CN106369006A - 数字伺服液压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字伺服液压缸。本发明主要由活塞杆、滚珠丝杆、活塞、丝杠螺母、伺服方向控制阀芯、限位块、轴向间隙补偿器和控制电机组成。所述的活塞杆为中空活塞杆；所述的数字伺服液压缸有杆腔一直通高压油。所述的伺服方向控制阀芯所在的伺服方向控制阀为三位零开口阀，伺服方向控制阀芯与滚珠丝杆成为整体，滚珠丝杆伸入活塞杆中心孔内，并与该中心孔的丝杠螺母相啮合；所述的伺服方向控制阀芯的另一端与限位块一端连接，限位块的另一端与轴向间隙补偿器一端连接，轴向间隙补偿器的另一端与控制电机的轴相连；当控制电机转动时，带动伺服方向控制阀芯及滚珠丝杆一起转动。本发明具有频率响应高，起动频率高，单位功率的成本低等特点。

Description

数字伺服液压缸
技术领域
本发明属于机电装备领域，具体涉及一种数字伺服液压缸。
背景技术
数字伺服液压缸是一种高端智能基础液压元器件，是一种将油缸、数字伺服/比例阀、数字伺服控制器有机结合，集成为一个单体器件的高科技液压传动及控制产品。其特别适用于高精度速度、位置控制、协同运动控制等传动系统，尤其在大流量或超大流量（千升/分钟）、高频或者超高频伺服控制方面，数字液压系统具有无可比拟的竞争优势和高性价比。其应用领域主要有：注塑机液压节能、船舶数字液压舵机系统、船舰的减摇鳍系统、悬臂掘进机行程控制、六自由度振动试验台、机器人等。
与由传统的液压元件组成的液压系统相比，要完成相同的功能，数字伺服液压缸有如下突出优点：结构简单，故障率小；控制过程简单；对油液的清洁度要求低；在外界环境的影响下(如温度、载荷的变化)，能根据检测反馈信息实现自动调节，实现精确控制；高抗干扰性。但现有数字伺服液压缸稳定可靠性不强，例如在2010年6月29日，深圳东部华侨城大侠谷游乐项目"太空迷航"发生垮塌安全事故，造成6人死亡，10人受伤，其中重伤5人。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型数字伺服液压缸结构，保证其稳定性、快速性和控制精度，使其适用于高精度速度、位置控制、协同运动控制等传动系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的数字伺服液压缸主要由活塞杆、滚珠丝杆、活塞、丝杠螺母、伺服方向控制阀芯、限位块、轴向间隙补偿器和控制电机组成。
所述的活塞杆为中空活塞杆。所述的数字伺服液压缸有杆腔一直通高压油Ps，无杆腔的活塞表面积是有杆腔活塞表面积（A1）的2倍，无杆腔的液压油压为有杆腔液压油压（Ps）的0.5倍，初始阶段活塞左右两侧压力一致，数字伺服液压缸处于平衡状态。
所述的伺服方向控制阀芯所在的伺服方向控制阀为三位零开口阀，伺服方向控制阀芯与滚珠丝杆成为整体，滚珠丝杆伸入活塞杆中心孔内，并与该中心孔的丝杠螺母相啮合。所述的伺服方向控制阀芯的另一端与限位块连接，限位块的另一端与轴向间隙补偿器连接，轴向间隙补偿器的另一端与控制电机的轴相连。当控制电机转动时，可带动伺服方向控制阀芯及滚珠丝杆一起转动。
所述的轴向间隙补偿器在轴线方向能够伸长和压缩，使活塞运动的同时能直接驱动伺服方向控制阀芯。
高压油液Ps进入阀体后，由伺服方向控制阀芯上的凸肩密封而处于待分配状态。当控制电机接收到数字脉冲信号而转动时，带动伺服方向控制阀芯转过一定的角度，由于伺服方向控制阀芯和滚珠丝杆刚性连接，因而在转动的同时还产生轴向的位移。如果伺服方向控制阀芯向右移动，则高压油脱离凸肩密封，经过阀口和内部流道进入数字液压缸的无杆腔。此时，无杆腔的压力升高，使无杆腔与有杆腔的压力差为Ps•A1，从而推动数字液压缸活塞杆向左运动。活塞杆向左运动的同时，带动丝杠螺母一起向左运动，和活塞连成一体的丝杠螺母带动伺服方向控制阀芯左移，使伺服方向控制阀芯的阀口逐渐关闭，数字液压缸又处在一个新的平衡状态，实现了直接的位置负反馈。输入连续的脉冲信号，则控制电机连续旋转，活塞杆便随之外伸。
输入反向脉冲时，控制电机反转，伺服方向控制阀芯向左移动，数字液压缸无杆腔中的液压油经内部流道从T口排出。数字液压缸有杆腔与无杆腔的压力差为Ps•A1，从而推动数字液压缸活塞杆向右缩回。
滚珠丝杆转动一周的导程就是数字液压缸活塞杆移动的距离，此时，控制电机也旋转了一周。
本发明具有的性能及优点是：
1、频率响应高，起动频率高，单位功率的成本低，容易达到很大的输出力。
2、具有传动环节少，无游隙，精度高的特点。
3、应用范围广，如注塑机液压节能、船舶数字液压舵机系统、船舰的减摇鳍系统、悬臂掘进机行程控制、六自由度振动试验台、机器人等。
附图说明
图1为数字伺服液压缸的结构图。
图中：1-前端盖，2-缸筒，3-活塞杆，4-滚珠丝杆，5-活塞，6-丝杠螺母，7-伺服方向控制阀芯，8-后端盖，9-限位块，10-轴向间隙补偿器，11-控制电机。
具体实施方式
如图1所示，本实施例数字伺服液压缸主要由前端盖1、缸筒2、活塞杆3、滚珠丝杆4、活塞5、丝杠螺母6、伺服方向控制阀芯7、后端盖8、限位块9、轴向间隙补偿器10、控制电机11等组成。
图1中，活塞杆3为中空活塞杆。液压缸有杆腔一直通高压油Ps，无杆腔的活塞表面积是有杆腔活塞表面积（A1）的2倍，无杆腔的液压油压为有杆腔液压油压（Ps）的0.5倍，初始阶段活塞5的左右两侧压力一致，数字伺服液压缸处于平衡状态。
图1中，伺服方向控制阀为三位零开口阀，伺服方向控制阀芯7与滚珠丝杆4成为整体，滚珠丝杆4伸入活塞杆3中心孔内，并与该中心孔的丝杠螺母6相啮合。伺服方向控制阀芯7的另一端与限位块9连接，限位块9的另一端与轴向间隙补偿器10连接，轴向间隙补偿器10的另一端与控制电机11的轴相连。当控制电机11转动时，可带动伺服方向控制阀芯7及滚珠丝杆4一起转动。
图1中，轴向间隙补偿器10在轴线方向能够伸长和压缩，使活塞5运动的同时能直接驱动伺服方向控制阀芯7。
本实施例液压系统的工作过程为：
高压油液Ps进入阀体后，由伺服方向控制阀芯7上的凸肩密封而处于待分配状态。当控制电机11接收到数字脉冲信号而转动时，带动伺服方向控制阀芯7转过一定的角度，由于伺服方向控制阀芯7和滚珠丝杆4刚性连接，因而在转动的同时还产生轴向的位移。
如果伺服方向控制阀芯7向右移动，则高压油脱离凸肩密封，经过阀口和内部流道进入数字液压缸的无杆腔。此时，无杆腔的压力升高，使无杆腔与有杆腔的压力差为Ps•A1，从而推动数字液压缸活塞杆3向左运动。活塞杆3向左运动的同时，带动丝杠螺母6一起向左运动，和活塞5连成一体的丝杠螺母6带动伺服方向控制阀芯7左移，使伺服方向控制阀芯7的阀口逐渐关闭，数字液压缸又处在一个新的平衡状态，实现了直接的位置负反馈。输入连续的脉冲信号，则控制电机11连续旋转，活塞杆3便随之外伸。
输入反向脉冲时，控制电机11反转，伺服方向控制阀芯7向左移动，数字液压缸无杆腔中的液压油经内部流道从T口排出。数字液压缸有杆腔与无杆腔的压力差为Ps•A1，从而推动数字液压缸活塞杆3向右缩回。
滚珠丝杆4转动一周的导程就是数字液压缸活塞杆3移动的距离，此时，控制电机11也旋转了一周。

Claims (1)

1.数字伺服液压缸，主要由活塞杆、滚珠丝杆、活塞、丝杠螺母、伺服方向控制阀芯、限位块、轴向间隙补偿器和控制电机组成，其特征在于：
所述的活塞杆为中空活塞杆；所述的数字伺服液压缸有杆腔一直通高压油Ps，无杆腔的活塞表面积是有杆腔活塞表面积A1的2倍，无杆腔的液压油压为有杆腔液压油压的0.5倍，初始阶段活塞左右两侧压力一致，数字伺服液压缸处于平衡状态；
所述的伺服方向控制阀芯所在的伺服方向控制阀为三位零开口阀，伺服方向控制阀芯与滚珠丝杆成为整体，滚珠丝杆伸入活塞杆中心孔内，并与该中心孔的丝杠螺母相啮合；所述的伺服方向控制阀芯的另一端与限位块一端连接，限位块的另一端与轴向间隙补偿器一端连接，轴向间隙补偿器的另一端与控制电机的轴相连；当控制电机转动时，带动伺服方向控制阀芯及滚珠丝杆一起转动；
所述的轴向间隙补偿器在轴线方向能够伸长和压缩，使活塞运动的同时能直接驱动伺服方向控制阀芯；
高压油液进入阀体后，由伺服方向控制阀芯上的凸肩密封而处于待分配状态；当控制电机接收到数字脉冲信号而转动时，带动伺服方向控制阀芯转过一定的角度，由于伺服方向控制阀芯和滚珠丝杆刚性连接，因而在转动的同时还产生轴向的位移；
如果伺服方向控制阀芯向右移动，则高压油脱离凸肩密封，经过阀口和内部流道进入数字液压缸的无杆腔；此时，无杆腔的压力升高，使无杆腔与有杆腔的压力差为Ps•A1，从而推动数字液压缸活塞杆向左运动；活塞杆向左运动的同时，带动丝杠螺母一起向左运动，和活塞连成一体的丝杠螺母带动伺服方向控制阀芯左移，使伺服方向控制阀芯的阀口逐渐关闭，数字液压缸又处在一个新的平衡状态，实现了直接的位置负反馈；输入连续的脉冲信号，则控制电机连续旋转，活塞杆便随之外伸；
如果伺服方向控制阀芯向左移动，数字液压缸无杆腔中的液压油经内部流道从T口排出；数字液压缸有杆腔与无杆腔的压力差为Ps•A1，从而推动数字液压缸活塞杆向右缩回。
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