CN107740786A - 一种优化的一体化电液伺服作动器 - Google Patents

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丰国宝
李东日
马睿
朱文锦
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Abstract

本发明提供一种优化的一体化电液伺服作动器，由伺服电机带动，内啮合齿轮泵提供压力，油箱包裹于液压缸外壁，采用弹簧代替空气压力，有自动补油功能的全封闭式集成作动器。本发明所述一体化电液伺服作动器。电机正转通过联轴器带动内啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵提供压力使液压油经右集成块进入液压缸右腔，同时左腔液压油经左集成块回到油箱，使活塞和活塞杆沿液压缸壁运动，活塞杆通过耳环与外部机械相连。油箱内采用弹簧和油箱挡板组合来代替空气压力，当系统出现泄漏时，弹簧产生的压力使油箱内的液压油进入系统，达到补油的目的。

Description

一种优化的一体化电液伺服作动器
技术领域
本发明涉及一种作动器，尤其涉及一种优化的一体化电液伺服作动器。
背景技术
液压作为机械工程关键技术体系，《中国机械工程技术路线图》指出了中国液压努力的方向。即“紧凑、高效、智能(或数字)、可靠”。
本发明作为一种“超常、紧凑、智能”的新型液压元件、在一些特殊领域和场合会产生重要意义。如在航空领域等，功率电传作动系统是“多电飞机”的重要组成部分，功率电传，功率从传统分配模式到分布模式，而液压能源集成技术是其核心技术，在飞机技术变革中扮演着至关“重要的角色。为了满足现代飞机对体积、重量、操纵、品质以及机动性能等的要求。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种优化的一体化电液伺服作动器，由伺服电机带动，内啮合齿轮泵提供压力，油箱包裹于液压缸外壁，采用弹簧代替空气压力，有自动补油功能的全封闭式优化的一体化电液伺服作动器。
本发明的目的是这样实现的：包括油箱壁、液压缸壁、活塞、活塞杆、左右两个导向套、左右两个集成块，所述活塞与活塞杆通过卡键连接且二者设置在液压缸壁内部，左右两个导向套分别设置在液压缸壁的两端部，左右两个集成块分别设置在液压缸壁的两端上，所述油箱壁设置在液压缸壁外侧且位于左右两个集成块之间，液压缸壁的外表面、油箱壁的内表面、左右两个集成块之间的空间构成油箱，且在油箱内设置有油箱挡板，油箱挡板与左集成块之间设置有弹簧，所述油箱壁外侧设置有电机，电机的输出端通过联轴器与内啮合齿轮泵连接，所述右集成块上设置有九个螺纹插装阀和五个开口，九个螺纹插装阀分别是六个单向阀、两个液控单向阀和一个溢流阀，五个开口分别为与液压缸壁右腔连通的a口、与泵的P口连通的b口、与泵的T口连通的c口、与液压缸壁右腔连通的d口、弧形口的e口，所述左集成块顶端设置有油口并通过管接头和油管与右集成块的e口连通，所述活塞杆的两端分别通过耳环与外部机械相连。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述内啮合齿轮泵的两端分别通过管路分别连接第一液控单向阀和第二液控单向阀，第一液控单向阀和第二液控单向阀分别与液压缸左右腔连接，第一液控单向阀的液控口与第二液控单向阀所在油路连接，第二液控单向阀的液控口与第一液控单向阀所在油路连接，构成工作回路；
油箱上端还分别通过管路连接有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀和第二单向阀分别通过管路与第一液控单向阀和第二液控单向阀所在的油路连接，构成补油油路；
在第一液控单向阀与内啮合齿轮泵之间的油路、第二液控单向阀与内啮合齿轮泵之间的油路上分别设置有两个溢流支路，第三单向阀、第五单向阀分别连接在第一液控单向阀的两个溢流支路上，第四单向阀、第六单向阀分别连接在第二液控单向阀的两个溢流支路上，第三单向阀与第四单向阀通过管路连接，第五单向阀与第六单向阀通过管路连接，溢流阀设置在第三单向阀与第四单向阀连接的管路与第五单向阀与第六单向阀连接的管路之间，构成溢流回路。
2.左右两个集成块的外端还分别设置有左右两个法兰，左右两个法兰与活塞杆之间还分别设置有防尘圈。
3.导向套与活塞杆连接处、导向套与液压缸壁连接处、油箱壁与两个集成块的连接处、活塞与液压缸壁的连接处、油箱挡板与油箱壁的连接处分别设置有密封圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明紧凑化，集成化，智能化，维护周期长。本发明将油箱包裹于液压缸壁外侧，整体体积明显缩小，区别于传统系统将液压缸和油箱分置，紧凑化设计避免了占用面积大的缺点。采用弹簧和挡板代替空气压力，产生了两个优势，即系统全封闭，外界污染物几乎无机会进入系统内；系统可以借助弹簧压力自动补油，一次加满油可以使用很长时间，维护周期明显变长。本发明采用集成块将阀、泵、作动器集成在一起，降低泄露的可能，方便维护保养。本发明采用伺服电机和内啮合齿轮泵提供动力，符合目前机电液一体化的发展趋势。将伺服电机和内啮合齿轮泵和液压缸集成在一起，实现智能化控制。本发明是一种新型集成化的电驱液压缸，将伺服电机与油箱进行集成化设计，即可智能(或数字)控制，又高效紧凑，与外部系统无油管连接，允许任意位置安装，有自动补油功能，适用于特殊领域和场合。
本发明所述一体化电液伺服作动器。电机正转通过联轴器带动内啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵提供压力使液压油经右集成块进入液压缸右腔，同时左腔液压油经左集成块回到油箱，使活塞和活塞杆沿液压缸壁运动，活塞杆通过耳环与外部机械相连。油箱内采用弹簧和油箱挡板组合来代替空气压力，当系统出现泄漏时，弹簧产生的压力使油箱内的液压油进入系统，达到补油的目的。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖面图；
图2为本发明的原理图；
图3为本发明的整体结构左视外观图；
图4为本发明的整体结构右视外观图；
图5为本发明的右集成块内部通道图；
图6为本发明的右集成块外观图；
图7为本发明的右集成块第一层剖面图；
图8为本发明的右集成块第二层剖面图
图9为本发明的左集成块剖面图；
图10为本发明的左集成块图；
图11为本发明的耳环示意图；
图12为本发明的电机及电机座图；
图13为本发明的油箱及其附件图；
图14为本发明的活塞与活塞杆连接图；
图15为本发明的活塞与活塞杆连接爆炸图；
图16为本发明的端部密封图；
图17为本发明的油箱挡板和活塞密封图。
图中主要附图标记说明：1.左法兰 2.阀组 3.左导向套 4.左集成块 5.卡键 6.油箱壁及其附件 7.弹簧 8.电机及其附件 9.内啮合齿轮泵 10.联轴器 11.右集成块 12.液压缸壁 13.右法兰 14.右导向套 15.活塞及其附件 16.活塞卡键 17.油箱挡板 18.密封及防尘系统 19.活塞杆 20.耳环及其附件
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图17，本发明的目的是通过以下方案实现的：包括左法兰、阀组、左导向套、左集成块、左卡键、油箱壁、弹簧、电机及其附件、内啮合齿轮泵、联轴器、右集成块、液压缸壁、右法兰、右导向套、活塞、活塞卡键、油箱挡板、耳环、管接头和外接管道组成。油箱包裹在液压缸外侧，液压缸壁同时是油箱内壁，所述的油箱，内部采用弹簧加挡板的形式来替代空气压力。外部开有加油口，集成了一个单向阀，方便补充液压油。头部和尾部凸沿开有光孔，配合螺栓和左右集成块的螺纹孔，使油箱，左右集成块固定连接。油箱外壁焊有电机支架。所述右集成块，集成了九个螺纹插装阀，分别为六个单向阀，两个液控单向阀和一个溢流阀，达到了自动补油的目的。右集成块开有与液压缸左右腔、泵的T口和P口和油箱相连接的开口。右集成块顶端开有螺纹孔方便与泵相连，底部开有光孔方便与外部机械联接。前后两面同样开有螺纹孔，方便与右法兰和油箱壁相连。右集成块后面设有排气孔。所述左集成块，前后两面开有螺纹孔，方便与左法兰和油箱壁相连。顶端开口，通过管接头和油管和右集成块相连。底部开有光孔方便与外部机械联接。所述液压缸、油箱、左右集成块和左右法兰，通过螺栓连接和卡键连接保证相对位置。所述活塞，与活塞杆通过三个扇形卡键相连。活塞外壁开有导向环槽，用于安装导向环。所述活塞杆通过双耳环与外部机械相连接。所述电机，通过联轴器带动泵进行工作。电机通过固定螺栓与电机座固定连接，电机座通过螺栓与油箱外壁焊接的电机支架固定连接。泵通过螺栓与泵连接板固定连接，泵连接板通过螺栓与右集成块顶的螺纹孔连接。导向套与活塞杆、导向套与液压缸壁、油箱壁与左右集成块、活塞与液压缸壁和油箱挡板与油箱壁之间有密封圈。左右法兰与活塞杆之间有防尘圈。本发明工作时，电机正转通过联轴器带动内啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵提供压力使液压油经右集成块进入液压缸右腔，同时左腔液压油经左集成块回到油箱，使活塞和活塞杆沿液压缸壁运动，活塞杆通过耳环与外部机械相连。油箱内采用弹簧和挡板组合来代替空气压力，当系统出现泄漏时，弹簧产生的压力使油箱内的液压油进入系统，达到补油的目的。左右导向套与液压缸壁之间、液压缸壁与左右集成块之间，左右集成块与油箱之间，左右导向套与活塞杆之间，活塞与液压缸壁之间，油箱挡板与油箱壁和液压缸壁之间，有密封圈保证系统不泄露。左右法兰与活塞杆之间有防尘圈。采用卡键连接和螺栓连接的方式使左右导向套、左右集成块、左右法兰、液压缸壁、油箱壁紧密连接在一起。采用扇形卡键将活塞与活塞杆连接在一起。油箱全部封闭，内部采用弹簧和挡板提供压力，代替传统系统的空气压力。采用伺服电机提供动力，泵采用内啮合齿轮泵。
结合图1说明本发明的具体结构。本发明包括左右导向套3和14、左右集成块4和11、左右法兰1和13、油箱壁及其附件6、液压缸壁12、单向阀(7个)、液控单向阀(2个)、溢流阀、活塞及其附件15、活塞15-1杆、卡键5、电机及其附件8、联轴器10、泵9、排气阀、密封圈、防尘圈、油管和管接头21。本发明工作时，电机8-1正转通过联轴器10带动泵9，泵9提供压力使液压油经右集成块11进入液压缸右腔，同时左腔液压油经左集成块4、油管和右集成块11回到油箱，使活塞15-1和活塞杆19沿液压缸壁12运动，活塞杆19通过耳环20与外部机械相连。油箱内采用弹簧7和油箱挡板6-6组合来代替空气压力，当系统出现泄漏时，弹簧7产生的压力使油箱内的液压油进入系统，达到补油的目的。左法兰1和右法兰13分别处于左集成块4和右集成块11的外侧，起到限位防尘的作用。采用卡键5和螺栓连接的方式使左右导向套3和14、左右集成块4和11、左右法兰1和13、液压缸壁12、油箱壁6紧密连接在一起。
结合图2说明本发明原理。本系统由一个双出杆液压缸作为执行元件，有独立闭式油箱来补油，单独的电机8-1和泵9来提供动力，所有阀都集成在右集成块11上，能最大限度减少冗余结构。阀2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6是普通单向阀，没有液控功能，阀2-7和阀2-8是液控单向阀，阀2-9为溢流阀。当电机8-1正转，带动泵9，上路油道压力增加，因为阀2-7的液控口与上油路相连，阀2-7开启。高压油经过阀2-7进入液压缸上油腔，活塞杆19向下伸出，因为阀2-8液控口与上油路连接而打开，下油腔泄油，低压力油回到泵9中。当泵9和电机8-1停止时，因为阀2-7和阀2-8的原因，液压缸力的油不能回到油箱，保证了锁定。当电机8-1和泵9反转的时候，情况与正转时相仿，液压缸下腔进油，上腔泄油，活塞杆19向上伸出。
结合图2说明液压油路工作原理。本系统由一个双出杆液压缸作为执行元件，有独立闭式油箱来补油，单独的电机8-1和泵9来提供动力，所有阀都集成在右集成块11上，能最大限度减少冗余结构。阀2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6是普通单向阀，没有液控功能，阀2-7和阀2-8是液控单向阀，阀2-9为溢流阀。油路共分为三个部分：工作回路、溢流回路和补油油路。工作回路由泵9、电机8-1、液控单向阀2-7、液控单向阀2-8和液压缸构成。液控单向阀2-7的液控口与回油路相连，液控单向阀2-8的液控口与进油路相连。电机8-1正转时，带动泵9正转，进油路压力增大，油经过液控单向阀2-7进入液压缸左腔，并且使液控单向阀2-8打开，液压缸右腔泄油，油经过液控单向阀2-8回到泵中。电机8-1反转时，带动泵9反转，进油路压力增大，油经过液控单向阀2-8入液压缸右腔，并且使液控单向阀2-7开，液压缸左腔泄油，油经过液控单向阀2-7中回到泵中。溢流回路由单向阀2-3、2-4、2-5和2-6和溢流阀2-9组成。溢流回路的作用是防止泵9的过剩压力损坏系统。当泵9的压力高于溢流阀2-9的开启压力时，溢流回路开始工作。电机8-1正转时，多余的油经过单向阀2-3、溢流阀2-9和单向阀2-6回到泵9中；电机8-1反转时，多余的油经过单向阀2-4、溢流阀2-9和单向阀2-5回到泵9中。补油油路由油箱、单向阀2-1和单向阀2-2组成。当系统发生泄露时，系统内部压力低于油箱内部压力，油箱内的油经过单向阀2-1或者单向阀2-2进入系统，达到补油的目的。
结合图3和图4说明外部油管及管接头21。直角管接头21-1，直油管21-2和管接头21-6联通左集成块4和右集成块11。管接头21-4、弯管21-3和管接头21-5联通泵9和右集成块11。
结合图6、图7、图8说明本发明右集成块11。右集成块11外形根据阀的位置和最小壁厚优化而成的异性外形，最大限度将冗余体积降到最低，实现系统的轻量化。拟定阀2-1、2-2、2-7、2-8组成一组(下成为第一组阀)，阀2-3、2-4、2-5、2-6组成另外一组(下称为第二组阀)。同一组的阀互相靠近，分置在集成块两侧。将油路与电路相类比，分为进油路和出油路，阀2-1、阀2-2、阀2-7和阀2-8与之相连；阀2-2、阀2-4、阀2-6和阀2-8与之相连。而阀2-3、阀2-4、阀2-5、阀2-6是首尾相连的，这四个阀成为第一组阀，置于集成块上侧；阀2-3、阀2-4、阀2-5和阀2-6为第二组阀，和阀2-9首尾相接，置于集成块下侧，可以方便的与集成块外部的油缸，液压缸和泵9相连。顶部通过泵9连接板与泵9固定连接。底部凸沿开有固定用光孔。
结合图5、图6、图7、图8说明本发明右集成块11。右集成块11外形根据阀的位置和最小壁厚优化而成的异性外形，最大限度将冗余体积降到最低，实现系统的轻量化。在结构上，拟定阀2-1、2-2、2-7、2-8组成一组，阀2-3、2-4、2-5、2-6组成另外一组。同一组的阀互相靠近，分置在集成块上下两侧。a口与液压缸壁12右腔上的开口连接，b口连接泵9的P口，c口与泵9的T口连接，d口与液压缸壁12上左腔的开口连接，e口为弧形口，连接油箱和右集成块11。工作回路由泵9、电机8-1、液控单向阀2-7、液控单向阀2-8和液压缸构成。电机8-1正转时，压力油从b口进入左集成块11，流经单向阀2-7和a口，通过液压缸壁12上的开口进入液压缸右腔；同时液压缸左腔的液压油通过液压缸壁12左腔上的开口，进入左集成块4，并且通过管接头21-1、油管21-2和管接头21-6回到右集成块11的d口，此时液控单向阀2-8打开，再经过液控单向阀2-8，流经c口，然后通过管接头21-4、油管21-3和管接头21-5最终回到泵9的T口，完成循环。电机8-1反转时，压力油通过管接头21-4、油管21-3和管接头21-5，从c口进入右集成块11，流经单向阀2-8和d口，然后通过管接头21-1、21-2和21-6，进入左集成块4，并且通过液压缸壁12上的开口进入液压缸左腔，右腔的液压油通过a口进入右集成块11，流经液控单向阀2-7和b口，最终回到泵9的P口，完成循环。溢流回路由单向阀2-3、2-4、2-5和2-6和溢流阀2-9组成。当泵9的压力高于溢流阀2-9的开启压力时，溢流回路开始工作。电机8-1正转时，多余的压力油经b口进入单向阀2-3，溢流阀2-9和单向阀2-6，再通过c口回到泵9的T口。电机8-1反转时，多余的压力油经c口进入单向阀2-4，溢流阀2-9和单向阀2-5，再通过b口回到泵9的P口。补油油路由油箱和单向阀2-1和单向阀2-2组成。油油路由油箱、单向阀2-1和单向阀2-2组成。当系统发生泄露时，系统内部压力低于油箱内部压力时，油箱内的油经过d口进入右集成块11，再通过单向阀2-1或者单向阀2-2进入系统，达到补油的目的。
结合图9和图10说明左集成块4。左集成块4内部通道连接液压缸左腔和阀2-8，中间通过两个直角管接头和一个油管相连接。底部凸沿开有固定用光孔。
结合图11说明耳环20结构。耳环结构20安装于活塞杆19两端位置，通过螺栓20-3与活塞杆19轴向固定连接，允许周向相对转动。耳环20双孔与外部机械连接。螺栓20-3与耳环20-1之间为防止松脱之间设有垫片20-2。
结合图12说明电机8-1、泵9及其组件的连接方式。电机8-1采用伺服电机，泵9采用内啮合齿轮泵。电机8-1与泵9通过联轴器10相连，电机8-1与电机座8-2通过螺栓8-4螺母8-3固定连接，电机座与8-2电机支架6-2通过螺栓固定连接。
结合图13说明油箱及其附件，油箱口集成块6-4下端开孔，用于安装单向阀6-5，顶部开有螺纹孔，作为加油口，不需加油时使用螺堵6-3将加油口塞住。内部油路连接加油口，单向阀，另一端出口连接油箱。油箱集成块6-4焊接于油箱壁6-1。电机支架6-2焊接于油箱壁6-1上，用于支撑电机及其附件8。加油时，压力油通过油箱口集成块6-4上端开口，流经单向阀6-4，再进入油箱中。停止加油时，因为单向阀6-5禁止液压油反向流动，所以有效防止了油箱内部压力油喷溅。
结合图14和图15说明活塞杆19与活塞15-1连接方式。活塞杆19通过扇形卡键与活塞15-1固定连接。安装时，将活塞15-1加工好的卡键孔与活塞杆19的卡键槽对齐，放入卡键16即可。活塞15-1中间开有导向环槽，与导向环15-2相配合，再放入液压缸即可。
结合图16说明液压缸端部密封。左法兰1与活塞杆19之间为防尘圈18-1，右法兰13同理。导向套与活塞杆19之间的密封圈18-2为Y型密封圈。导向套与液压缸壁12之间的密封圈18-3为Y型密封圈。液压缸壁12进出油口密封圈18-4为两个O型圈。左右集成块11与液压缸壁12之间的密封圈18-5为O型圈。油箱壁6-1头尾密封圈18-6为Y型圈。
结合图17说明油箱挡板6-6和活塞15-1密封。活塞15-1与液压杆之间的密封圈18-7和18-12为O型圈。活塞15-1与液压缸壁12之间的密封圈18-8和18-9为Y型圈。油箱挡板17与液压缸壁12之间的密封圈18-10为O型圈。油箱挡板17与油箱壁6-1之间的密封圈18-11为O型圈。

Claims (5)

1.一种优化的一体化电液伺服作动器，其特征在于：包括油箱壁、液压缸壁、活塞、活塞杆、左右两个导向套、左右两个集成块，所述活塞与活塞杆通过卡键连接且二者设置在液压缸壁内部，左右两个导向套分别设置在液压缸壁的两端部，左右两个集成块分别设置在液压缸壁的两端上，所述油箱壁设置在液压缸壁外侧且位于左右两个集成块之间，液压缸壁的外表面、油箱壁的内表面、左右两个集成块之间的空间构成油箱，且在油箱内设置有油箱挡板，油箱挡板与左集成块之间设置有弹簧，所述油箱壁外侧设置有电机，电机的输出端通过联轴器与内啮合齿轮泵连接，所述右集成块上设置有九个螺纹插装阀和五个开口，九个螺纹插装阀分别是六个单向阀、两个液控单向阀和一个溢流阀，五个开口分别为与液压缸壁右腔连通的a口、与泵的P口连通的b口、与泵的T口连通的c口、与液压缸壁右腔连通的d口、弧形口的e口，所述左集成块顶端设置有油口并通过管接头和油管与右集成块的e口连通，所述活塞杆的两端分别通过耳环与外部机械相连。
2.根据权利要求1所述的一种优化的一体化电液伺服作动器，其特征在于：所述内啮合齿轮泵的两端分别通过管路分别连接第一液控单向阀和第二液控单向阀，第一液控单向阀和第二液控单向阀分别与液压缸左右腔连接，第一液控单向阀的液控口与第二液控单向阀所在油路连接，第二液控单向阀的液控口与第一液控单向阀所在油路连接，构成工作回路；
油箱上端还分别通过管路连接有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀和第二单向阀分别通过管路与第一液控单向阀和第二液控单向阀所在的油路连接，构成补油油路；
在第一液控单向阀与内啮合齿轮泵之间的油路、第二液控单向阀与内啮合齿轮泵之间的油路上分别设置有两个溢流支路，第三单向阀、第五单向阀分别连接在第一液控单向阀的两个溢流支路上，第四单向阀、第六单向阀分别连接在第二液控单向阀的两个溢流支路上，第三单向阀与第四单向阀通过管路连接，第五单向阀与第六单向阀通过管路连接，溢流阀设置在第三单向阀与第四单向阀连接的管路与第五单向阀与第六单向阀连接的管路之间，构成溢流回路。
3.根据权利要求1或2所述的一种优化的一体化电液伺服作动器，其特征在于：左右两个集成块的外端还分别设置有左右两个法兰，左右两个法兰与活塞杆之间还分别设置有防尘圈。
4.根据权利要求1或2所述的一种优化的一体化电液伺服作动器，其特征在于：导向套与活塞杆连接处、导向套与液压缸壁连接处、油箱壁与两个集成块的连接处、活塞与液压缸壁的连接处、油箱挡板与油箱壁的连接处分别设置有密封圈。
5.根据权利要求3所述的一种优化的一体化电液伺服作动器，其特征在于：导向套与活塞杆连接处、导向套与液压缸壁连接处、油箱壁与两个集成块的连接处、活塞与液压缸壁的连接处、油箱挡板与油箱壁的连接处分别设置有密封圈。
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