CN106930989A - 一种气液增压步进执行器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于执行器领域，尤其涉及一种气液增压步进执行器，其由控制电磁阀、气液增压系统，液压输出系统，步长调节系统等构成，其既具备电动执行器执行速度快、定位精准、可多点定位，气动执行器结构简单、成本低的优点，又具备液压执行器驱动力大、稳定性好的优点；非常适合用在各种自动控制领域。

Description

一种气液增压步进执行器
技术领域
本发明涉及执行器领域，具体来说，涉及一种气液增压步进执行器。
背景技术
随着自动化技术的发展，衍生出各种能够接收控制信息并对受控对象施加控制作用的执行器，根据驱动能源可大致分为：电动执行器，气动执行器、液压执行器，它们各有优点也各有缺点，其中电动执行器的优点是反应迅速、定位精准、可多点定位，缺点是系统复杂、价格高、驱动力小、大多需要减速机构；气动执行器优点是系统简单，成本较低，缺点：定位精度差、驱动力较小、一般只能实现两点定位；液压执行器优点是驱动力大，稳定性好，缺点是体积庞大，管路较复杂，一般只能实现两点定位；目前还没有一种执行器能够同时具备：价格低、系统简单、驱动力大、稳定性好、定位精准且可多点定位的执行器。
发明内容
针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种气液增压步进执行器，具有结构简单、成本低、驱动力大、稳定性好、可多点多精准定位等特点。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种气液增压步进执行器，包括：气管、两位五通电磁阀换向阀、驱动气缸、驱动气缸活塞、气液增压活塞杆、增压缸活塞、增压缸、步长限位架、步长调节螺母、步长调节活塞杆、储油罐、单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ，两位四通电磁阀换向阀、两位两通电磁开关阀、液压油管、输出液压缸、输出液压缸活塞、输出液压缸活塞杆、液压油；所述两位五通电磁换向阀的进气口通过气管连接到压缩气源，两位五通电磁换向阀的两个出气口通过气管分别和驱动气缸的两个进气口连接，通过两位五通电磁换向阀的工作状态控制驱动气缸活塞的运动状态；所述驱动气缸的左侧设置有步长限位架，驱动气缸的右侧设置有增压缸，驱动气缸活塞的左侧设置有步长调节活塞杆，步长调节活塞杆通过螺纹和步长调节螺母连接，驱动气缸活塞的右侧设置有气液增压活塞杆，气液增压活塞杆的右端设置有增压缸活塞，气液增压活塞杆可以在驱动气缸和增压缸的内部往复运动，从而将驱动气缸活塞的往复运动同步传递至增压缸活塞，增压缸的右端设置有增压缸液压油输入口和增压缸液压油输出口；所述储油罐为圆柱形或胶囊形状的可耐高压的密闭罐体，储液罐的一端设置有储液罐液压油输入口，储油罐的中部设置有储液罐液压油输出口，储油罐内部设置有引流管，引流管的一端与储液罐液压油输出口相连，另一端位于储油罐的几何中心，储油罐的内部预储存有超过其内部容积二分之一的液压油，从而确保不管储油罐如何放置或运动，引流管的引流端始终浸能在液压油里，储液罐液压油输出口通过液压油管与增压缸液压油输入口相连，储油罐液压油输出口与增压缸液压油输入口之间连接有单向阀Ⅰ，单向阀Ⅰ确保液压油只能从储油罐液压油输出口流向增压缸液压油输入口而不能反向流动；所述两位四通电磁换向阀的进油口通过液压油管与增压缸液压油输出口连接，两位四通电磁换向阀进油口和增压缸液压油输出口之间连接有单向阀Ⅱ，单向阀Ⅱ确保液压油只能从增压缸液压油输出口流向两位四通电磁换向阀进油口而不能反向流动,两位四通电磁换向阀回油口通过液压油管与储油罐液压油输入口连接，两位四通电磁换向阀回油口和储液罐液压油输入口之间连接有两位两通电磁开关阀，两位四通电磁换向阀工作口Ⅰ和两位四通电磁换向阀工作口Ⅱ通过液压油管分别与输出液压缸的两个液压油出入口连接。
所述步长限位架、步长调节螺母、步长调节活塞杆根据实际需要可以设置也可以不设置；如果不设置步长限位架、步长调节螺母、步长调节活塞杆则该气液增压步进执行器的输出步长为固定步长，如果设置步长限位架、步长调节螺母、步长调节活塞杆则该气液增压步进执行器的输出步长可根据需要调节。
所述输出液压缸可以是直线型液压缸也可以是摆动型液压缸。
本发明的有益效果是：本发明通过气液增压活塞杆将驱动气缸活塞的运动同步传递给增压缸活塞，利用帕斯卡定理将驱动气缸内的压缩空气的低压转化成增压缸内液压油的高压，使驱动力成倍放大，实现了电动执行器中减速机的效果；利用单向阀、两位四通电磁换向阀、两位两通电磁开关阀、储液罐、液压油管、输出液压缸，实现了液压油的内部循环，取代了液压执行器中的液压工作站，极大简化了执行器的体积和复杂度；利用液压油的不可压缩性，使驱动气缸每个工作循环，都有相同体积的液压油从输出液压缸内输出液压缸活塞一侧的腔体转移至另一侧的腔体，实现了输出液压缸活塞精准的步进运动，进而实现输出液压缸活塞杆精准的步进输出；利用步长限位架、步长调节螺母、步长调节活塞杆可以方便的对输出液压缸活塞杆的输出运动的步长从零到系统允许的最大步长之间任意调节；因此本发明公开的一种气液增压步进执行器既具备电动执行器执行速度快、定位精准、可多点定位，气动执行器结构简单、成本低的优点，又具备液压执行器驱动力大、稳定性好的优点，非常适合用在各种自动控制领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例所述的一种气液增压步进执行器总体结构示意图；
图2是本发明实施例所述的一种气液增压步进执行器初始状态示意图；
图中：
1、气管；3、两位五通电磁换向阀；5、驱动气缸；7、驱动气缸活塞；9、气液增压活塞杆；11、增压缸活塞；13、增压缸；13a、增压缸液压油出入口；13b、增压缸液压油输出口；13c、增压缸进排气口；15、步长限位架；17、步长调节螺母；19、步长调节活塞杆；21、储液罐；21a、储液罐液压油输入口；21b、储液罐液压油输出口；21c、引流管；23、单向阀Ⅰ；25、单向阀Ⅱ；27、两位四通电磁换向阀；27a、两位四通电磁换向阀进油口；27b、两位四通电磁换向阀回油口；27c、两位四通电磁换向阀工作口Ⅰ；27d、两位四通电磁换向阀工作口Ⅱ；29、两位两通电磁开关阀；31、液压油管；33、输出液压缸；35、输出液压缸活塞；37、输出液压缸活塞杆；39、液压油。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，两位五通电磁换向阀(3)的进气口通过气管(1)连接到压缩气源，两位五通电磁换向阀(3)的两个出气口通过气管(1)分别和驱动气缸(5)的两个进气口连接，通过两位五通电磁换向阀(3)的工作状态控制驱动气缸活塞(7)的运动状态；驱动气缸(5)的左侧设置有步长限位架(15)，驱动气缸(5)的右侧设置有增压缸(13)，驱动气缸活塞(7)的左侧设置有步长调节活塞杆(19)，步长调节活塞杆(19)通过螺纹和步长调节螺母(17)连接，驱动气缸活塞(7)的右侧设置有气液增压活塞杆(9)，气液增压活塞杆(9)的右端设置有增压缸活塞(11)，气液增压活塞杆(9)可以在驱动气缸(5)和增压缸(13)的内部往复运动，从而将驱动气缸活塞(7)的往复运动同步传递至增压缸活塞(11)，增压缸(13)的右端设置有增压缸液压油输入口(13a)和增压缸液压油输出口(13b)；储油罐(21)为圆柱形或胶囊形状的可耐高压的密闭罐体，储液罐(21)一端设置有储液罐液压油输入口(21a)，储油罐(21)的中部设置有储液罐液压油输出口(21b)，储油罐(21)内部设置有引流管(21c)，引流管(21c)的一端与储液罐液压油输出口(21b)相连，另一端位于储油罐(21)的几何中心，储油罐(21)的内部预储存有超过其内部容积二分之一的液压油(39)，从而确保不管储油罐(21)如何放置或运动，引流管(21c)的引流端始终能浸在液压油(39)里，储液罐液压油输出口(21b)通过液压油管(31)与增压缸液压油输入口(13a)相连，储油罐液压油输出口(21b)与增压缸液压油输入口(13a)之间连接有单向阀Ⅰ(23)，单向阀Ⅰ(23)确保液压油(39)只能从储油罐液压油输出口(21b)流向增压缸液压油输入口(13a)而不能反向流动；两位四通电磁换向阀(27)的进油口(27a)通过液压油管(31)与增压缸液压油输出口(13b)连接，两位四通电磁换向阀进油口(27a)和增压缸液压油输出口(13b)之间连接有单向阀Ⅱ(25)，单向阀Ⅱ(25)确保液压油(39)只能从增压缸液压油输出口(13b)流向两位四通电磁换向阀进油口(27a)而不能反向流动,两位四通电磁换向阀回油口(27b)通过液压油管(31)与储油罐液压油输入口(21a)连接，两位四通电磁换向阀回油口(27b)和储液罐液压油输入口(21a)之间连接有两位两通电磁开关阀(29)，两位四通电磁换向阀工作口Ⅰ(27c)和两位四通电磁换向阀工作口Ⅱ(27d)通过液压油管(31)分别与输出液压缸(33)的两个液压油出入口连接。
如图1、2所示，本发明的工作原理为：初始时，两位五通电磁换向阀(3)处在断电工作位上并通过气管(1)将压缩气体导入驱动气缸(5)内部驱动气缸活塞(7)左侧的腔体内，驱动气缸活塞(7)、增压缸活塞(11)在压缩气体的驱动下处于最右侧位置，储液罐(21)内部预存储超过其内部容积二分之一的液压油(39)，其液压油上部空间充满具有一定压力的惰性气体，使储液罐(21)内部的液压油预承受一定的气压，液压油管(31)和输出液压缸(33)的内部充满液压油(39)，两位四通电磁换向阀断电并保持在实际需要的工作位上，两位两通电磁开关阀(29)处于断电常闭状态，输出液压缸活塞(35)根据需求的处在设定的初始位置，整个系统处在保压定位状态；当需要执行器重新定位时，外部控制系统首先向两位五通电磁换向阀(3)输入一个方波脉冲控制信号，两位五通电磁换向阀(3)的内部气体通路换向，并通过气管(1)将外部气源的压缩气体导入驱动气缸(5)内部驱动气管活塞(7)右侧的腔体内，驱动气缸活塞(7)在压缩气体的驱动下，通过气液增压活塞杆(9)带动增压缸活塞(11)向左运动至由步长限位架(15)、步长调节螺母(17)、步长调节活塞杆(19)共同确定的最左侧位置，增压缸(13)内部位于增压缸活塞(11)右侧的腔体内产生负压，储液罐(21)内部的液压油(39)在储液罐(21)内部惰性气体的正压和增压缸(13)内部负压的共同作用下，通过单向阀Ⅰ(23)进入增压缸(13)内部位于增压缸活塞(11)右侧的腔体内，当两位五通电磁换向阀(3)的脉冲控制信号消失后，两位五通电磁换向阀(3)的内部气体通路复位，重新将外部气源的压缩气体导入驱动气缸(5)内部驱动气缸活塞(7)左侧的腔体内，驱动气管活塞(7)有向右运动趋势，此时外部控制系统对两位两通电磁开关阀(29)输入一个方波脉冲控制信号，两位两通电磁开关阀(29)打开，驱动气缸活塞(7)在压缩气体的驱动下通过气液增压活塞杆(9)带动增压缸活塞(11)一起向右运动，并推动增压缸活塞(11)右侧腔体内的液压油(39)在液压油管(31)的导引下通过单向阀(25)导入两位四通电磁阀换向阀进油口(27a)，并在两位四通电磁换向阀(27)的控制下，由两位四通电磁换向阀的工作口Ⅰ(27c)进入输出液压缸(33)内部输出液压缸活塞(35)左侧的腔体内，从而推动输出液压缸活塞(35)向右运动一个步长，并带动输出液压缸活塞杆向右输出一个步长的运动，同时输出液压缸(33)内部输出液压缸活塞(35)右侧腔体内的相应体积的液压油(39)在输出液压缸活塞(35)的推动下由右侧的液压油出入口通过液压油管(31)导入两位四通电磁换向阀(27)的工作口Ⅱ，并在两位四通电磁换向阀(27)的控制下，由两位四通电磁换向阀回油口(27b)通过两位两通电磁开关阀(29)、储液罐液压油输入口(21a)进入储液罐(21)内部，当两位两通电磁开关阀(29)的方波脉冲控制信号消失后，两位两通电磁开关阀(29)恢复常闭状态，整个系统完成一步执行动作，根据需要如此重复就可以实现任意多个步长的定位执行任务，如果需要输出液压缸活塞杆(37)输出向左的定位运动，外部控制系统只需在对两位五通电磁换向阀(3)输入方波脉冲控制信号的同时对两位四通电磁换向阀(27)输入一个换向脉冲信号，使两位四通电磁换向阀的内部液压通路换向，使两位四通电磁换向阀的进油口(27a)和工作口Ⅱ(27d)连通、回油口(27b)和工作口Ⅰ连通，就可以实现输出液压缸活塞杆(37)向左步进运动并定位。
如图1、2所示，通过调节步长调节螺母(17)在步长调节活塞杆(19)上的位置就可以对输出液压缸活塞杆(37)每次输出的步长进行无级调整，最小输出步长为零，最大输出步长由步长限位架(15)、步长调节螺母(17)、步长调节活塞杆(19)的尺寸共同确定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例之一，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种气液增压步进执行器，其特征在于包括：气管(1)、两位五通电磁阀换向阀(3)、驱动气缸(5)、驱动气缸活塞(7)、气液增压活塞杆(9)、增压缸活塞(11)、增压缸(13)、步长限位架(15)、步长调节螺母(17)、步长调节活塞杆(19)、储油罐(21)、单向阀Ⅰ(23)、单向阀Ⅱ(25)、两位四通电磁阀换向阀(27)、两位两通电磁开关阀(29)、液压油管(31)、输出液压缸(33)、输出液压缸活塞(35)、输出液压缸活塞杆(37)、液压油(39)；所述两位五通电磁换向阀(3)的进气口通过气管(1)连接到外界压缩气源，两位五通电磁换向阀(3)的两个出气口通过气管(1)分别和驱动气缸(5)的两个进气口连接，通过两位五通电磁换向阀(3)的工作状态控制驱动气缸活塞(7)的运动状态；所述驱动气缸(5)的左侧设置有步长限位架(15)，驱动气缸(5)的右侧设置有增压缸(13)，驱动气缸活塞(7)的左侧设置有步长调节活塞杆(19)，步长调节活塞杆(19)通过螺纹和步长调节螺母(17)连接，驱动气缸活塞(7)的右侧设置有气液增压活塞杆(9)，气液增压活塞杆(9)的右端设置有增压缸活塞(11)，气液增压活塞杆(9)可以在驱动气缸(5)和增压缸(13)的内部往复运动，从而将驱动气缸活塞(7)的往复运动同步传递至增压缸活塞(11)，增压缸(13)的右端设置有增压缸液压油输入口(13a)和增压缸液压油输出口(13b)；所述储油罐(21)为圆柱形或胶囊形状的可耐高压的密闭罐体，储液罐(21)一端设置有储液罐液压油输入口(21a)，储油罐(21)的中部设置有储液罐液压油输出口(21b)，储油罐(21)内部设置有引流管(21c)，引流管(21c)的一端与储液罐液压油输出口(21b)相连，另一端位于储油罐(21)的几何中心，储油罐(21)的内部预储存有超过其内部容积二分之一的液压油(39)，从而确保不管储油罐(21)如何放置或运动，引流管(21c)的引流端始终能浸在液压油(39)里，储液罐液压油输出口(21b)通过液压油管(31)与增压缸液压油输入口(13a)相连，储油罐液压油输出口(21b)与增压缸液压油输入口(13a)之间连接有单向阀Ⅰ(23)，单向阀Ⅰ(23)确保液压油(39)只能从储油罐液压油输出口(21b)流向增压缸液压油输入口(13a)而不能反向流动；所述两位四通电磁换向阀(27)的进油口(27a)通过液压油管(31)与增压缸液压油输出口(13b)连接，两位四通电磁换向阀进油口(27a)和增压缸液压油输出口(13b)之间连接有单向阀Ⅱ(25)，单向阀Ⅱ(25)确保液压油(39)只能从增压缸液压油输出口(13b)流向两位四通电磁换向阀进油口(27a)而不能反向流动,两位四通电磁换向阀回油口(27b)通过液压油管(31)与储油罐液压油输入口(21a)连接，两位四通电磁换向阀回油口(27b)和储液罐液压油输入口(21a)之间连接有两位两通电磁开关阀(29)，两位四通电磁换向阀工作口Ⅰ(27c)和两位四通电磁换向阀工作口Ⅱ(27d)通过液压油管(31)分别与输出液压缸(33)的两个液压油出入口连接。
2.根据权利要求1所述一种气液增压步进执行器，其特征在于所述输出液压缸(33)可以是直线型液压缸也可以是摆动型液压缸。
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