CN105293373B - 一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，属于流体压力控制机构领域，包括顶板、底板及固定在底板中心的分流阀块，分流阀块上设有蓄能器，围绕蓄能器设有三组结构相同的升降机构；三组升降机构的上端与顶板相连，下端与底板相连；分流阀块通过管路分别与三组结构相同且相互独立的液压驱动系统的液压泵相连；每个液压驱动系统的液压泵控制相对应分组的升降机构，并作为该分组升降机构的单独油源。该装置不仅适合作为重物升降搬用、车辆检修等工作的辅助工具，同时可携带用于野外车辆故障维修或拖移等应急场合。

Description

一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置

技术领域

本发明属于流体压力控制机构领域，具体涉及一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置。

背景技术

无论在工作场所还是居家生活，人们总会不可避免地碰到需要搬运重物如家具设备等的场合。即使在户外活动中，大件物品的升降与移动也经常会给人带来不少麻烦，如车辆检修与托移等。在类似的日常应用场合中，若能借助适当的助力工具有效减轻人力负担则将为人们生活带来极大方便。为了满足此类需要，提升及移动装置必须具备体积小、结构简单、携带方便、操作灵活。同时，由于需要极大程度地节省人力，动力设备必不可少，而在兼备移动性和便携的条件下，工作现场获取动力能源通常较为困难，因此装置的能量利用效率也是衡量其实用性的重要衡量标准之一。现有的升降装置通常用于建筑工程领域，结构庞大不易于携带，而且通常只能实现垂直升降运动，只具备一个自由度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，该升降装置结构紧凑、轻便，能耗低，使用方便。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，包括顶板、底板及固定在底板中心的分流阀块，分流阀块上设有蓄能器，围绕蓄能器设有三组结构相同的升降机构；三组升降机构的上端与顶板相连，下端与底板相连；

分流阀块通过管路分别与三组结构相同且相互独立的液压驱动系统的液压泵相连；每个液压驱动系统的液压泵控制相对应分组的升降机构，并作为该分组升降机构的单独油源。

三组升降机构上端通过球关节与顶板相连，下端通过水平导轨与底板上表面相连。

升降机构包括剪式机构、水平连接件、水平滑座、竖直连接件、竖直导轨副及连接块；剪式机构底部两端分别与水平连接件铰接；水平连接件分别固定于水平滑座上表面；水平滑座与固定于底板上表面的水平导轨配合组成水平导轨副；竖直连接件底部固定于底板上表面，一侧面与竖直导轨副相连；连接块一侧固定于竖直导轨副的滑座上，另一侧与剪式机构连接。

当提升重物时：在水平导轨的约束下，剪式机构底部两端沿着水平导轨的轴线方向作水平相向直线运动，带动剪式机构向上伸出；在竖直导轨副的约束下，剪式机构沿竖直方向上升；

当下放重物时：在水平导轨的约束下，剪式机构底部两端沿着水平导轨的轴线方向作水平反向直线运动，带动剪式机构向下缩回；在竖直导轨副的约束下，剪式机构沿竖直方向下降。

液压驱动系统包括电机、U形座、联轴器、液压泵及柱塞缸；电机通过联轴器与液压泵连接，电机和液压泵分别与U形座连接，U形座底面固定于底板上表面；液压泵的油口P4通过管道与柱塞缸连接；柱塞缸的缸筒与剪式机构相连，柱塞缸底端与底板相连。

分流阀块上还设有单向阀和截止阀，分流阀块上的蓄能器、单向阀和截止阀共同组成液压系统的油源单元。

在分流阀块上还设有用于补充油源的充液口。

在底板下端设有三个滚轮，在任意一个滚轮的轮轴上设有滚轮电机。

升降机构由铝合金材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的液压泵直接驱动式三自由度升降装置，设有三组结构相同的液压驱动升降机构，三组升降机构相互独立，还设有三组结构相同且相互独立的液压系统，每个液压系统的液压泵控制相对应分组的液压驱动升降机构，并作为该分组液压驱动升降机构的单独油源，每个分组升降机构液压回路与其他分组升降机构的液压回路均为相互独立的液压回路，通过控制各自升降机构的运动，能够实现负载竖直上下、俯仰、翻滚三个自由度的位姿。同时，采用蓄能器作为动力源输出和能量回收装置，由于蓄能器中储存着具有一定压力的油液，不必设置油箱，且工作过程中泵电机所需功率较小，采用蓄电池即可为电机供电，使得系统简单又能实现重物下降过程中的能量回收，从而使整个装置能耗降到最低。

进一步地，升降机构采用高强度铝合金材料和剪式结构设计，可折叠、重量轻、体积小，携带和使用方便。利用剪式机构的运动放大特性，使得小装置能输出大位移。此外，剪式机构层数可变，使用者根据实际应用场合可自行增减以获得更加符合自身需要的操作特性。

进一步地，液压系统采用液压泵直接驱动执行器，消除了节流损失，提高了系统效率，采用柱塞缸作为执行器，省去了油箱，减少了管路连接，使系统结构简化。

附图说明

图1为本发明的结构侧视图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明的单个升降机构局部结构示意图；

图4为本发明的液压驱动系统原理图。

其中，1为电机；2为U形座；3为联轴器；4为液压泵；5为管道；6为柱塞缸；7为蓄能器；8为连接件；9为剪式机构；101,102为水平连接件；111,112为水平滑座；12为水平导轨；13为球关节；14为顶板；15为竖直连接件；16为竖直导轨副；17为连接块；18为底板；19为滚轮电机；20为滚轮；21为分流阀块；22为单向阀；23为截止阀。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如附图1和附图2所示，本发明的液压泵直接驱动式三自由度升降装置，包括蓄能器7、分流阀块21以及三组结构相同的液压驱动剪式升降机构；三组升降机构上端通过球关节13与顶板14相连，下端通过导轨12与底板18上表面相连；底板18下端与三个滚轮20连接；其中一个滚轮轴上装有滚轮电机19；蓄能器7固定在分流阀块21上，分流阀块21与三组液压系统液压泵相连；每个液压泵控制对应分组的升降机构，并作为该分组升降机构的单独油源；每个分组升降机构液压回路与其他分组升降机构的液压回路均为相互独立的液压回路。

如附图1、附图2和附图3所示，每个分组升降机构均包括剪式机构9、柱塞缸6、连接件8、水平导轨12、水平连接件101和102、水平滑座111和112、竖直连接件15、竖直导轨副16、连接块17；每组升降机构中，柱塞缸6的缸筒与剪式机构9连接、柱塞底端与底板18连接；剪式机构9底部两端分别与水平连接件101和102铰接；水平连接件101和102分别固定于水平滑座111和112上表面；水平滑座111和112与固定于底板18上表面的水平导轨12配合组成水平导轨副；竖直连接件15底部固定于底板18上表面，一侧面与竖直导轨副16连接；连接块17一侧固定于竖直导轨副16滑座上，另一侧与剪式机构9连接。

如附图2和附图4所示，每个分组液压系统均包括电机1、U形座2、联轴器3、液压泵4、柱塞缸6；电机1通过联轴器3与液压泵4连接，电机1和液压泵4分别与U形座2连接，U形座2底面固定于底板18上表面；液压泵4的油口P4通过管道5与柱塞缸6连接、油口T4与分流阀块21连接。

如附图4所示，液压系统油源部分包括蓄能器7、分流阀块21、单向阀22和截止阀23；蓄能器7、单向阀22和截止阀23均集成于分流阀块21上。

本发明的工作原理如下：

当升降装置提升重物时，截止阀23打开，蓄能器7中的压力油经截止阀23流至液压泵4的油口T4，单向阀22反向截止。电机1正转带动液压泵4工作，液压油从T4口进入液压泵4，从P4口流出液压泵4并最终进入柱塞缸6的工作腔。由于柱塞缸6的柱塞底端固定在底板18上，柱塞缸6的缸筒在高压油作用下向上运动。由于柱塞缸6的缸筒与剪式机构9通过连接件8刚性连接，剪式机构9向上伸出。此时，由于剪式机构9底部两端分别通过水平连接件101和102与水平滑座111和112连接，在导轨12的约束下，剪式机构9底部两端只能沿着导轨12的轴线方向作水平相向直线运动，促进剪式机构9整体向上伸出。另外，由于剪式机构9与竖直导轨副16通过连接块17连接，而竖直导轨副16与竖直连接件15连接并保持竖直，因此在竖直导轨副16的约束下剪式机构9沿竖直方向上升。剪式机构9顶端通过球关节13与顶板14连接，在剪式机构9上升过程中，顶板将以被放大的柱塞缸6的速度和位移进行运动，其放大倍数为剪式机构9层数的二倍。

上述以A组升降机构为例说明其工作原理，其他两组完全相同。在实际举升重物时，三组同步向上运动即可实现。当需要调整重物的姿态时，三组需单独控制。若使重物前后俯仰，则可保持A组不动，同时提升或降低B组和C组。若使重物左右翻滚，则保持A组不动，同时使B组和C组向相反方向运动(如B上C下或B下C上)。

当重物在举升之后需水平移动时，通过控制滚轮电机19来实现。滚轮电机19带动滚轮20转动，从而移动整个装置。由于滚轮20可沿竖直轴在水平面内转动，整个装置的运动方向可调。

当下放重物或缩回升降装置时，截止阀23打开，电机1反转带动液压泵4工作，柱塞缸6工作腔的液压油从P4口进入液压泵4，从液压泵4的T4口流出至分流阀块21，并经截止阀23最终进入蓄能器7，此时单向阀22反向截止。由于柱塞缸6的柱塞底端固定在底板18上、缸筒与剪式机构9通过连接件8刚性连接，剪式机构9向下缩回时，在重力作用下柱塞缸6工作腔的液压油具有一定的压力，此部分压力油被送入蓄能器7储存，使系统势能得以回收。此时，由于剪式机构9底部两端分别通过水平连接件101和102与水平滑座111和112连接，在导轨12的约束下，剪式机构9底部两端只能沿着导轨12的轴线方向作水平反向直线运动，促进剪式机构9整体向下缩回。另外，由于剪式机构9与竖直导轨副16通过连接块17连接，而竖直导轨副16与竖直连接件15连接并保持竖直，因此在竖直导轨副16的约束下剪式机构9沿竖直方向下降。

若重物被举升之后需长时间维持举升状态或装置长期处于非工作状态时，可手动关闭位于分流阀块21上的截止阀23，使系统处于停机状态，从而减少能耗，提高安全性。

为了节省电机1输入电能，若蓄能器7的油压力在一段时间之后降低到最小设定值以下，则可通过分流阀块21上的充液口进行补充。关闭截止阀23，由于此时单向阀22正向导通，来自连接在分流阀块21充液口的外部手动泵或液压源的高压油流经单向阀22进入蓄能器7，完成充液。

综上所述，本发明的液压泵直接驱动式三自由度升降装置，采用三组平行的液压柱塞缸驱动剪式机构控制负载升降，充分利用了剪式机构固有的运动放大特性和液压传动输出动力大的特点，使升降运动兼备大负载和大行程的优点。由于采用剪式机构，该装置在非工作情况下可折叠放置，结构紧凑，占用空间小，便于携带。采用蓄能器作为动力源与液压泵转向控制相配合，实现了装置上升过程输出能量，下降过程回收能量，有效提高了能量利用率。由于液压泵直接驱动执行机构，无需液压油箱，有效减小了整个装置的体积。该装置不仅适合作为重物升降搬用、车辆检修等工作的辅助工具，同时可携带用于野外车辆故障维修或拖移等应急场合。具体优势体现在以下几个方面：

1)升降机构采用高强度铝合金材料和剪式结构设计，可折叠、重量轻、体积小，携带和使用方便。利用剪式机构的运动放大特性，使得小装置能输出大位移。

2)剪式机构层数可变，使用者根据实际应用场合可自行增减以获得更加符合自身需要的操作特性。

3)三组相同升降机构运动相互独立，通过控制各自运动，可实现负载竖直上下、俯仰、翻滚三个自由度的位姿。同时，装于装置底部的滚轮可以使其在水平面内自由移动。另外，配上电机遥控器可实现整个装置的遥控操作。

4)采用液压泵直接驱动执行器，消除了节流损失，提高了系统效率。采用柱塞缸作为执行器，省去了油箱，减少了管路连接，使系统结构简化。

5)采用蓄能器作为动力源输出和能量回收装置，不必设置油箱而且节能。

6)由于蓄能器中储存着具有一定压力的油液，因此工作过程中泵电机所需功率较小，采用蓄电池即可为电机供电。当蓄能器储存能量偏低时，可通过充液口充入高压油补充能量。

Claims (7)

1.一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，包括顶板(14)、底板(18)及固定在底板(18)中心的分流阀块(21)，分流阀块(21)上设有蓄能器(7)，围绕蓄能器(7)设有三组结构相同的升降机构；三组升降机构的上端通过球关节(13)与顶板(14)相连，下端通过水平导轨(12)与底板(18)上表面相连；

分流阀块(21)通过管路分别与三组结构相同且相互独立的液压驱动系统的液压泵相连；每个液压驱动系统的液压泵控制相对应分组的升降机构，并作为该分组升降机构的单独油源；

升降机构包括剪式机构(9)、水平连接件(101,102)、水平滑座(111,112)、竖直连接件(15)、竖直导轨副(16)及连接块(17)；剪式机构(9)底部两端分别与水平连接件(101,102)铰接；水平连接件(101,102)分别固定于水平滑座(111,112)上表面；水平滑座(111,112)与固定于底板(18)上表面的水平导轨(12)配合组成水平导轨副；竖直连接件(15)底部固定于底板(18)上表面，一侧面与竖直导轨副(16)相连；连接块(17)一侧固定于竖直导轨副(16)的滑座上，另一侧与剪式机构(9)连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，当提升重物时：在水平导轨(12)的约束下，剪式机构(9)底部两端沿着水平导轨(12)的轴线方向作水平相向直线运动，带动剪式机构(9)向上伸出；在竖直导轨副(16)的约束下，剪式机构(9)沿竖直方向上升；

当下放重物时：在水平导轨(12)的约束下，剪式机构(9)底部两端沿着水平导轨(12)的轴线方向作水平反向直线运动，带动剪式机构(9)向下缩回；在竖直导轨副(16)的约束下，剪式机构(9)沿竖直方向下降。

3.根据权利要求1所述的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，液压驱动系统包括电机(1)、U形座(2)、联轴器(3)、液压泵(4)及柱塞缸(6)；电机(1)通过联轴器(3)与液压泵(4)连接，电机(1)和液压泵(4)分别与U形座(2)连接，U形座(2)底面固定于底板(18)上表面；液压泵(4)的油口P4通过管道(5)与柱塞缸(6)连接；柱塞缸(6)的缸筒与剪式机构(9)相连，柱塞缸(6)底端与底板(18)相连。

4.根据权利要求1所述的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，分流阀块(21)上还设有单向阀(22)和截止阀(23)，分流阀块(21)上的蓄能器(7)、单向阀(22)和截止阀(23)共同组成液压系统的油源单元。

5.根据权利要求1所述的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，在分流阀块(21)上还设有用于补充油源的充液口。

6.根据权利要求1所述的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，在底板(18)下端设有三个滚轮(20)，在任意一个滚轮的轮轴上设有滚轮电机(19)。

7.根据权利要求1所述的一种液压泵直接驱动式三自由度升降装置，其特征在于，升降机构由铝合金材料制成。