CN110762067B - 一种用于回转关节的平衡执行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于回转关节的平衡执行器，包括缸头、缸尾和活塞杆，其特征在于：所述活塞杆的一端设置有活塞，所述活塞杆设置在缸尾的内部，且活塞杆的一端穿过缸头的外壁，所述缸尾的内壁与活塞相接触，所述缸头的内部开设有油路通道，所述缸头的一侧对应通过螺栓固定有蓄能器，且蓄能器与缸头的内部油路通道相贯通，两个所述蓄能器的出油口均通过油路连接有单向阀，两个所述单向阀的一端分别通过油路连接有第一充压口和第二充压口，所述第一充压口和第二充压口分别位于缸头的两个相邻侧壁，两个所述蓄能器的出油口还通过油路连接有防爆阀，两个所述防爆阀的一端相连接，本发明，具有耗能低和出力可监控的特点。

Description

一种用于回转关节的平衡执行器
技术领域
本发明涉及自动化设备技术领域，具体为一种用于回转关节的平衡执行器。
背景技术
平衡执行器是一种无动力源的省力装置，广泛应用于自动化设备的回转关节，如关节型工业机器人，往往在第二轴的位置添加平衡液压缸、平衡气缸、平衡弹簧缸，以达到省力的目的。
现有工业机器人上所用的平衡液压缸、平衡气缸及平衡弹簧都存在出力不可监控、出力不可调节、通用性差等不足，尤其是使用一段时间后，这类平衡缸会存在出力损耗，即实际出力会偏低于设计值，若直接应用于游乐设备，则会存在较大的安全隐患。因此，设计耗能低和出力可监控的一种用于回转关节的平衡执行器是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于回转关节的平衡执行器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于回转关节的平衡执行器，包括缸头、缸尾和活塞杆，其特征在于：所述活塞杆的一端设置有活塞，所述活塞杆设置在缸尾的内部，且活塞杆的一端穿过缸头的外壁，所述缸尾的内壁与活塞相接触，所述缸头的内部开设有油路通道，所述缸头的一侧对应通过螺栓固定有蓄能器，且蓄能器与缸头的内部油路通道相贯通，蓄能器是本执行器的储能装置，采用隔膜式气囊设计，工作气体为氮气，当活塞杆被拉出时，系统压力瞬间增大，蓄能器便吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常，当平衡执行器的活塞杆缩回时，系统压力降低，蓄能器便开始释放储存的能量，从而实时保证系统压力稳定，无需动力源，减少能源消耗；缸尾内的活塞杆腔内置密封原件，与外部空气隔绝，为液压油的工作区域，缸尾另一边为无杆腔。
进一步的，两个所述蓄能器的出油口均通过油路连接有单向阀，两个所述单向阀的一端分别通过油路连接有第一充压口和第二充压口，所述第一充压口和第二充压口分别位于缸头的两个相邻侧壁，第一充压口和第二充压口的出口处安装有堵头，正常使用时将堵头安装上，充压时将堵头取下，通过胶管连接至此充压口，将胶管另一头连接至油压泵，油压泵由电机驱动提供油压，启动电机，缓慢增加压力至设定值，液压油通过两个充压口的任意一个完成液压油充压后，在液压油的作用下活塞杆会运行到无杆腔的最末端位置，此时，平衡执行器将处于平衡状态，随着活塞杆运动内腔压力将会发生变化，两个充压口安装在缸头相邻侧以解决不同工况下，由于空间的限制，导致某些姿态无法完成顺利充液的情况。
进一步的，两个所述蓄能器的出油口还通过油路连接有防爆阀，两个所述防爆阀的一端相连接，且两者共同连接有溢流阀，当出现异常情况导致内部压力过高时，防爆阀通过压差切换液压油路的方式保护蓄能器及其他液压元件，保证设备安全、可靠地运行，当系统内腔压力过大时，溢流阀能及时完成卸压工作，保证平衡执行器内部元件不被损坏。
进一步的，所述溢流阀的一端通过油路连接有第一空气过滤器，所述缸尾的无杆腔通过油路连接有第二空气过滤器，无杆腔与外部空气相通，用于平衡活塞杆运动时缸尾内外压差，空气过滤器用于在活塞运动时隔绝缸尾和缸头与外部环境粉尘，保证平衡执行器内部元件清洁、无污染。
进一步的，所述蓄能器的出口端与单向阀之间通过油路连接有压力表，通过压力表的压力数据，可实时反映平衡执行器的内部压力变化，设备检修人员可及时发现设备的出力损耗问题，并及时补偿充压，从而保证设备可靠、安全运行，压力表不限于的指针型压力表，可根据实际使用选配电子压力表，电子压力表可将压力信号反馈给总控制系统，从而实现压力的自动监控。
进一步的，两个所述防爆阀的一端分别通过油路连接有泄流口，所述泄流口对应开设于缸头的两侧，泄流口的出口处同样设置有堵头，正常使用时堵头密封，需要清洁或更换液压油时，将堵头拧下，排空内部液压油。
进一步的，所述缸头的内部油路通道贯通连接有测压接头，测压接头型号采用M16×2，用于释放压力，当充压口充压高过设计值时，可是用胶管与M16×2测压接头直接连接，将多余的液压油释放掉。
进一步的，所述缸头与缸尾的连接处通过密封螺纹固定有油缸锁紧环，所述油缸锁紧环套接在缸尾的外部，油缸锁紧环采用无油衬套的接头，无油衬套用高力黄铜加工制造，其良好的耐磨性能极大延长平衡执行器的使用寿命。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
（1）通过设置有蓄能器，可实现在无动力源的情况下，做出对相应活动关节出力的实时补偿，达到降低活动关节驱动电机的功率消耗的目的，适用于各种回转关节场合，通用性强；
（2）通过设置有压力表，可以实时反映平衡执行器的内部压力变化，设备检修人员可及时发现设备的出力损耗问题，并及时补偿充压，从而保证设备可靠、安全运行；
（3）通过设置有溢流阀，当出现异常情况内部压力过高时，通过溢流稳压有效保护平衡执行器，通过设置有防爆阀，当出现异常情况导致内部压力过高时，可及时保护蓄能器不被损坏；通过设置有测压接头，当充压口充压高过设计值时，可是用胶管与测压接头直接连接，将多余的液压油释放掉，提高了安全性能；
（4）通过设计有两处充压口，外接油压泵给平衡器补充压力，以解决不同工况下，由于空间的限制，导致某些姿态无法完成顺利充液的情况；
（5）通过在缸头位置设置泄流口，用于需要时，排空内部液压油，便于清洁和更换液压油；
（6）通过在缸头和缸尾设置空气过滤器，可以隔绝外部环境粉尘，保证平衡执行器内部元件清洁、无污染。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的液压系统原理图；
图3是本发明的整体正视结构示意图；
图4是本发明的图3中K-K视角剖视图；
图5是本发明的图3中U-U视角剖视图；
图6是本发明的图3中H-H视角剖视图；
图中：1、缸头；2、缸尾；11、第一空气过滤器；12、泄流口；13、防爆阀；141、第一充压口；142、第二充压口；15、测压接头；16、单向阀；21、第二空气过滤器；22、油缸锁紧环；3、压力表；4、溢流阀；5、活塞杆；51、活塞；6、蓄能器。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图4，本发明提供技术方案：一种用于回转关节的平衡执行器，包括缸头1、缸尾2和活塞杆5，其特征在于：活塞杆5的一端设置有活塞51，活塞杆5设置在缸尾2的内部，且活塞杆5的一端穿过缸头1的外壁，缸尾2的内壁与活塞51相接触，缸头1的内部开设有油路通道，缸头1的一侧对应通过螺栓固定有蓄能器6，且蓄能器6与缸头1的内部油路通道相贯通，蓄能器6是本执行器的储能装置，采用隔膜式气囊设计，工作气体为氮气，当活塞杆5被拉出时，系统压力瞬间增大，蓄能器6便吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常，当平衡执行器的活塞杆5缩回时，系统压力降低，蓄能器6便开始释放储存的能量，从而实时保证系统压力稳定，无需动力源，减少能源消耗；缸尾2内的活塞杆腔内置密封原件，与外部空气隔绝，为液压油的工作区域，缸尾2另一边为无杆腔；
如1和图2，两个蓄能器6的出油口均通过油路连接有单向阀16，两个单向阀16的一端分别通过油路连接有第一充压口141和第二充压口142，第一充压口141和第二充压口142分别位于缸头1的两个相邻侧壁，第一充压口141和第二充压口142的出口处安装有堵头，正常使用时将堵头安装上，充压时将堵头取下，通过胶管连接至此充压口，将胶管另一头连接至油压泵，油压泵由电机驱动提供油压，启动电机，缓慢增加压力至设定值，液压油通过两个充压口的任意一个完成液压油充压后，在液压油的作用下活塞杆5会运行到无杆腔的最末端位置，此时，平衡执行器将处于平衡状态，随着活塞杆5运动内腔压力将会发生变化，两个充压口安装在缸头1相邻侧以解决不同工况下，由于空间的限制，导致某些姿态无法完成顺利充液的情况；
如图1和图2，两个蓄能器6的出油口还通过油路连接有防爆阀13，两个防爆阀13的一端相连接，且两者共同连接有溢流阀4，当出现异常情况导致内部压力过高时，防爆阀13通过压差切换液压油路的方式保护蓄能器6及其他液压元件，保证设备安全、可靠地运行，当系统内腔压力过大时，溢流阀4能及时完成卸压工作，保证平衡执行器内部元件不被损坏；
如图1、图2和图4，溢流阀4的一端通过油路连接有第一空气过滤器11，缸尾2的无杆腔通过油路连接有第二空气过滤器21，无杆腔与外部空气相通，用于平衡活塞杆运动时缸尾内外压差，空气过滤器21用于在活塞运动时隔绝缸尾2和缸头1与外部环境粉尘，保证平衡执行器内部元件清洁、无污染；
如图1、图2和图6，蓄能器6的出口端与单向阀16之间通过油路连接有压力表3，通过压力表3的压力数据，可实时反映平衡执行器的内部压力变化，设备检修人员可及时发现设备的出力损耗问题，并及时补偿充压，从而保证设备可靠、安全运行，压力表3不限于的指针型压力表，可根据实际使用选配电子压力表，电子压力表可将压力信号反馈给总控制系统，从而实现压力的自动监控；
如图1、图2和图4，两个防爆阀13的一端分别通过油路连接有泄流口12，泄流口12对应开设于缸头1的两侧，泄流口12的出口处同样设置有堵头，正常使用时堵头密封，需要清洁或更换液压油时，将堵头拧下，排空内部液压油；
如图1、图2和图6，缸头1的内部油路通道贯通连接有测压接头15，测压接头型号采用M16×2，用于释放压力，当充压口充压高过设计值时，可是用胶管与M16×2测压接头直接连接，将多余的液压油释放掉；
如图4，缸头1与缸尾2的连接处通过密封螺纹固定有油缸锁紧环22，油缸锁紧环22套接在缸尾2的外部，油缸锁紧环22采用无油衬套的接头，无油衬套用高力黄铜加工制造，其良好的耐磨性能极大延长平衡执行器的使用寿命。
工作原理：当使用该平衡执行器时，蓄能器6是本执行器的储能装置，采用隔膜式气囊设计，工作气体为氮气，当活塞杆5被拉出时，系统压力瞬间增大，蓄能器6便吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常，当平衡执行器的活塞杆5缩回时，系统压力降低，蓄能器6便开始释放储存的能量，从而实时保证系统压力稳定，无需动力源，减少能源消耗；缸尾2内的活塞杆腔内置密封原件，与外部空气隔绝，为液压油的工作区域，缸尾2另一边为无杆腔；正常使用时将堵头安装上，充压时将堵头取下，通过胶管连接至此充压口，将胶管另一头连接至油压泵，油压泵由电机驱动提供油压，启动电机，缓慢增加压力至设定值，液压油通过两个充压口的任意一个完成液压油充压后，在液压油的作用下活塞杆5会运行到无杆腔的最末端位置，此时，平衡执行器将处于平衡状态，随着活塞杆5运动内腔压力将会发生变化，两个充压口安装在缸头1相邻侧以解决不同工况下，由于空间的限制，导致某些姿态无法完成顺利充液的情况；当出现异常情况导致内部压力过高时，防爆阀13通过压差切换液压油路的方式保护蓄能器6及其他液压元件，保证设备安全、可靠地运行，当系统内腔压力过大时，溢流阀4能及时完成卸压工作，保证平衡执行器内部元件不被损坏；无杆腔与外部空气相通，用于平衡活塞杆运动时缸尾内外压差，空气过滤器21用于在活塞运动时隔绝缸尾2和缸头1与外部环境粉尘，保证平衡执行器内部元件清洁、无污染；通过压力表3的压力数据，可实时反映平衡执行器的内部压力变化，设备检修人员可及时发现设备的出力损耗问题，并及时补偿充压，从而保证设备可靠、安全运行，压力表3不限于的指针型压力表，可根据实际使用选配电子压力表，电子压力表可将压力信号反馈给总控制系统，从而实现压力的自动监控；泄流口12的出口处同样设置有堵头，正常使用时堵头密封，需要清洁或更换液压油时，将堵头拧下，排空内部液压油；测压接头型号采用M16×2，用于释放压力，当充压口充压高过设计值时，可是用胶管与M16×2测压接头直接连接，将多余的液压油释放掉；油缸锁紧环22采用无油衬套的接头，无油衬套用高力黄铜加工制造，其良好的耐磨性能极大延长平衡执行器的使用寿命。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)

1.一种用于回转关节的平衡执行器，包括缸头(1)、缸尾(2)和活塞杆(5)，其特征在于：所述活塞杆(5)的一端设置有活塞(51)，所述活塞杆(5)设置在缸尾(2)的内部，且活塞杆(5)的一端穿过缸头(1)的外壁，所述缸尾(2)的内壁与活塞(51)相接触，所述缸头(1)的内部开设有油路通道，所述缸头(1)的一侧对应通过螺栓固定有蓄能器(6)，且蓄能器(6)与缸头(1)的内部油路通道相贯通，两个所述蓄能器(6)的出油口均通过油路连接有单向阀(16)，两个所述单向阀(16)的一端分别通过油路连接有第一冲压口(141)和第二冲压口(142)，所述第一冲压口(141)和第二冲压口(142)分别位于缸头(1)的两个相邻侧壁；
两个所述蓄能器(6)的出油口还通过油路连接有防爆阀(13)，两个所述防爆阀(13)的一端相连接，且两者共同连接有溢流阀(4)；
所述缸头(1)的内部油路通道贯通连接有测压接头(15)。
2.根据权利要求1所述的一种用于回转关节的平衡执行器，其特征在于：所述溢流阀(4)的一端通过油路连接有第一空气过滤器(11)，所述缸尾(2)的无杆腔通过油路连接有第二空气过滤器(21)。
3.根据权利要求1所述的一种用于回转关节的平衡执行器，其特征在于：所述蓄能器(6)的出口端与单向阀(16)之间通过油路连接有压力表(3)。
4.根据权利要求1所述的一种用于回转关节的平衡执行器，其特征在于：两个所述防爆阀(13)的一端分别通过油路连接有泄流口(12)，所述泄流口(12)对应开设于缸头(1)的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种用于回转关节的平衡执行器，其特征在于：所述缸头(1)与缸尾(2)的连接处通过密封螺纹固定有油缸锁紧环(22)，所述油缸锁紧环(22)套接在缸尾(2)的外部。
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