CN103423223A

CN103423223A - 用于流体致动件的位置伺服控制机构

Info

Publication number: CN103423223A
Application number: CN2013101786638A
Authority: CN
Inventors: 徐学军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明公开一种用于控制流体致动件的位置伺服控制机构，包括供给芯轴和分配套筒；供给芯轴上的螺旋槽连通流体动力源，而分配套筒上的阀口则连通流体致动件的作动腔/控制口。螺旋槽和阀口相互配合，组成双自由度的伺服机构，精确地控制流体致动件的输出运动，即直线位移、角向位移以及螺旋运动。

Description

用于流体致动件的位置伺服控制机构

技术领域

本发明公开的是涉及流体致动件的一种控制机构，更具体地说，是涉及一种位置伺服控制机构。

背景技术

在流体传动及控制领域，流体致动件的位置通常由比例/伺服阀所控制。由于是由分立元件组合而成，这种传统方式的系统有一些不足之处。例如，尽管使用了高质量的比例/伺服阀，一些传统的液压系统，由于控制回路过长，还是受到滞后的困扰；还有，一些传统的系统，受到流经比例/伺服阀的液体清洁度问题所困扰；还有，许多带闭环控制的传统系统，应用了各种控制算法来控制流体直线作动缸的位置，从许多用户的角度来说，显得过于复杂。

这里公开的位置伺服控制机构，或许有助于解决以上所涉及的问题。

发明内容

为解决上述问题，，本发明提供的位置伺服控制机构由以下部分组成：带有两组轴向对称分布螺旋槽的供给芯轴，其螺旋槽至少部分地环绕在其圆柱形部分，且分别与高压管路、回油管路一直保持连通；内表面有两组径向阀口且至少部分地包容供给芯轴的分配套筒，这两组阀口与相应的流体致动件的作动腔/控制口一直保持连通。当所述机构处于平衡状态时，所述的径向阀口被供给芯轴圆柱形表面的所述螺旋槽形成的螺旋台肩所遮盖。当供给芯轴相对于分配套筒在一个方向转动或滑动时，所述的阀口在同一方向上从相邻的所述螺旋槽的边沿各自增加它们的开口度。这样，相应流体直线致动件的作动腔/控制口就连通到流体动力源，致使流体致动件产生动作。而这个动作被设计成负反馈，逐渐关闭那些开口度，直到所述的阀口各自被所述的螺旋台肩再次遮盖。反之亦然，当供给芯轴和分配套筒之间的相对运动是另一个方向，此机构又将会达到一个平衡的状态。

附图说明

图1此机构样例的剖面图；

图2至图5所述机构的样例在不同位置的剖面图；

图6装备所述机构样例的流体直线致动件的剖面图；

图7所述直线致动件在供给芯轴逆时针转动后（从上往下看）的剖面图；

图8所述直线致动件在供给芯轴顺时针转动后（从上往下看）的剖面图；

图9装备所述机构样例，活塞可旋转的流体致动件的剖面图；

图10装备所述机构样例的流体致动马达剖面图；

图11装备所述机构样例的流体直线致动件的剖面图，供给芯轴作为输出轴。

具体实施方式

在详细介绍具体的实施例之前，需要定义一些符号：

P：流体入口，连通至压力管路（高压）

T：连通回油或泄油管路的端口（低压）

为了便于清楚地介绍主要的功能，其他结构上的细节，例如导向装置、密封、弹簧等，在此不予考虑。

图1至图5介绍了这个位置伺服机构的样例，也就是以后的实施例中要用到的。在供给芯轴的圆柱形表面上分布两组螺旋槽：GP1、GP2、GT1和GT2。其中GP1和GP2是一组，呈轴向对称分布，且经由孔口P1和P2与高压管路一直保持连通，如图2所示。GT1和GT2是另一组，呈轴向对称分布，且经由孔口T1和T2与回油管路一直保持连通，如图3所示。在分配套筒的轴向孔表面分布四个阀口：A1、A2、B1和B2，和螺旋槽相互配合。如图4和图5所示，当供给芯轴逆时针旋转，阀口A1和A2将经由螺旋槽GP1和GP2与高压管路连通，而阀口B1和B2则经由螺旋槽GT1和GT2与回油管路连通。反之亦然，在供给芯轴顺时针旋转后，阀口A1和A2将经由螺旋槽GT1和GT2与回油管路连通，而阀口B1和B2则经由螺旋槽GP1和GP2与高压管路连通。所以阀口A1和A2可以分为一组，而阀口B1和B2分为另一组。

按照一些实施例，所述的样例结构装备在图6所示的流体直线作动缸中。分配套筒4刚性地联接到活塞5上，形成一体的结构。当然，按照一些实施例，它们至少可以构建于同一个零件。所述的直线作动缸有A和B两个作动腔，作动腔A的有效作用面是环形表面SA1和SA2，作动腔B的有效作用面是环形表面SB.作动腔A中的流体压力作用于SA1和SA2，向下推动活塞5；而作动腔B中的流体压力作用于SB，向上推动活塞，这样SA1和SA2上的流体作用力和SB上的从相反方向对立。作动腔A和B中的流体压力的变化改变作用力，活塞5将和分配套筒4一起在缸体3中滑动，活塞杆7由其他的方式导向以防止转动。螺旋槽GT1和GT2经由腔室TT和回油管路一直保持连通，而螺旋槽GP1和GP2经由径向孔P1和P2，与高压管路一直保持连通，和图2所示的相同。

假设供给芯轴逆时针旋转（从上往下看），如图7所示，作动腔A经由阀口A1、A2、螺旋槽GP1和GP2，连通至高压管路，使作动腔A中的流体压力上升；同时作动腔B经由阀口B1、B2、螺旋槽GT1和GT2、腔室TT，连通至回油管路，使作动腔B中的流体压力下降。流体压力作用在SA1、SA2和SB上的合力使得活塞向下运动。这样一来，阀口A1、A2、B1和B2又分别被供给芯轴1圆柱形表面上的螺旋台肩逐渐遮盖，直至作动腔A和B中的流体压力达到平衡的状态。

假设供给芯轴顺时针旋转（从上往下看），如图8所示，作动腔B经由阀口B1、B2、螺旋槽GP1和GP2，连通至高压管路，使作动腔A中的流体压力上升；同时作动腔A经由阀口A1、A2、螺旋槽GT1和GT2、腔室TT，连通至回油管路，使作动腔A中的流体压力下降。流体压力作用在SA1、SA2和SB上的合力使得活塞向上运动。然后，阀口A1、A2、B1和B2又分别被供给芯轴1圆柱形表面上的螺旋台肩逐渐遮盖，直至作动腔A和B中的流体压力达到平衡的状态。

按照一些实施例，上述直线作动缸的活塞出杆由其他的方式驱动而旋转，与此同时，又受到控制芯轴的控制进行滑动。所以，活塞杆的最终输出是一个很大力的螺旋运动，或许同时还有很大的扭矩，如图9所示。活塞杆移动的直线距离取决于输入芯轴和活塞杆所得到的转角之差。

按照一些实施例，所述的样例结构装备于流体致动马达，如图10所示。分配套筒2刚性地联接到输出轴上，并可以随其在壳体3中旋转。孔口A和B是所述马达的控制口，当孔口A处于高压而孔口B处于低压时，输出轴和分配套筒2一起顺时针旋转（在图10中从下往上看），反之亦然。

当供给芯轴向下运动时，孔口A经由一个环形槽、阀口A1和A2，然后经过螺旋槽GP1和GP2，连通至高压管路；而孔口B经由一个环形槽、阀口B1和B2，然后经过螺旋槽GT1和GT2，连通至回油管路。这样一来，孔口A的流体压力上升，而孔口B的则下降，致使输出轴带动分配套筒一起顺时针旋转（在图10中从下往上看），然后供给芯轴1圆柱形表面的螺旋台肩分别逐渐遮盖阀口A1、A2、B1和B2，直至孔口A和B的流体压力达到平衡的状态。

当供给芯轴向上运动时，孔口B经由一个环形槽、阀口B1和B2，然后经过螺旋槽GP1和GP2，连通至高压管路；而孔口A经由一个环形槽、阀口A1和A2，然后经过螺旋槽GT1和GT2，连通至回油管路。这样一来，孔口B的流体压力上升，而孔口A的则下降，致使输出轴带动分配套筒一起逆时针旋转（在图10中从下往上看），然后供给芯轴1圆柱形表面的螺旋台肩分别逐渐遮盖阀口A1、A2、B1和B2，直至孔口A和B的流体压力达到平衡的状态。

按照一些实施例，所述的样例结构装备于通轴孔输出的流体致动马达，如图11所示。分配套筒2刚性地联接到固定在马达壳体4上的外壳3，供给芯轴1以键连接的方式可操作地联接并穿出通轴孔。孔口A和B是所述马达的控制口，当孔口A处于高压而孔口B处于低压时，输出的通轴孔和供给芯轴一起逆时针旋转（在图11中从下往上看），反之亦然。

当供给芯轴向下运动时，孔口A经由一个环形槽、阀口A1和A2，然后经过螺旋槽GP1和GP2，连通至高压管路；而孔口B经由一个环形槽、阀口B1和B2，然后经过螺旋槽GT1和GT2，连通至回油管路。这样一来，孔口A的流体压力上升，而孔口B的则下降，致使输出通轴孔5与供给芯轴1一起逆时针旋转（在图11中从下往上看），然后供给芯轴1圆柱形表面的螺旋台肩分别逐渐遮盖阀口A1、A2、B1和B2，直至孔口A和B的流体压力达到平衡的状态。

当供给芯轴向上运动时，孔口B经由一个环形槽、阀口B1和B2，然后经过螺旋槽GP1和GP2，连通至高压管路；而孔口A经由一个环形槽、阀口A1和A2，然后经过螺旋槽GT1和GT2，连通至回油管路。这样一来，孔口B的流体压力上升，而孔口A的则下降，致使输出通轴孔5与供给芯轴1一起顺时针旋转（在图11中从下往上看），然后供给芯轴1圆柱形表面的螺旋台肩分别逐渐遮盖阀口A1、A2、B1和B2，直至孔口A和B的流体压力达到平衡的状态。按照一些图11所示的实施例，如果供给芯轴由一个直线作动缸驱动，那就很容易地输出力和扭矩。

按照一些实施例，流体致动件的回程是由弹簧、重力、电气装置等实现，或者是较小作用面积的作动腔直接连通高压管路，而余下的作用面积较大的作动腔的压力是可操控的。这种情况下，只需要一组阀口，按照所述样例结构，它们是A1和A2，或者B1和B2。

进一步说，按照一些实施例，供给芯轴可以由机械方式或电气方式驱动；轴向对称分布在供给芯轴圆柱形表面的螺旋槽，每一组可以包括两条以上；同时，和所述螺旋槽相互配合的轴向对称分布在分配套筒轴向孔表面的阀口，每组也可以是两个以上；也许可以用一个附加装置来限制所述的开口度，并可以保证螺旋槽和阀口之间的对应关系。

工业实用性

这里公开的机构，适用于任何需要在轴向直线运动、角向转动，和两者的综合之间转换的流体致动件，如数字直线缸、流体振动缸、位置伺服马达、顶升油缸等等，它还适用于流体泵、马达的排量控制机构。基于它的广泛用途，这里很难一一列举，加上熟悉本领域人员的努力，会出现更多潜在的应用场合。

Claims

1.一种用于控制流体致动件的位置伺服控制机构，包括：

供给芯轴，其圆柱形表面至少部分地分布两组螺旋槽，每一组包括至少两条轴向对称分布的螺旋槽，其中一组与高压管路一直保持连通，而另外一组则与低压管路一直保持连通；

分配套筒，在其和所述供给芯轴相配合的轴向孔的表面至少分布一组阀口，每一组包括至少两个轴向对称分布的阀口；

其中，每一组所述的阀口至少与流体致动件的一个作动腔/控制口一直保持连通，其工作方式为：当所述供给芯轴相对于所述分配套筒在一个方向转动或滑动时，这组中所有的阀口都分别在所述两组中的第一组螺旋槽的边沿增大它们的开口度，以改变这个作动腔/控制口中的流体压力；当所述供给芯轴相对于所述分配套筒在另一个方向转动或滑动时，这组中所有的阀口都分别在所述两组中的第二组螺旋槽的边沿增大它们的开口度，以改变这个作动腔/控制口中的流体压力；

其中，当所述供给芯轴和所述分配套筒之间有相对的运动时，每一个所述作动腔/控制口连通至流体流量，导致所述的流体致动件动作，而这个动作又使得所述阀口各自逐渐关闭它们在所述螺旋槽边沿的开口度，直至每一个所述作动腔/控制口中的流体压力恢复到平衡的状态。

2.根据权利要求1所述的位置伺服控制机构，其中，所述的供给芯轴与分配套筒之间的相对运动是螺旋运动。

3.根据权利要求1所述的位置伺服控制机构，其中，所述的供给芯轴由机械方式驱动。

4.根据权利要求1所述的位置伺服控制机构，其中，所述的供给芯轴由电气方式驱动。