CN108533561A - 一种内驱内部间接反馈式数字液压缸结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，包括：缸体、中空活塞杆、大导程螺旋体、阀芯、阀体以及步进电机，其中中空活塞杆滑动安装于缸体中，阀体安装于缸体后端盖上，并与缸体同轴连接，阀芯设于阀体中，阀芯一端与大导程螺旋体同轴转动连接，该大导程螺旋体经缸体后端盖、缸体后腔进入中空活塞杆的中空腔内，中空活塞杆端部、大导程螺旋体入口位置固定安装一螺母，螺母与大导程螺旋体啮合；阀芯另一端与步进电机的输出端固接。本发明液压缸行程达到0.5～1.0米甚至更长，运行速度更快，价格相对更低；结构优化和有空空间位置的布局设计，使得阀体结构变得紧凑，在满足一定的行程条件下液压缸整体结构尺寸更小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压缸，具体为一种内驱内部间接反馈式数字液压缸结构。
背景技术
在高、精、尖的机械设备、操纵机构、助力装置等领域中数字液压伺服控制系统开始得到广泛的应用，其中最具代表性设备是数字液压缸，从机械原理的角度展开研究和设计是数字液压伺服控制技术的重要基础。我国液压元件和液压产品的设计与开发正在逐步赶超国外先进的同类产品，数字液压缸产品在智能机器人中的应用同样越来越多。
数字也液压缸由数字液压阀与液压缸组合而成，利用传感器等设备将活塞运动的速度和角度等反馈信息，再由数字控制器实现液压油的流量控制完成对活动组件的精确移动实现所需功能。当前的液压缸的输出力和速度的大小靠手动调节或者定值无法调节。当前数字液压缸系统的控制往往利用电液比例系统实现自动控制，通过数字信号或者模拟式的处理完成运动部件的有序运动，但是该方法环节多，成本高以及抵抗外界干扰的能力较差。当前数字液压缸存在以下三个问题：
一是运行速度慢，由于数字液压缸运行速度收到脉冲信号的频率制约，一般情况下其运行速度较慢；
二是长行程难以实现，目前较为常见的数字液压缸的螺旋体结构一般采用滚珠丝杠结构，大导程的滚珠丝杠难以生产；
三是造价高，数字液压缸一般应用于特殊场合，其中各个关键零部件加工精度要求苛刻。
发明内容
本发明针对当前数字液压缸行程小，低速度，低价高，相对尺寸大等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种大行程，高速度，低价格的内驱内部间接反馈数字液压缸。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，包括：缸体、中空活塞杆、大导程螺旋体、阀芯、阀体以及步进电机，其中中空活塞杆滑动安装于缸体中，阀体安装于缸体后端盖上，并与缸体同轴连接，阀芯设于阀体中，阀芯一端与大导程螺旋体同轴转动连接，该大导程螺旋体经缸体后端盖、缸体后腔进入中空活塞杆的中空腔内，中空活塞杆端部、大导程螺旋体入口位置固定安装一螺母，螺母与大导程螺旋体啮合；阀芯另一端与步进电机的输出端固接。
大导程螺旋体与阀芯通过万向联轴器转动连接，并在缸体后端盖处设有密封圈。
大导程螺旋体为500～1000mm的螺杆。
大导程螺旋体采用截面为矩形、三角形或者正方形扭转体结构。
阀芯与阀体之间设有阀芯套，阀芯套为中空管状结构，在管体上开有5个环形凹槽，每个环形凹槽内设有与阀芯套轴向垂直的通孔。
所述通孔为5个，在阀芯套轴向方向形成两排，相邻通孔在径向方向相间90°设置。
阀体上设有第一、二通油口、高压进油口以及高压出油口，第一通油口经前腔油管与缸体的前腔连通，第二通油口经后腔油管与缸体的后腔连通。
阀芯与步进电机连接处设计成花键槽结构。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明数字液压缸是一种大行程，高速度，低价格的内驱内部间接反馈数字液压缸，其中螺旋体的设计可以采用矩形、三角形或者正方形结构，从而实现液压缸行程达到0.5～1.0米甚至更长。
2.本发明数字液压缸，大导程螺旋结构使其速度更快，由于相对零部件较少价格相对更低；阀体部分的结构优化和油孔空间位置的布局设计使得阀体结构变得紧凑，在满足一定的行程条件下液压缸整体结构尺寸更小。
3.本发明数字液压缸中在阀芯套轴向方向形成两排，相邻通孔在径向方向相间90°设置，充分发挥阀体空间的尺寸，并且保证高压液压油顺畅流动。
附图说明
图1为本发明的外观结构示意图；
图2为本发明数字液压缸内部结构示意图；
图3为本发明的内部结构局部放大示意图；
图4为本发明阀体结构内部油孔分布情况示意图；
图5为本发明的阀芯套结构示意图；
图6为本发明的阀芯结构示意图；
图7为本发明中大导程螺旋体的矩形扭转体结构示意图。
其中，1为第一通油口，2为高压油出油口，3为第二通油口，4为高压油进油口，5为前腔油管，6为缸体，7为缸体前腔，8为中空活塞杆，9为螺母，10为缸体后腔，11为大导程螺旋体，12为缸体后端盖，13为后腔油管，14为第一连接座，15为步进电机，16为步进电机输出端，17为滑套，18为阀芯，19为阀芯套，20为阀体，21为第二连接座，22为螺母套，23为万向联轴器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1～3所示，本发明一种内驱内部间接反馈式数字液压缸，包括：缸体6、中空活塞杆8、大导程螺旋体11、阀芯18、阀体20以及步进电机15，其中中空活塞杆8滑动安装于缸体6中，阀体20安装于缸体后端盖12上，并与缸体6同轴连接，阀芯18设于阀体20中，阀芯18一端与大导程螺旋体11同轴转动连接，该大导程螺旋体11经缸体后端盖12、缸体后腔10进入中空活塞杆8的中空腔内，中空活塞杆8端部、大导程螺旋体11入口位置固定安装一螺母，螺母与大导程螺旋体11啮合；阀芯18另一端与步进电机15的输出端16固接。
大导程螺旋体11与阀芯18通过万向联轴器转动连接，并在缸体后端盖12处设有密封圈。阀芯18与阀体20之间设有阀芯套19。阀体20上设有第一、二通油口1、3、高压进油口4以及高压出油口2，第一通油口1经前腔油管5与缸体6的前腔10连通，第二通油口4经后腔油管13与缸体6的后腔10连通。
本实施例中，大导程螺旋体11与阀芯18通过万向联轴器23连接，定位通过缸体后端盖12的中空部位完成，并有密封圈保证数字液压缸密封有效运行，左端部悬空，减去了定为轴承定位环节。大导程螺旋体11为500-1000mm的螺杆(本实施例采用600mm)，截面为矩形、三角形或者正方形扭转体结构(本实施例采用矩形扭转体结构)，如图7所示。
阀体20与缸体6之前通过第二连接座21连接，阀体20与步进电机15之间通过第一连接座14连接；中空活塞杆8直接与大导程螺旋体11啮合的螺母9固联。阀体20内包含阀芯套19与阀芯18的嵌合结构，阀芯套19为独立加工成型。
如图5所示，阀芯18与阀体20之间设有阀芯套19，阀芯套19为中空管状结构，在管体上开有5个环形凹槽，每个环形凹槽内设有与阀芯套轴向垂直的通孔。本实施例中，通孔为5个，在阀芯套19轴向方向形成两排，相邻通孔在径向方向相间90°设置。这样形成依次互相垂直、3个共面、另外两个共面的通孔布置结构，便于高压液压油管的安装以及油介质顺畅流通。
如图4所示，为阀体结构内部油孔分布情况示意图，用于联通阀芯18，配合液压缸工作原理而设计的油路结构。
如图6所示，阀芯18独立加工再将其固联到阀体20内部提高加工的精度，减小加工难度；阀芯结构与步进电机连接处直接设计成花键槽结构，实现紧密连接减小阀体结构体积，使得数字液压缸纵向尺寸变得更短实现整体结构紧凑的目的。
本发明数字液压缸的使用方法及工作原理如下：
1)在提供动力的高压油通过进油口4进入阀体空腔后，由于阀芯18上的台肩密封而待分配，在初始位置时高压液压油停留于阀体之中；
2)在步进电机15接受到数字脉冲信号后开始转动，其输出端16通过滑套17带动阀芯18发生旋转运动，由于阀芯18的另一端的螺旋体头部螺母套22进行配合，从而使得阀芯18在转动的同时产生轴向移动；
3)情况一为阀芯18向后移动，此时高压油将不受阀芯台肩约束由油孔3流出进入活塞杆后腔，后腔增压，液压缸的活塞杆向前移动，此时前腔中的低压油流出并通过油孔1流回阀体，再由出油孔2流出，中空活塞杆8的移动带动螺母9向后移动，螺母9的移动促使大导程螺旋体11跟随转动，螺旋体11跟随向前转动通过万向联轴器23带动螺旋体头部螺母套22发生转动，螺母套22与阀芯一端啮合从而实现阀芯回归原位形成负反馈，步进电机旋转一周使得中空活塞杆8向前移动与螺旋体11导程相等的距离；
4)情况二为阀芯18向前移动，此时高压油将不受阀芯台肩约束由油孔1流出进入活塞杆前腔，前腔增压，液压缸的活塞杆向后移动，此时后腔中的低压油流出并通过油孔3流回阀体，再由出油孔2流出，中空活塞杆8的移动带动螺母9向前移动，螺母9的移动促使大导程螺旋体11跟随转动，螺旋体11跟随向前转动通过万向联轴器23带动螺旋体头部螺母套22发生转动，螺母套22与阀芯点啮合从而实现阀芯回归原位形成负反馈，步进电机旋转一周使得中空活塞杆8向后移动与螺旋体11导程相等的距离。
Claims (8)
1.一种内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于包括：缸体、中空活塞杆、大导程螺旋体、阀芯、阀体以及步进电机，其中中空活塞杆滑动安装于缸体中，阀体安装于缸体后端盖上，并与缸体同轴连接，阀芯设于阀体中，阀芯一端与大导程螺旋体同轴转动连接，该大导程螺旋体经缸体后端盖、缸体后腔进入中空活塞杆的中空腔内，中空活塞杆端部、大导程螺旋体入口位置固定安装一螺母，螺母与大导程螺旋体啮合；阀芯另一端与步进电机的输出端固接。
2.根据权利要求1所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：大导程螺旋体与阀芯通过万向联轴器转动连接，并在缸体后端盖处设有密封圈。
3.根据权利要求1所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：大导程螺旋体为500～1000mm的螺杆。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：大导程螺旋体采用截面为矩形、三角形或者正方形扭转体结构。
5.根据权利要求1所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：阀芯与阀体之间设有阀芯套，阀芯套为中空管状结构，在管体上开有5个环形凹槽，每个环形凹槽内设有与阀芯套轴向垂直的通孔。
6.根据权利要求4所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：所述通孔为5个，在阀芯套轴向方向形成两排，相邻通孔在径向方向相间90°设置。
7.根据权利要求1所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：阀体上设有第一、二通油口、高压进油口以及高压出油口，第一通油口经前腔油管与缸体的前腔连通，第二通油口经后腔油管与缸体的后腔连通。
8.根据权利要求1所述的内驱内部间接反馈式数字液压缸结构，其特征在于：阀芯与步进电机连接处设计成花键槽结构。
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