CN108999816A - 一种直线驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直线驱动系统,该直线驱动系统通过液压马达带动滚珠丝杠传动副将旋转运动转化为直线运动,其中,滚珠丝杠加工滚珠丝杠油孔,滚珠丝杠油孔的一端与活塞杆的内腔连通,滚珠丝杠油孔的另一端与缸体的无杆腔连通。本发明公开的直线驱动系统具有环保节能、控制精确、承载能力大和体积小等优点。
Description
技术领域
本发明属于机械传动领域,具体涉及一种直线驱动系统。
背景技术
随着工业技术的不断发展,电动缸的应用日益广泛。电动缸是一种可以通过电动机和丝杠相结合使用,将旋转运动转化为直线运动的执行器。相比于液压驱动,电动缸具有节能环保、易于控制和开环控制精度高等优点,但承载能力差是电动缸的不足。当采用电动缸驱动工程机械中的举升机构时,虽然在举升机构下降过程中,重力势能可以通过超级电容来回收,或者回馈到电网,但目前超级电容的技术不是非常成熟,耐压低,需要串并联多组超级电容才能使用,而回馈到电网的方式也不适合应用在移动机械上,这两种节能方式都不能减小电机的装机功率。当电动缸工作在重载工况时,所需的电动机功率较高,体积较大,难以安装在结构紧凑的机械臂上。
发明内容
为了克服现有电动缸技术存在的不足,本发明提出了一种直线驱动系统,该直线驱动系统通过液压马达带动滚珠丝杠传动副将旋转运动转化为直线运动,具有环保节能、控制精确、承载能力大和体积小等优点。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种直线驱动系统,包括直线驱动装置(29)和液压控制回路,其中,直线驱动装置包括液压马达(1)、变速机构(2)、第Ⅰ滚动轴承(4)、第Ⅱ滚动轴承(5)、滚珠丝杠(7)、活塞(10)、活塞杆(11)、缸体(12)、缸体底座(14),还包括第Ⅰ油路接口(3)、第Ⅰ密封圈(6)、滚珠丝杠油孔(8)、第Ⅱ密封圈(9)、第Ⅲ密封圈(13)、第Ⅱ油路接口(15)和第Ⅲ油路接口(16);
滚珠丝杠油孔的一端与活塞杆的内腔连通,滚珠丝杠油孔的另一端与缸体的无杆腔连通,并且在滚珠丝杠与缸体底座相接触的位置安装第Ⅰ密封圈,在活塞与缸体相接触的位置安装第Ⅱ密封圈,在活塞杆与缸体相接触的位置安装第Ⅲ密封圈;
所述的液压控制回路包括第Ⅰ液压控制回路(38)和第Ⅱ液压控制回路(39),其中第Ⅰ液压控制回路包括液压蓄能器(17)、第Ⅰ溢流阀(18)、第Ⅰ液压泵(19)、油箱(20)、第Ⅰ三位四通阀(21)、截止阀(22)、第Ⅰ伺服电机(23)和节流阀(24);第Ⅱ液压控制回路包括第Ⅱ三位四通阀(25)、第Ⅱ溢流阀(26)、第Ⅱ液压泵(27)和第Ⅱ伺服电机(28);变速机构下方加工一个螺纹孔,用以安装第Ⅰ油路接口,第Ⅰ油路接口通过油路管道与节流阀的进油口相通,节流阀的出油口与油箱相连;在缸体的上方和下方加工两个螺纹孔,用以安装第Ⅱ油路接口和第Ⅲ油路接口,第Ⅱ油路接口通过油路管道与第Ⅰ三位四通阀的A口相连,第Ⅰ三位四通阀的P口与液压蓄能器、第Ⅰ溢流阀的进油口相连,第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱相连,截止阀的进油口与第Ⅰ液压泵的P口相连,截止阀的出油口与液压蓄能器的进油口相连,第Ⅰ液压泵的T口与油箱相连,第Ⅰ液压泵与第Ⅰ伺服电机同轴联接,第Ⅲ油路接口通过油路管道与第Ⅰ三位四通阀的B口相连,第Ⅰ三位四通阀的T油口与油箱相连。液压马达的A口与第Ⅱ三位四通阀的B口相连,液压马达的B口与第Ⅱ三位四通阀的A口相连,第Ⅱ三位四通阀的P口与第Ⅱ液压泵的P口和第Ⅱ溢流阀的进油口相连,第Ⅱ三位四通阀的T口与油箱相连,第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱相连,第Ⅱ液压泵的T口和油箱相连,第Ⅱ液压泵与第Ⅱ伺服电机同轴连接。
所述的液压马达可以替换为伺服电机、交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机,当采用伺服电机、交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机,则液压控制回路只需要第Ⅰ液压控制回路。
所述的液压控制回路是使直线驱动装置工作的任意液压控制回路。
所述的混合驱动装置采用普通螺母丝杠、滚珠丝杠、梯形丝杠或行星滚珠丝杠。
所述的液压泵为定量液压泵或变量液压泵,其中变量液压泵为手动变量泵、机械变量泵或电子比例控制变量泵。
所述的液压泵为叶片泵、齿轮泵、轴向柱塞泵或径向柱塞泵。
所述的液压泵为恒压泵、恒排量泵、恒功率泵或它们的复合形式。
所述的变速机构为齿轮传动或同步带传动,并且是增速传动或减速传动。
本发明的一种直线驱动系统与现有技术相比,具有以下优点:
(1)本发明将举升机构的重力势能直接转换为液压能存储起来,避免了能量多次转换产生的损失,能量存储和利用率高。
(2)本发明采用直线驱动装置作为驱动工作缸,可以平衡举升机构的重力,可以降低电动机的驱动功率和缩小电动机的体积。
(3)本发明采用直线驱动装置作为驱动工作缸,响应快,定位精度高。
(4)本发明采用直线驱动装置作为驱动工作缸,可靠性高,运行稳定,使用寿命长。
附图说明
图1是本发明直线驱动系统原理图;
图2是本发明直线驱动装置的结构图;
图3是本发明实施方式挖掘机的结构图;
图4是本发明实施方式的系统原理图;
图5是本发明实施方式液压马达替换为电机的系统原理图。
图中,1-液压马达,2-变速机构,3-第Ⅰ油路接口,4-第Ⅰ滚动轴承,5-第Ⅱ滚动轴承,6-第Ⅰ密封圈,7-滚珠丝杠,8-滚珠丝杠油孔,9-第Ⅱ密封圈,10-活塞,11-活塞杆,12-缸体,13-第Ⅲ密封圈,14-缸体底座,15-第Ⅱ油路接口,16-第Ⅲ油路接口,17-液压蓄能器,18-第Ⅰ溢流阀,19-第Ⅰ液压泵,20-油箱,21-第Ⅰ三位四通阀,22-截止阀,23-第Ⅰ伺服电机,24-节流阀,25-第Ⅱ三位四通阀,26-第Ⅱ溢流阀,27-第Ⅱ液压泵,28-第Ⅱ伺服电机,29-直线驱动装置,30-动臂,31-斗杆,32-铲斗,33-动臂液压缸,34-斗杆液压缸,35-铲斗液压缸,36-挖掘机第Ⅰ液压回路,37-挖掘机第Ⅱ液压回路,38-第Ⅰ液压控制回路,39-第Ⅱ液压控制回路。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明进行进一步描述。
如图3所示,一种直线驱动系统应用于挖掘机,挖掘机的工作装置包括动臂30、斗杆31、铲斗32、动臂液压缸33、斗杆液压缸34和铲斗液压缸35,其中采用两个直线驱动装置作为动臂液压缸驱动动臂,采用一个直线驱动装置作为斗杆液压缸驱动斗杆,采用一个直线驱动装置作为铲斗液压缸驱动铲斗,并采用液压控制回路控制直线驱动装置。
如图1所示,一种直线驱动系统,包括直线驱动装置29和液压控制回路,其中,直线驱动装置包括液压马达1、变速机构2、第Ⅰ滚动轴承4、第Ⅱ滚动轴承5、滚珠丝杠7、活塞10、活塞杆11、缸体12、缸体底座14,还包括第Ⅰ油路接口3、第Ⅰ密封圈6、滚珠丝杠油孔8、第Ⅱ密封圈9、第Ⅲ密封圈13、第Ⅱ油路接口15和第Ⅲ油路接口16。
所述的液压马达的输出轴与变速机构连接,滚珠丝杠的一端与变速机构连接,滚珠丝杠上安装第Ⅰ滚动轴承和第Ⅱ滚动轴承,二者采用背对背的安装方式,由滚珠丝杠的轴肩限制第Ⅰ滚动轴承和第Ⅱ滚动轴承的轴向滑动,由缸体底座限制第Ⅰ滚动轴承和第Ⅱ滚动轴承的径向运动。
所述的活塞安装在滚珠丝杠上,活塞杆与活塞通过螺栓固定,活塞内部加工有螺纹,通过变速机构和滚珠丝杠副将旋转运动转化为活塞杆的直线运动,活塞的最大直径与缸体的内径相同,以保证活塞杆在缸体内滑动的同时,两者中心线重合。
滚珠丝杠油孔的一端与活塞杆的内腔连通,滚珠丝杠油孔的另一端与缸体的无杆腔连通,并且在滚珠丝杠与缸体底座相接触的位置安装第Ⅰ密封圈,在活塞与缸体相接触的位置安装第Ⅱ密封圈,在活塞杆与缸体相接触的位置安装第Ⅲ密封圈。
如图4所示,所述的实施方式中挖掘机的液压控制回路,包括第Ⅰ液压控制回路38和第Ⅱ液压控制回路39,其中第Ⅰ液压控制回路包括液压蓄能器17、第Ⅰ溢流阀18、第Ⅰ液压泵19、油箱20、第Ⅰ伺服电机23、第Ⅱ溢流阀26、第Ⅱ液压泵27、第Ⅱ伺服电机28、挖掘机第Ⅰ液压回路36和挖掘机第Ⅱ液压回路37;在直线驱动装置的缸体上方和下方加工两个螺纹孔,用以安装第Ⅱ油路接口和第Ⅲ油路接口,第Ⅱ油路接口通过油路管道与挖掘机第Ⅰ液压回路相连,第Ⅲ油路接口通过油路管道与挖掘机第Ⅰ液压回路相连,挖掘机第Ⅰ液压回路与第Ⅰ液压泵的P口相连,第Ⅰ液压泵的T口与油箱的相连,第Ⅱ油路接口与液压蓄能器相连,第Ⅰ溢流阀的进油口与液压泵的P口相连,第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱相连,第Ⅰ液压泵与第Ⅰ伺服电机同轴联接;液压马达与挖掘机第Ⅱ液压回路相连,挖掘机第Ⅱ液压回路与第Ⅱ溢流阀的进油口相连,第Ⅱ溢流阀的进油口和第Ⅱ液压泵的P口相连,第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱相连,油箱和第Ⅱ液压泵的T口相连,第Ⅱ液压泵与第Ⅱ伺服电机同轴联接。
工作过程中,液压阀的中位机能为Y型,当直线驱动装置的活塞杆伸出时,液压马达带动滚珠丝杠伸出,第Ⅰ液压泵和液压蓄能器同时向直线驱动装置的无杆腔充入高压油液,有杆腔的低压油液通过液压回路流回油箱;当直线驱动装置的活塞杆缩回时,液压马达带动滚珠丝杠反转,缸体无杆腔的高压油液流回液压蓄能器;当液压蓄能器中油液不足时,第Ⅰ伺服电机带动第Ⅰ液压泵给液压蓄能器补充油液;当挖掘机在轻载工况时,可将液压阀块处于中位,由液压马达单独驱动。
如图5所示,所述的液压马达可以替换为伺服电机、交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机,当采用伺服电机、交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机,则液压控制回路只需要第Ⅰ液压控制回路。
所述的液压控制回路是使直线驱动装置工作的任意液压控制回路。
所述的混合驱动装置采用普通螺母丝杠、滚珠丝杠、梯形丝杠或行星滚珠丝杠。
所述的液压泵为定量液压泵或变量液压泵,其中变量液压泵为手动变量泵、机械变量泵或电子比例控制变量泵。
所述的液压泵为叶片泵、齿轮泵、轴向柱塞泵或径向柱塞泵。
所述的液压泵为恒压泵、恒排量泵、恒功率泵或它们的复合形式。
所述的变速机构为齿轮传动或同步带传动,并且是增速传动或减速传动。
显然,所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例,而不是全部的实施例,对于其它具备举升功能的工程机械,都在本申请保护的范围。
Claims (8)
1.一种直线驱动系统,包括直线驱动装置(29)和液压控制回路,其中,直线驱动装置包括液压马达(1)、变速机构(2)、第Ⅰ滚动轴承(4)、第Ⅱ滚动轴承(5)、滚珠丝杠(7)、活塞(10)、活塞杆(11)、缸体(12)、缸体底座(14),其特征在于:还包括第Ⅰ油路接口(3)、第Ⅰ密封圈(6)、滚珠丝杠油孔(8)、第Ⅱ密封圈(9)、第Ⅲ密封圈(13)、第Ⅱ油路接口(15)和第Ⅲ油路接口(16);
滚珠丝杠油孔的一端与活塞杆的内腔连通,滚珠丝杠油孔的另一端与缸体的无杆腔连通,并且在滚珠丝杠与缸体底座相接触的位置安装第Ⅰ密封圈,在活塞与缸体相接触的位置安装第Ⅱ密封圈,在活塞杆与缸体相接触的位置安装第Ⅲ密封圈;
所述的液压控制回路包括第Ⅰ液压控制回路(38)和第Ⅱ液压控制回路(39),其中第Ⅰ液压控制回路包括液压蓄能器(17)、第Ⅰ溢流阀(18)、第Ⅰ液压泵(19)、油箱(20)、第Ⅰ三位四通阀(21)、截止阀(22)、第Ⅰ伺服电机(23)和节流阀(24);第Ⅱ液压控制回路包括第Ⅱ三位四通阀(25)、第Ⅱ溢流阀(26)、第Ⅱ液压泵(27)和第Ⅱ伺服电机(28);变速机构下方加工一个螺纹孔,用以安装第Ⅰ油路接口,第Ⅰ油路接口通过油路管道与节流阀的进油口相通,节流阀的出油口与油箱相连;在缸体的上方和下方加工两个螺纹孔,用以安装第Ⅱ油路接口和第Ⅲ油路接口,第Ⅱ油路接口通过油路管道与第Ⅰ三位四通阀的A口相连,第Ⅰ三位四通阀的P口与液压蓄能器、第Ⅰ溢流阀的进油口相连,第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱相连,截止阀的进油口与第Ⅰ液压泵的P口相连,截止阀的出油口与液压蓄能器的进油口相连,第Ⅰ液压泵的T口与油箱相连,第Ⅰ液压泵与第Ⅰ伺服电机同轴联接,第Ⅲ油路接口通过油路管道与第Ⅰ三位四通阀的B口相连,第Ⅰ三位四通阀的T油口与油箱相连。液压马达的A口与第Ⅱ三位四通阀的B口相连,液压马达的B口与第Ⅱ三位四通阀的A口相连,第Ⅱ三位四通阀的P口与第Ⅱ液压泵的P口和第Ⅱ溢流阀的进油口相连,第Ⅱ三位四通阀的T口与油箱相连,第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱相连,第Ⅱ液压泵的T口和油箱相连,第Ⅱ液压泵与第Ⅱ伺服电机同轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的液压马达可以替换为伺服电机、交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机,当采用伺服电机、交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机,则液压控制回路只需要第Ⅰ液压控制回路。
3.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的液压控制回路是使直线驱动装置工作的任意液压控制回路。
4.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的混合驱动装置采用普通螺母丝杠、滚珠丝杠、梯形丝杠或行星滚珠丝杠。
5.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的液压泵为定量液压泵或变量液压泵,其中变量液压泵为手动变量泵、机械变量泵或电子比例控制变量泵。
6.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的液压泵为叶片泵、齿轮泵、轴向柱塞泵或径向柱塞泵。
7.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的液压泵为恒压泵、恒排量泵、恒功率泵或它们的复合形式。
8.根据权利要求1所述的一种直线驱动系统,其特征在于:所述的变速机构为齿轮传动或同步带传动,并且是增速传动或减速传动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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