰ（101）沿加载缸转轴（1）的外表面等分设置。

7.如权利要求1所述的一种电液伺服加载系统用复式液压摆动缸，其特征在于：所述的进油孔（203）和出油孔（204）靠加载缸转轴（1）轴心分布。

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