CN110094330B - 自驱式气动装置 - Google Patents

自驱式气动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110094330B
CN110094330B CN201910191702.5A CN201910191702A CN110094330B CN 110094330 B CN110094330 B CN 110094330B CN 201910191702 A CN201910191702 A CN 201910191702A CN 110094330 B CN110094330 B CN 110094330B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavity
shell
air supply
supply unit
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910191702.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110094330A (zh
Inventor
蒋永华
刘盼盼
刘乐乐
阚君武
郑佳佳
梁程
曾平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Wisdom Dragon Machinery Design Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Normal University CJNU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Normal University CJNU filed Critical Zhejiang Normal University CJNU
Priority to CN201910191702.5A priority Critical patent/CN110094330B/zh
Publication of CN110094330A publication Critical patent/CN110094330A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110094330B publication Critical patent/CN110094330B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/041—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms double acting plate-like flexible pumping member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/047—Pumps having electric drive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

本发明属气动技术领域，具体涉及一种自驱式气动装置。带进出口阀的左右端盖装在壳体的两端并与缸腔及活塞形成左右缸腔；壳体上下两侧装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的沉腔内并形成内外泵腔；盖板将密封环压接在壳体的连通腔内并形成缓冲腔；出孔与内泵腔串联成内泵，进孔与外泵腔串联成外泵，壳体上下两侧的内外泵经缓冲腔分别串联成上下供气单元；上下供气单元经管路串联，下供气单元的出孔与左右进口阀连接；换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片构成；驱动器含有驱动和传感单元，驱动单元受直流电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向并实现自激驱动；传感电压还用于表征活塞运动速度和驱动力。

Description

自驱式气动装置
技术领域
本发明属于气动技术领域，具体涉及一种自驱式气动装置。
背景技术
液压及气压传动与控制系统具有高能量密度、低噪音、无冲击等优势，在国民经济和国防工业的各个行业已成功应用多年。传统的气压动力系统通常都是由尺寸较大的电动机和机械式气泵进行驱动的，并通过换向阀、减压阀及调速阀等多类型阀的联合作业实现输出力、速度及位置等的有效控制，故体积庞大、结构连接及控制比较复杂，应用上具有很大的局限性：无法用于航空航天、行走机器人等微小系统及远程控制系统；同时，由于现有气压动力系统采用种类繁多的气阀进行联合控制，难以实现驱动力、速度及位置的精确控制与调节，无法用于精密机械加工与装配、精密测量、精密光学驱动等要求驱动、定位及控制精度高的领域。因此人们相继提出了多种类型的微小型液压及气动系统，如中国专利201510843026.7、201310132556.1、201410611173.7等，因现有微小型液压或气动系统均由固定频率驱动的，实际工作中其驱动力及速度受工作负载影响较大，当具体工况下的驱动元件谐振频率与所设定的激励频率偏差较大时，气体输出量和压力都将大幅度下降，且根据设定驱动电压及频率计算所得的驱动力及速度精确度也较低。
发明内容
本发明提出一种自驱式气动装置，本发明的实施方案是：左右端盖经螺钉安装在壳体的左右两端并与缸腔及置于缸腔内的活塞共同形成左右缸腔，左右端盖上分别装有左进出口阀和右进出口阀；壳体上下两侧经螺钉装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的沉腔内，密封圈位于换能器上下两侧，换能器及密封圈与壳体形成内泵腔、与盖板形成外泵腔；盖板将密封环压接在壳体的连通腔内，密封环与壳体及盖板形成缓冲腔；缓冲腔与内泵腔之间、以及两个相邻的内泵腔之间经内通孔和内阀腔连通，最右侧的内泵腔与出孔连通；缓冲腔与外泵腔之间、以及两个相邻的外泵腔之间经外通孔和外阀腔连通，最右侧的外泵腔与进孔连通；内外阀腔内设有阀片；出孔与内泵腔串联成内泵，进孔与外泵腔串联成外泵；壳体上方的内外泵经缓冲腔串联成上供气单元，壳体下方的内外泵经缓冲腔串联成下供气单元；上下供气单元经管路串联，下供气单元的出孔经管路与左右进口阀连接，左右进口阀并联。
换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片粘接而成，压电片靠近垫圈安装；至少一个换能器中的驱动器含有驱动单元和传感单元，即压电片表面电极被分割成两部分并分别与基板构成驱动单元和传感单元；驱动器及驱动单元的驱动电压为直流电压或交流电压；工作中，同一换能器中两个驱动器的变形方向相同且代表换能器的变形方向，单一的上下供气单元中左右相邻的两个换能器的变形方向相反，上下相对的上下供气单元中的换能器的变形方向相反；驱动电压为直流电压时，驱动器中驱动单元受驱动电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动；传感单元的输出电压还用于表征活塞运动速度和驱动力。
本发明中，左进出口阀和右进出口阀均为常闭开关阀，工作中未提及开启时均处截止状态；自驱式气动装置的驱动过程包括：
1)蓄能阶段：左右进口阀开启、左右出口阀关闭，上供气单元入孔吸入气体、下供气单元出孔排出气体，所排出气体再经左右进口阀分别进入左右缸腔，左右缸腔蓄能结束后，左右进口阀关闭；
2)驱动阶段：上下供气单元工作处于状态下，左进口阀和右出口阀开启、左出口阀和右进口阀关闭时活塞向右运动，左进口阀和右出口阀关闭、左出口阀和右进口阀开启时活塞向左运动；
3)定位及保持阶段：活塞运动到预定位置后，左进出口阀和右进出口阀均关闭，上下供气单元停止工作。
本发明的自驱式气动装置根据所需的最大驱动力及最大驱动速度确定所含的换能器的数量，根据具体工况下所需的驱动力及驱动速度确定所同步工作的换能器的数量；驱动器由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成，可获得的最大驱动力和最大驱动速度分别为
Figure GSB0000181700870000021
和
Figure GSB0000181700870000022
其中，ηq、ηp分别为阀片的速度和驱动力系数，R、H分别为内外泵腔的半径和高度，hp为压电片厚度，f为激励频率，U0为驱动电压，N为上下供气单元所含换能器的总数，A、Ff分别为活塞的有效面积和滑动摩擦力。
特点及优势：供气单元与壳体集成，体积小、集成度高、无需外界气源，可作为独立的标准部件应用；通过步进的方法实现较大行程内的精密驱动与定位控制，可避免爬行现象；根据换能器变形状态使直流驱动电压换向，实现换能器自激驱动，激励频率的负载等变化适应性强，驱动能力强、性能稳定。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中气动装置的系统构成原理图；
图2是本发明一个较佳实施例中气动装置蓄能阶段的结构原理图；
图3是本发明一个较佳实施例中驱动电压的波形图；
图4是本发明一个较佳实施例中传感电压的波形图；
图5是壳体的结构示意图；
图6是图5的俯视图；
图7是本发明一个较佳实施例中盖板的结构示意图；
图8是图7的仰视图；
图9是本发明一个较佳实施例中换能器的结构示意图；
图10是图9的A-A剖视图。
具体实施方式
左端盖x和右端盖y经螺钉安装在壳体a的左右两端并与缸腔a6及置于缸腔a6内的活塞f共同形成左缸腔B1和右缸腔B2，左端盖x上安装有左进口阀v1和左出口阀v2，右端盖y上安装有右进口阀v3和右出口阀v4；壳体a的上下两侧经螺钉安装有盖板b，盖板b经密封圈h将换能器D压接在壳体a的沉腔a2内，密封圈h位于换能器D的上下两侧，换能器D及密封圈h与壳体a形成内泵腔C1、与盖板b形成外泵腔C2；盖板b将密封环g压接在壳体a的连通腔a1内，密封环g与壳体a及盖板b形成缓冲腔C3；缓冲腔C3与内泵腔C1之间、以及两个相邻的内泵腔C1之间经壳体a的内通孔a3和内阀腔a4连通，最右侧的内泵腔C1与壳体a的出孔a5连通；缓冲腔C3与外泵腔C2之间、以及两个相邻的外泵腔C2之间经盖板b的外通孔b3和外阀腔b4连通，最右侧的外泵腔C2与盖板b的进孔b5连通；内阀腔a4和外阀腔b4内设有阀片e；出孔a5与内泵腔C1串联成内泵q1，进孔b5与外泵腔C2串联成外泵q2；壳体a上方的内泵q1和外泵q2经缓冲腔C3串联成上供气单元I，壳体a下方的内泵q1和外泵q2经缓冲腔C3串联成下供气单元II；上供气单元I和下供气单元II经管路串联，下供气单元II的出孔a5经管路与左进口阀v1和右进口阀v3连接，左进口阀v1和右进口阀v3并联。
换能器D由两个驱动器d及垫圈d0构成，驱动器d由基板d1与压电片d2粘接而成，压电片d2靠近垫圈d0安装；至少一个换能器D中的两个驱动器d含有驱动单元d21和传感单元d22，即压电片d2表面电极被分割成两部分并分别与基板d1构成驱动单元d21和传感单元d22；驱动器d及驱动单元d21的驱动电压为直流电压或交流电压；工作中，同一换能器D中两个驱动器d的变形方向相同且代表换能器D的变形方向，单一的上供气单元I和单一的下供气单元II中左右相邻的两个换能器D的变形方向相反，上下相对的上供气单元I和下供气单元II中的换能器D的变形方向相反；驱动电压为直流电压时，驱动器d中驱动单元d21受驱动电压作用变形并使传感单元d22输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器d实现自激驱动；传感单元d22的输出电压还用于表征活塞f的运动速度和驱动力。
本发明中，左进口阀v1、左出口阀v2、右进口阀v3和右出口阀v4均为常闭开关阀，工作中未提及开启时均处截止状态；自驱式气动装置的驱动过程包括：
1)蓄能阶段：左进口阀v1和右进口阀v3开启、左出口阀v2和右出口阀v4关闭，上供气单元I的入孔b5吸入气体、下供气单元II的出孔a5排出气体，所排出气体再经左进口阀v1和右进口阀v3分别进入左缸腔B1和右缸腔B2，左缸腔B1和右缸腔B2蓄能结束后，左进口阀v1和右进口阀v3关闭；
2)驱动阶段：上供气单元I和下供气单元II工作处于状态下，左进口阀v1和右出口阀v4开启、左出口阀v2和右进口阀v3关闭时活塞f向右运动，左进口阀v1和右出口阀v4关闭、左出口阀v2和右进口阀v3开启时活塞f向左运动；
3)定位及保持阶段：活塞f运动到预定位置后，左进口阀v1、左出口阀v2、右进口阀v3和右出口阀v4均关闭，上供气单元I和下供气单元II停止工作。
本发明的自驱式气动装置根据所需的最大驱动力及最大驱动速度确定所含的换能器D的数量，根据具体工况下所需的驱动力及驱动速度确定所同步工作的换能器D的数量；驱动器d由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成，可获得自驱式气动装置的最大驱动力为
Figure GSB0000181700870000031
最大速度为
Figure GSB0000181700870000032
其中，ηq、ηp分别为阀片e的速度和驱动力系数，R、H分别为内泵腔C1及外泵腔C2的半径和高度，hp为压电片d2的厚度，f为激励频率，U0为驱动电压，N为上供气单元I和下供气单元II所含换能器D的总数，A、Ff分别为活塞f的有效面积和滑动摩擦力。

Claims (1)

1.自驱式气动装置，其特征在于：左右端盖安装在壳体的左右两端并与缸腔及活塞共同形成左右缸腔，左右端盖上分别装有左进出口阀和右进出口阀；壳体上下两侧装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的沉腔内，换能器及密封圈与壳体形成内泵腔、与盖板形成外泵腔；盖板将密封环压接在壳体的连通腔内，密封环与壳体及盖板形成缓冲腔；缓冲腔与内泵腔之间、以及两个相邻的内泵腔之间经内通孔和内阀腔连通，最右侧的内泵腔与出孔连通；缓冲腔与外泵腔之间、以及两个相邻的外泵腔之间经外通孔和外阀腔连通，最右侧的外泵腔与进孔连通；内外阀腔内设有阀片；出孔与内泵腔串联成内泵，进孔与外泵腔串联成外泵；壳体上方的内外泵经缓冲腔串联成上供气单元，壳体下方的内外泵经缓冲腔串联成下供气单元；上下供气单元经管路串联，下供气单元的出孔经管路与左右进口阀连接；换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片粘接而成；至少一个换能器中的驱动器含有驱动单元和传感单元；驱动电压为直流电压时，驱动单元变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动。
CN201910191702.5A 2019-03-01 2019-03-01 自驱式气动装置 Active CN110094330B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910191702.5A CN110094330B (zh) 2019-03-01 2019-03-01 自驱式气动装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910191702.5A CN110094330B (zh) 2019-03-01 2019-03-01 自驱式气动装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110094330A CN110094330A (zh) 2019-08-06
CN110094330B true CN110094330B (zh) 2020-06-02

Family

ID=67443033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910191702.5A Active CN110094330B (zh) 2019-03-01 2019-03-01 自驱式气动装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110094330B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1623740A (zh) * 2004-12-13 2005-06-08 华中科技大学 双晶片微夹钳
CN102691693A (zh) * 2012-05-23 2012-09-26 浙江师范大学 一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸
CN102691694A (zh) * 2012-05-23 2012-09-26 浙江师范大学 一种自驱动的精密步进式液压动力装置
CN106014907A (zh) * 2016-06-15 2016-10-12 浙江师范大学 一种压电晶片振子驱动的柱塞泵
CN106443054A (zh) * 2016-06-15 2017-02-22 浙江师范大学 一种管道流流速监测仪
CN108035869A (zh) * 2018-01-10 2018-05-15 浙江师范大学 一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1623740A (zh) * 2004-12-13 2005-06-08 华中科技大学 双晶片微夹钳
CN102691693A (zh) * 2012-05-23 2012-09-26 浙江师范大学 一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸
CN102691694A (zh) * 2012-05-23 2012-09-26 浙江师范大学 一种自驱动的精密步进式液压动力装置
CN106014907A (zh) * 2016-06-15 2016-10-12 浙江师范大学 一种压电晶片振子驱动的柱塞泵
CN106443054A (zh) * 2016-06-15 2017-02-22 浙江师范大学 一种管道流流速监测仪
CN108035869A (zh) * 2018-01-10 2018-05-15 浙江师范大学 一种非共振式自适应可换向微型压电泵装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110094330A (zh) 2019-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103899518B (zh) 基于压电陶瓷驱动的数字液压泵
CN102691693B (zh) 一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸
CN201705743U (zh) 大行程精密步进驱动器
CN102691694B (zh) 一种自驱动的精密步进式液压动力装置
CN103671462B (zh) 基于并联柔顺机构的压电无阀微泵吸盘
CN101354052A (zh) 压电液压直线马达
CN109899328B (zh) 一种压电驱动式液压马达
CN110094330B (zh) 自驱式气动装置
WO2021043249A1 (zh) 一种压电驱动装置及设备
CN101324227A (zh) 一种高频四联组合液压泵及控制方法
CN112081729B (zh) 一种带滑阀的谐振式压电叠堆泵
CN109812454B (zh) 一种自驱动气缸
CN109854567B (zh) 一种液压驱动器
CN109869360B (zh) 便携式纯水液压系统
CN109764024B (zh) 一种气缸
CN109826842B (zh) 一种自驱动液压缸
CN110094384B (zh) 一种自供气气缸
CN109723628B (zh) 一种压电叠堆泵
CN109723629B (zh) 一种压电晶片泵
CN108843639B (zh) 一种压电陶瓷式射流管阀阀组
CN109882470B (zh) 一种步进式气缸
CN109882381B (zh) 一种双振子驱动的自激泵
CN109882387B (zh) 一种压电气体泵
CN202579445U (zh) 一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸
CN201250820Y (zh) 压电液压直线马达

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 321100 Xingzhi college, Zhejiang Normal University, 3388 Yingbin Avenue, Lanxi City, Zhejiang Province

Applicant after: ZHEJIANG NORMAL University

Address before: 321004 Wucheng Yingbin Road, Jinhua,, Zhejiang Normal University, No. 688

Applicant before: ZHEJIANG NORMAL University

CB02 Change of applicant information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Jiang Yonghua

Inventor after: Liu Panpan

Inventor after: Liu Lele

Inventor after: Kan Junwu

Inventor after: Zheng Jiajia

Inventor after: Liang Cheng

Inventor after: Zeng Ping

Inventor before: Zheng Jiajia

Inventor before: Liang Cheng

Inventor before: Liu Panpan

Inventor before: Liu Lele

Inventor before: Kan Junwu

Inventor before: Zeng Ping

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240621

Address after: 230000 b-1018, Woye Garden commercial office building, 81 Ganquan Road, Shushan District, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: HEFEI WISDOM DRAGON MACHINERY DESIGN Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: Xingzhi College, Zhejiang Normal University, No. 3388 Yingbin Avenue, Lanxi City, Zhejiang Province, 321100

Patentee before: ZHEJIANG NORMAL University

Country or region before: China