CN104847750B - 一种电液复合式直线作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种电液复合式直线作动器，涉及一种推杆同时受到电机旋转驱动和液压直线驱动的高性能直线作动器，属于机电一体化技术领域。本发明包括电机、编码器、螺母、丝杠、推杆、内筒、外筒、液控口A和液控口B。所述的推杆同时受到电机旋转驱动和液压直线驱动，不仅兼具了液压缸和电动缸的技术优势，而且构成了具有冗余备份形式的驱动形式，大大提高了工作可靠性。本发明具有更好的控制性能、动力性能和能源利用率，控制形式灵活多样，通用性强，能够适应多种特殊或负载过大的工况。

Description

一种电液复合式直线作动器
技术领域
本发明涉及一种电液复合式直线作动器，尤其涉及一种推杆同时受到电机旋转驱动和液压直线驱动的高性能直线作动器，属于机电一体化技术领域。
背景技术
液压缸是一种非常传统的液压执行元件，将活塞两腔的压力和流量转化为推力与直线速度，从而将液压能转变为机械能，实现了直线式往复运动。液压缸结构简单、工作可靠，功率密度高，负载能力强，直线传动时没有传动间隙，运动平稳，因此是各种机械产品的液压系统中最主要的动力元件，尤其在高功率和大负载的应用场合。液压缸通常无法单独工作，需要液压控制元件(例如伺服阀、比例阀或换向阀)的配合，并需要配备专用的液压泵站作为能源系统，因此，存在能源获取不便，维修和维护成本较高，泄漏污染环境等问题，低速运动时容易出现爬行现象。
电动缸是近年来应用日益广泛的直线式电动执行机构，具有控制精度高、运动平稳、操作维护简单、安装配置灵活、噪音低、低振动和节能环保等显著优势，因此，在很多领域已经取代了液压缸。电动缸通常采用驱动电机与丝杠一体化形式，将驱动电机的旋转运动通过丝杠转换成直线运动，同时将电机精确的转速、角度和转矩控制转变成精确的速度、位置和推力控制，从而实现高精度直线运动。但是，电动缸的功率密度较小，负载能力和动态特性与液压缸还存在一定差距，尤其在高功率和大负载的控制场合还无法完全取代液压缸。
现代国防军事和工业应用的发展对执行机构在控制性能、动力性能、能源效率和工作可靠性等方面提出了更高的要求，一些特殊应用场合要求执行元件在高速和低速运动时同时具有良好的控制特性，并且能够适应特殊或极端负载工况，例如负载突变、严重不平衡负载等。单一的液压缸或电动缸由于自身所固有的缺陷，并不能很好的满足上述应用需求，因此，迫切需要一种兼具液压缸和电动缸两者优势的新型直线式执行机构。
发明内容
针对现有液压缸和电动缸的技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种电液复合式直线作动器，该作动器的推杆同时受到电机旋转驱动和液压直线驱动，因此它同时兼具了液压缸和电动缸的技术优势，具有更好的控制性能、动力性能、能源效率和工作可靠性，能够适应多种特殊或负载过大的工况。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明公开的一种电液复合式直线作动器，包括电机、编码器、螺母、丝杠、推杆、内筒、外筒、液控口A和液控口B，其中内筒、外筒和推杆的中心轴线重合，外筒、内筒和推杆均为中空结构；内筒和外筒通过螺栓紧固在一起，推杆嵌套在内筒与外筒之间，并可沿中心轴线滑动；外筒和推杆之间形成液控腔A，油液通过液控口A进入液控腔A，外筒和推杆之间的移动接触面用密封圈密封；推杆和内筒之间形成液控腔B，油液通过液控口B进入液控腔B，推杆和内筒之间的移动接触面用密封圈密封；电机与编码器同轴安装在推杆的外端，电机轴与丝杠加工为一体化工件或采用联轴器固定在一起；丝杠和螺母构成了一对丝杠副，螺母固定在内筒的外端，丝杠可随着推杆沿中心轴线移动。
上述电机和推杆通过螺栓固联在一起，电机能够驱动丝杠产生旋转运动，由于内筒、外筒和螺母通过螺栓固联在一起，因此推杆和外筒之间就产生了相对直线运动，通过控制电机的电流信号能够控制直线运动的速度和方向，丝杠的旋转同时也带动了编码器的转动，产生用于位置检测的脉冲信号，这是典型的电动缸运动特征。
油液能够通过液控口A进入外筒和推杆之间形成液控腔A，从而驱动推杆缩回外筒；油液能够通过液控口B进入内筒和推杆之间形成液控腔B，从而驱动推杆伸出外筒；也就是说，通过控制液控腔A和B的油液压力和流量，能够控制推杆直线运动的速度和方向，这是典型的液压缸运动特征。推杆与外筒和内筒的移动接触面均采用了液压缸活塞的密封形式，保证了油液不会进入电机的工作区域，影响电机的正常工作。
本发明同时具备了电动缸和液压缸的运动特征，具有多种灵活的控制形式，既可以作为电动缸或液压缸独立工作，也可以复合式协同工作。当液控口A和B与大气或无压力油箱连接，并电机通电时，本发明为电动缸模式；当电机断电，液控口A和B通入具有一定压力和流量的油液时，本发明为液压缸模式，推杆直线运动会带动电机产生空转，其阻力极小，通常情况下可忽略；当液控口A和B以及电机同时控制时，本发明为电液复合工作模式，电动驱力和液压驱力叠加后同时并行作用在推杆上；在复合工作模式下，本发明具有更多的控制形式，能够适应多种特殊或负载过大工况。
根据不同的应用需求，可以选择不同类型的丝杠副和电机：丝杠副可以选用滚珠丝杠副或滚柱丝杠副，电机可选用伺服电机、步进电机、普通直流电机、交流电机等。
有益效果：
本发明公开的一种电液复合式直线作动器集成了电机和液压的两套独立驱动机构，不仅兼具了液压缸和电动缸的技术优势，而且构成了具有冗余备份形式的驱动形式，大大提高了工作可靠性；具有更好的控制性能、动力性能和能源利用率，控制形式灵活多样，通用性强，能够适应多种特殊或负载过大工况。
附图说明
图1是本发明的一种电液复合式直线作动器剖视图；
图中：1-编码器、2-电机，3-电机轴、4-螺母、5-内筒、6-液控口A、7-丝杠、8-推杆、9-外筒、10-液控腔A、11-液控腔B、12-液控口B。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括电机2、编码器1、螺母4、丝杠7、推杆8、内筒5、外筒9、液控口A6和液控口B12，其中内筒5、外筒9和推杆8的中心轴线重合，外筒9、内筒5和推杆8均为中空结构；内筒5和外筒9通过螺栓紧固在一起，推杆8嵌套在内筒5与外筒9之间，并可沿中心轴线滑动；外筒9和推杆8之间形成液控腔A10，油液通过液控口A6进入液控腔A10，外筒9和推杆8之间的移动接触面用密封圈密封；推杆8和内筒5之间形成液控腔B11，油液通过液控口B12进入液控腔B11，推杆8和内筒5之间的移动接触面用密封圈密封；电机2与编码器1同轴安装在推杆8的外端，电机轴3与丝杠7加工为一体化工件或采用联轴器固定在一起；丝杠7和螺母4构成了一对丝杠副，螺母4固定在内筒5的外端，丝杠7可随着推杆8沿中心轴线移动。
如图1所示，电机2和推杆8通过螺栓固联在一起，电机2能够驱动丝杠7产生旋转运动，由于内筒5、外筒9和螺母4通过螺栓固联在一起，因此推杆8和外筒9之间就产生了相对直线运动，通过控制电机2的电流信号能够控制直线运动的速度和方向，丝杠7的旋转同时也带动了编码器1的转动，产生用于位置检测的脉冲信号，这是典型的电动缸运动特征。
如图1所示，油液能够通过液控口A6进入外筒9和推杆8之间形成液控腔A10，从而驱动推杆8缩回外筒9；油液能够通过液控口B12进入内筒5和推杆8之间形成液控腔B11，从而驱动推杆8缩回外筒9；也就是说，通过控制液控腔A10和液控腔B11的油液压力和流量，能够控制推杆8直线运动的速度和方向，这是典型的液压缸运动特征。推杆8与外筒9和内筒5的移动接触面均采用了液压缸活塞的密封形式，保证了油液不会进入电机2的工作区域，影响电机2的正常工作。
根据不同的应用需求，可以选择不同类型的丝杠副和电机2，丝杠副可以选用滚珠丝杠副或滚柱丝杠副，电机2可选用伺服电机、步进电机、普通直流电机、交流电机等。
本实施例同时具备了电动缸和液压缸的运动特征，具有多种灵活的控制形式，既可以作为电动缸或液压缸独立工作，也可以复合式协同工作。当液控口A6和液控腔B12与大气或无压力油箱连接，同时电机2通电时，本实施例为电动缸模式；当电机2断电，液控口A6和液控口B12通入具有一定压力和流量的油液时，本实施例为液压缸模式，推杆8直线运动会带动电机2产生空转，但阻力极小，通常情况下可忽略；当液控口A6和液控口B12以及电机2同时控制时，本实施例为电液复合工作模式，电动驱力和液压驱力叠加后同时并行作用在推杆8上；在复合工作模式下，本实施例具有更多的控制形式，能够适应多种特殊或负载过大工况。

Claims (5)

1.一种电液复合式直线作动器，包括电机(2)、编码器(1)、螺母(4)、丝杠(7)、推杆(8)、内筒(5)、外筒(9)、液控口A(6)和液控口B(12)，其特征在于：所述的内筒(5)、外筒(9)和推杆(8)的中心轴线重合，外筒(9)、内筒(5)和推杆(8)均为中空结构；内筒(5)和外筒(9)固定在一起，推杆(8)嵌套在内筒(5)与外筒(9)之间，并可沿中心轴线滑动；外筒(9)和推杆(8)之间形成液控腔A(10)，油液通过液控口A(6)进入液控腔A(10)，外筒(9)和推杆(8)之间的移动接触面用密封圈密封；推杆(8)和内筒(5)之间形成液控腔B(11)，油液通过液控口B(12)进入液控腔B(11)，推杆(8)和内筒(5)之间的移动接触面用密封圈密封；电机(2)与编码器(1)同轴安装在推杆(8)的外端，电机轴(3)与丝杠(7)加工为一体化工件或采用联轴器固定在一起；丝杠(7)和螺母(4)构成了一对丝杠副，螺母(4)固定在内筒(5)的外端，丝杠(7)随着推杆(8)沿中心轴线移动。
2.根据权利要求1所述的电液复合式直线作动器，其特征在于：所述的电机(2)和推杆(8)通过螺栓固联在一起，电机(2)能够驱动丝杠(7)产生旋转运动，由于内筒(5)、外筒(9)和螺母(4)通过螺栓固联在一起，推杆(8)和外筒(9)之间就产生了相对直线运动，通过控制电机(2)的电流信号能够控制直线运动的速度和方向，丝杠(7)的旋转同时也带动了编码器(1)的转动，产生用于位置检测的脉冲信号，实现电动缸运动功能；
油液能够通过液控口A(6)进入外筒(9)和推杆(8)之间形成液控腔A(10)，从而驱动推杆(8)缩回外筒(9)；油液能够通过液控口B(12)进入内筒(5)和推杆(8)之间形成液控腔B(11)，从而驱动推杆(8)伸出外筒(9)；即通过控制液控腔A(10)和液控腔B(11)的油液压力和流量，能够控制推杆(8)直线运动的速度和方向，实现液压缸运动功能。
3.根据权利要求2所述的电液复合式直线作动器，其特征在于：推杆(8)与外筒(9)和内筒(5)的移动接触面均采用了液压缸活塞的密封形式，保证了油液不会进入电机(2)的工作区域，影响电机(2)的正常工作。
4.根据权利要求2或3所述的电液复合式直线作动器，其特征在于：具有电动缸独立工作模式、液压缸独立工作模式或复合式协同工作模式；当液控口A(6)和液控口B(12)与大气或无压力油箱连接，同时电机(2)通电时，为电动缸模式；当电机(2)断电，液控口A(6)和液控口B(12)通入具有一定压力和流量的油液时，为液压缸模式，推杆(8)直线运动会带动电机(2)产生空转；当液控口A(6)和液控口B(12)以及电机(2)同时控制时，为电液复合工作模式，电动驱力和液压驱力叠加后同时并行作用在推杆(8)上，在复合式协同工作模式下，具有更多的控制形式，能够适应多种特殊或负载过大工况。
5.根据权利要求4所述的电液复合式直线作动器，其特征在于：根据不同的应用需求选择不同类型的丝杠副和电机(2)，丝杠副选用滚珠丝杠副或滚柱丝杠副，电机(2)选用伺服电机或步进电机。
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