CN106369004A - 内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，包括液压站、液压缸和磁致伸缩位移传感器，液压站包括集成阀块，传感器的主体通过密封环固定在缸底上，液压缸包括缸体，在缸体右端的侧壁上开有空气入口，在缸底上开有第一液体通道，在缸体的左侧的侧壁上开有第二液体通道，固定腔设置在缸体内，在固定腔外壁与缸体内壁之间安装有活塞杆，在固定腔内安装有磁环固定腔，磁环固定腔的左端固定在活塞端盖上，在磁环固定腔的右端上固定有磁致伸缩位移传感器的磁环，磁致伸缩位移传感器的磁致伸缩杆插在磁环固定腔的中空腔体内。本装置维持了液压缸工作过程中的稳定。

Description

内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸

技术领域

本发明涉及流体压力执行机构，尤其是涉及内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸。

背景技术

液压缸是将液压能转换为直线运动机械能的执行元件。对称液压缸是指液压缸的两个作用面面积相等，而单出杆液压缸由于有杆腔活塞杆的缘故，两个作用面积不相等，是非对称缸。非对称缸运动过程中由于面积不同而造成的流量差异会影响液压缸的控制性能。对于泵控液压缸，直接改变泵的转速和转向来控制液压缸的运动速度和运动方向，液压系统避免了节流损失，降低了系统发热，提高了系统效率。目前关于集成式液压缸的研究比较有限，集成化程度较低是普遍存在的问题，如何将电机、油泵、阀块、管路以及液压缸进行合理的空间布置是首要问题；而关于对称液压缸的研究，最大的问题在于无法合适的布置位移传感器与液压缸的空间关系，为了保证对称液压缸的工作性能，只能将位移传感器外置于缸体之外或者将位移传感器的磁环固定。前者使传感器独立于系统之外，传感器的抗干扰能力和抗污染能力受到影响，且整个系统并不是真正意义上的集成；后者虽然将传感器内置，但传感器主体随活塞杆共同运动，使系统变得复杂笨重。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，本液压缸高度集成化、内置位移传感器、结构简单、长行程、液压缸两作用面的有效面积相等、不需油箱、适用于闭式回路。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，包括液压站、液压缸和磁致伸缩位移传感器，所述的液压站包括集成阀块，在所述的集成阀块的左右两侧分别安装有齿轮油泵和步进电机，所述的步进电机的输出轴穿过集成阀块的中间通孔与齿轮油泵的泵轴固定相连，所述的磁致伸缩位移传感器的传感器壳体与集成阀块固接，所述的磁致伸缩位移传感器的传感器壳体左壁与液压缸的缸底固定相连，在所述的传感器壳体内设置有磁致伸缩位移传感器的主体，所述的磁致伸缩位移传感器的主体通过密封环固定在缸底上，所述的液压缸包括缸体，所述的缸底固定在所述的缸体的右端，在所述的缸体右端的侧壁上开有空气入口，在所述的缸底上开有第一液体通道，在所述的缸体的左侧的侧壁上开有第二液体通道，一个筒形的固定腔设置在缸体内，在所述的固定腔外壁与缸体内壁之间安装有一个中空的活塞杆，所述的固定腔的右端固定在缸底上并且另一端外壁与活塞杆内壁之间压紧安装有密封圈以密封，在所述的活塞杆的右端设置有与缸体内壁形状相吻合的凸台，所述的凸台的外壁与缸体内壁之间能够滑动配合并且在所述的凸台的外壁与缸体内壁之间压紧安装有密封圈以密封，所述的活塞杆的左端伸出缸体左侧的开口外并且与设置在缸体外的活塞端盖固定相连，所述的活塞杆的左端与所述的缸体左侧的开口内壁间能够滑动配合并且在所述的缸体左侧的开口内壁与活塞杆的外壁之间压紧安装有密封圈以密封，在所述的固定腔内安装有磁环固定腔，所述的磁环固定腔的左端固定在活塞端盖上，在所述的磁环固定腔的右端上固定有磁致伸缩位移传感器的磁环，所述的磁致伸缩位移传感器的磁致伸缩杆插在磁环固定腔的中空腔体内，所述的磁致伸缩位移传感器的信号线与控制系统相连以将数字量的位移信号输出给控制系统，所述的缸底、固定腔、活塞杆和活塞端盖之间构成第一腔室，所述的第一腔室与第一液体通道相连通，流入所述的第一腔室内的液体在活塞端盖上的挤压作用面为第一作用面，所述的活塞杆与缸体之间构成第二腔室，所述的第二液体通道与所述的第二腔室相连通，流入所述的第二腔室内的液体在凸台上的挤压作用面为第二作用面，所述的缸底、缸体、固定腔和活塞杆之间构成气腔，所述的气腔通过空气入口与大气接通，所述的第一作用面Ⅰ和第二作用面Ⅱ的面积相等；所述的第一液体通道和第二液体通道分别通过液压油管与设置在集成阀块上的两个液压接头相连接，其中连接第一液体通道的液压接头通过第一油路依次连接第一液控单向阀和齿轮油泵的第一个油口，连接第二液体通道的液压接头通过第二油路依次连接第二液控单向阀和齿轮油泵的第二个油口，在位于两个液控单向阀和齿轮油泵的两个油口之间的所述的第一油路与第二油路之间连接有两个支路，在所述的两个支路上分别连接有第一溢流阀、第二溢流阀，所述的第一液控单向阀的控制油路与第二油路接通，所述的第二液控单向阀的控制油路与第一油路接通；所述的缸体长度、固定腔长度以及活塞杆的长度依次减少，活塞杆的长度小于固定腔的长度，所述的磁环固定腔的长度小于活塞杆的长度。

本发明装置与现有技术相比，结合对称液压缸和单出杆液压缸的诸多优点，解决了运动过程中活塞杆两工作腔流量不等问题，解决了液压缸流量和稳定性的矛盾，提高了液压缸的控制性能；通过合理设计结构，将液压站、磁致伸缩位移传感器、液压缸高度集成，增强了传感器的抗干扰能力。通过集成阀控制液压油路，不需油箱，节约了空间，简化了结构，减少了泄露，提高了整个系统的效率。本结构具有高度集成化、内置位移传感器、结构简单、长行程、液压缸两作用面的有效面积相等、适用于闭式回路等特点。

附图说明

图1是本发明内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸的主视图；

图2是本发明图1所示的液压缸中的液压站结构图；

图3是本发明图1所示的液压缸中的磁致伸缩位移传感器结构图；

图4是本发明图1所示的液压缸的液压原理图；

图5是本发明图1所示的液压缸中的液压缸半剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。

如附图所示，本发明内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，包括液压站1、液压缸2和磁致伸缩位移传感器3。

所述的液压站1包括集成阀块5，在所述的集成阀块5的左右两侧分别安装有齿轮油泵6和步进电机4，所述的步进电机4的输出轴穿过集成阀块5的中间通孔与齿轮油泵6的泵轴固定相连，所述的磁致伸缩位移传感器3的传感器壳体12与集成阀块5固接，所述的磁致伸缩位移传感器3的传感器壳体12左壁与液压缸2的缸底13通过螺母固定相连。在所述的传感器壳体12内设置有磁致伸缩位移传感器的主体11，所述的磁致伸缩位移传感器的主体通过密封环19固定在缸底9上。所述的液压缸2包括缸体14，所述的缸底13固定在所述的缸体14的右端，在所述的缸体14右端的侧壁上开有空气入口T，在所述的缸底13上开有第一液体通道A，在所述的缸体14的左侧的侧壁上开有第二液体通道B，一个筒形的固定腔16设置在缸体14内，在所述的固定腔16外壁与缸体14内壁之间安装有一个中空的活塞杆17，所述的固定腔16的右端固定在缸底13上并且另一端外壁与活塞杆17内壁之间压紧安装有密封圈以密封，在所述的活塞杆17的右端设置有与缸体14内壁形状相吻合的凸台，所述的凸台的外壁与缸体14内壁之间能够滑动配合并且在所述的凸台的外壁与缸体14内壁之间压紧安装有密封圈以密封，所述的活塞杆17的左端伸出缸体14左侧的开口外并且与设置在缸体14外的活塞端盖18固定相连，所述的活塞杆17的左端与所述的缸体左侧的开口内壁间能够滑动配合并且在所述的缸体左侧的开口内壁与活塞杆17的外壁之间压紧安装有密封圈以密封，在所述的固定腔16内安装有磁环固定腔15，所述的磁环固定腔15的左端固定在活塞端盖18上，在所述的磁环固定腔15的右端上固定有磁致伸缩位移传感器3的磁环10。所述的磁致伸缩位移传感器3的磁致伸缩杆插在磁环固定腔15的中空腔体内，所述的磁致伸缩位移传感器的信号线与控制系统相连以将数字量的位移信号输出给控制系统。

所述的缸底13、固定腔16、活塞杆17和活塞端盖18之间构成第一腔室a，所述的第一腔室a与第一液体通道A相连通，所述的第一腔室内液体经液体通道A与外部油路连通，流入所述的第一腔室a内的液体在活塞端盖18上的挤压作用面为第一作用面Ⅰ；活塞杆17与缸体14之间构成第二腔室b，所述的第二液体通道B与所述的第二腔室b相连通，第二腔室b内液体经液体通道B与外部油路连通，流入所述的第二腔室b内的液体在凸台上的挤压作用面为第二作用面Ⅱ；缸底13、缸体14、固定腔16和活塞杆17之间构成气腔t，所述的气腔t通过空气入口T与大气接通。所述的第一作用面Ⅰ和第二作用面Ⅱ的面积相等。

所述的第一液体通道A和第二液体通道B分别通过液压油管与设置在集成阀块5上的两个液压接头7相连接，其中连接第一液体通道A的液压接头7通过第一油路依次连接第一液控单向阀8-1和齿轮油泵6的第一个油口，连接第二液体通道B的液压接头7通过第二油路依次连接第二液控单向阀8-2和齿轮油泵6的第二个油口，在位于两个液控单向阀和齿轮油泵6的两个油口之间的所述的第一油路与第二油路之间连接有两个支路，在所述的两个支路上分别连接有第一溢流阀9-1、第二溢流阀9-2。所述的第一液控单向阀8-1的控制油路与第二油路接通，所述的第二液控单向阀8-2的控制油路与第一油路接通。

所述的缸体14长度、固定腔16长度以及活塞杆17的长度依次减少，活塞杆17的长度需要小于固定腔16的长度，以保证活塞杆17完全缩回时，活塞杆17的凸台最右侧位于空气入口T的左侧。同理，所述的磁环固定腔15的长度也需要小于活塞杆17的长度，以保证活塞杆17完全伸出时，保证磁致伸缩位移传感器3正常工作的情况下，活塞杆17的凸台最左侧位于第二液体通道B的右侧。

磁致伸缩位移传感器的磁环10与磁环固定腔15螺栓固联，从而保证活塞杆17运动过程中，磁致伸缩位移传感器3磁致伸缩杆位置固定，磁环10通过磁环固定腔15与活塞杆17同步运动。优选的磁致伸缩位移传感器3的分辨率为0.001mm，以25位格雷码数字量输出活塞杆的绝对位置。所述的磁致伸缩位移传感器输出活塞杆的绝对位置值，还可以输出活塞杆的速度，可靠性良好，稳定性强；测量方式为非接触式，无需考虑摩擦、磨损等干扰因素；不存在信号漂移等测量误差，在断电情况下不影响数据接收。

作为本发明的一种实施方式，所述的第一液控单向阀8-1、第二液控单向阀8-2、第一溢流阀9-1以及第二溢流阀9-2均安装在所述的集成阀块5上。所述的集成阀块将液压油路、液压控制油路集成到一个阀块之内，缩短了油路的总长度，减小了油路损失和外在油路的泄露问题；同时，减小了液压缸整体的体积，优化了结构，提高了集成化程度。

本发明工作原理如下：

液压缸有且仅有一个作用杆，即活塞杆17，液压缸的两个作用面分别为第一作用面Ⅰ和第二作用面Ⅱ，合理设计液压缸直径，使得两作用面的面积相等，以实现对称缸的控制性能。

如图4所示，本发明的液压站中，通过步进电机4控制齿轮油泵6的输出方向和流量，步进电机4带动齿轮油泵6，为液压缸2提供压力油时，控制步进电机4的转速，即可调整供油或排油速度；对于液压缸2，工作时，空气入口T与大气连通，活塞杆17伸出过程中，第一液体通道A进油，经缸底13的内部油路流入第一腔室a，作用在第一作用面Ⅰ上，以推动活塞杆17伸出，第二液体通道B出油，此时，第一液体通道A所连接的第一油路压力高于第二液体通道B所连接的第二油路，第二液控单向阀8-2控制油路中高压油自第一油路流向第二油路，第二液控单向阀8-2打开，第二腔室b的液压油从液体通道B流出，进入油泵。当活塞杆完全伸出后，若油泵继续工作，达到第一溢流阀9-1设定的压力，控制油路工作，开启第一溢流阀9-1，后续的油液全部流回油泵；活塞杆17收回过程中，第二液体通道B进油，进入第二腔室b，作用在第二作用面Ⅱ上推动活塞杆17收回，第一液体通道A出油，此时，第二液体通道B所在第二油路压力高于液体通道A所在第一油路，第一液控单向阀8-1控制油路中高压油自第二油路流向第一油路，第一液控单向阀8-1打开，第一腔室a的液压油从第一液体通道A流出，进入油泵。当活塞杆完全收回后，若油泵继续工作，达到第二溢流阀9-2设定的压力，控制油路工作，开启第二溢流阀9-2，后续的油液全部流回油泵。

磁致伸缩位移传感器3的磁致伸缩杆安装在磁环固定腔15的内部，结构紧凑。液压缸工作过程中，磁致伸缩位移传感器的磁环10固联在磁环固定腔上，与活塞杆17同步运动，磁致伸缩位移传感器3的主体固定在缸底13上，实时的准确反馈活塞杆17的位移信号。

Claims (3)

1.内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，其特征在于：包括液压站、液压缸和磁致伸缩位移传感器，所述的液压站包括集成阀块，在所述的集成阀块的左右两侧分别安装有齿轮油泵和步进电机，所述的步进电机的输出轴穿过集成阀块的中间通孔与齿轮油泵的泵轴固定相连，所述的磁致伸缩位移传感器的传感器壳体与集成阀块固接，所述的磁致伸缩位移传感器的传感器壳体左壁与液压缸的缸底固定相连，在所述的传感器壳体内设置有磁致伸缩位移传感器的主体，所述的磁致伸缩位移传感器的主体通过密封环固定在缸底上，所述的液压缸包括缸体，所述的缸底固定在所述的缸体的右端，在所述的缸体右端的侧壁上开有空气入口，在所述的缸底上开有第一液体通道，在所述的缸体的左侧的侧壁上开有第二液体通道，一个筒形的固定腔设置在缸体内，在所述的固定腔外壁与缸体内壁之间安装有一个中空的活塞杆，所述的固定腔的右端固定在缸底上并且另一端外壁与活塞杆内壁之间压紧安装有密封圈以密封，在所述的活塞杆的右端设置有与缸体内壁形状相吻合的凸台，所述的凸台的外壁与缸体内壁之间能够滑动配合并且在所述的凸台的外壁与缸体内壁之间压紧安装有密封圈以密封，所述的活塞杆的左端伸出缸体左侧的开口外并且与设置在缸体外的活塞端盖固定相连，所述的活塞杆的左端与所述的缸体左侧的开口内壁间能够滑动配合并且在所述的缸体左侧的开口内壁与活塞杆的外壁之间压紧安装有密封圈以密封，在所述的固定腔内安装有磁环固定腔，所述的磁环固定腔的左端固定在活塞端盖上，在所述的磁环固定腔的右端上固定有磁致伸缩位移传感器的磁环，所述的磁致伸缩位移传感器的磁致伸缩杆插在磁环固定腔的中空腔体内，所述的磁致伸缩位移传感器的信号线与控制系统相连以将数字量的位移信号输出给控制系统，所述的缸底、固定腔、活塞杆和活塞端盖之间构成第一腔室，所述的第一腔室与第一液体通道相连通，流入所述的第一腔室内的液体在活塞端盖上的挤压作用面为第一作用面，所述的活塞杆与缸体之间构成第二腔室，所述的第二液体通道与所述的第二腔室相连通，流入所述的第二腔室内的液体在凸台上的挤压作用面为第二作用面，所述的缸底、缸体、固定腔和活塞杆之间构成气腔，所述的气腔通过空气入口与大气接通，所述的第一作用面Ⅰ和第二作用面Ⅱ的面积相等；所述的第一液体通道和第二液体通道分别通过液压油管与设置在集成阀块上的两个液压接头相连接，其中连接第一液体通道的液压接头通过第一油路依次连接第一液控单向阀和齿轮油泵的第一个油口，连接第二液体通道的液压接头通过第二油路依次连接第二液控单向阀和齿轮油泵的第二个油口，在位于两个液控单向阀和齿轮油泵的两个油口之间的所述的第一油路与第二油路之间连接有两个支路，在所述的两个支路上分别连接有第一溢流阀、第二溢流阀，所述的第一液控单向阀的控制油路与第二油路接通，所述的第二液控单向阀的控制油路与第一油路接通；所述的缸体长度、固定腔长度以及活塞杆的长度依次减少，活塞杆的长度小于固定腔的长度，所述的磁环固定腔的长度小于活塞杆的长度。

2.根据权利要求1所述的内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，其特征在于：所述的磁致伸缩位移传感器的分辨率为0.001mm，以25位格雷码数字量输出活塞杆的绝对位置。

3.根据权利要求1或者2所述的内置位移传感器集成式电机泵控单出杆对称液压缸，其特征在于：所述的第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一溢流阀以及第二溢流阀均安装在所述的集成阀块上。