CN111810463B - 一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人液压控制技术领域，且公开了一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，包括壳体，所述壳体的顶部贯穿安装有充气阀，所述充气阀的顶部固定套接有阀防护罩，所述充气阀的底部固定连接有皮囊，所述皮囊的底部活动安装有位于壳体内壁上套接有密封圈的第一隔盘，所述第一隔盘的下表面固定连接有第二隔盘。该基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，通过在皮囊的底部设置有与壳体内壁活动连接密封结构，通过该密封结构将皮囊与充进壳体内的油液进行彻底的分离，这样就基本避免了皮囊与油液的接触，有效的解决了皮囊长期与油液接触产生的油液腐蚀以及油液中的微小的固体杂质对皮囊的冲击损伤，提高了皮囊的使用寿命。

Description

一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器

技术领域

本发明涉及机器人液压控制技术领域，具体为一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器。

背景技术

现有的四足机器人都是通过每个腿上的三个自由度(从上到下分别是髋侧摆关节、髋纵摆关节和膝关节)的调节配合来实现行走的，为了实现每个自由度并且结合考虑到设备的节能，在腿上都安装了一种基于两级供能及负载口独立阀控制的液压系统，并且液压系统中液压驱动单元是基于液压两级油源中的蓄能器进行辅助供能的，蓄能器可以分为皮囊式、活塞式和隔膜式三种，其中隔膜式蓄能器容积较小，一般用在先导回路中，皮囊式蓄能器和活塞式蓄能器都能够作为辅助动力源，但是结合皮囊式蓄能器固有频率高、惯性小、反应迅速等优点，所以适合在响应频率较高的场合，所以皮囊式蓄能器更适用与四足机器人的液压辅助供能系统中，但是现有的皮囊式蓄能器在使用中始终存在以下问题：

1.现有的皮囊式蓄能器由于其皮囊材质是橡胶的，并且皮囊式蓄能器在工作时皮囊式长时间与油液接触，这样皮囊式蓄能器中的皮囊会由于本身的质量寿命差异、流体介质中微小的固体杂质惯性冲击以及流体的腐蚀等因素都会导致皮囊发生破裂，并且皮囊一旦发生破裂，皮囊中充有的氮气会迅速的在短时间内与由于大量混合，大量气泡进入油液中，这样就使得皮囊蓄能器突然失效，并且会导致系统事故，影响液压系统的正常运作。

2.现有的四足机器人中皮囊式蓄能器的最低工作压力为10MPa，这样即使在最低压力的状态下工作这种工作时产生的压强也是很大的，而皮囊式蓄能器中的油液都是通过菌型阀的开合来实现其中油液的流通，而当蓄能器释放其中的油液时，由于其巨大的工作压强，会使得菌型阀在释放油液的过程中由于过大的压强导致菌型阀提前关闭，这样就会使得皮囊式蓄能器无法提供辅助要求的工作压力，使得液压系统失效，并且提前关闭的菌型阀也会使得其中的由于无法完全排出，导致壳体内部存在回液，这样回液在晃动过程中也会和皮囊向接触，增加皮囊的破损速度，从而影响装置的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，具备工作性能稳定、使用寿命长的优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，包括壳体，所述壳体的顶部贯穿安装有充气阀，所述充气阀的顶部固定套接有阀防护罩，所述充气阀的底部固定连接有皮囊，所述皮囊的底部活动安装有位于壳体内壁上套接有密封圈的第一隔盘，所述第一隔盘的下表面固定连接有第二隔盘，所述第二隔盘下表面的中心固定安装有推筒，所述壳体的底部贯穿固定安装有油液流通环，所述油液流通环的顶部内圈开设有密封凹面，所述油液流通环的内部固定安装有固定座，所述固定座为圆环状且圆环上以固定座的圆心为中心环形等间距开设有通槽，所述固定座的内环内壁的中部开设有锁槽，所述固定座的内环活动连接有推杆，所述推杆的内部开设有与锁槽位置相对应的内凹槽，所述内凹槽内部的两侧贯穿固定安装有固定轴，所述推杆内部的中心开设有圆槽，所述圆槽内部活动连接有推针，所述推针外壁的两侧分别对称固定安装有旋转连接座，所述旋转连接座上通过固定转轴活动连接有中间套杆，所述中间套杆的中部活动套接在固定轴上，所述锁槽内部活动连接有锁条，所述中间套杆的一端活动安装在锁条一端的固定转轴上，所述推杆的外部活动套接有第一复位弹簧，所述推杆的顶端固定安装有第一菌型阀，所述推针的顶部固定安装有第二菌型阀，所述壳体内壁的底部固定安装有橡胶拖环。

优选的，所述密封圈为橡胶材质，所述密封圈在安装状态下时处于紧压壳体内壁状态。

优选的，所述通流孔在蓄能器充有油的状态下其下表面到第一菌型阀上表面之间的距离等于第二隔盘对第二菌型阀的最终下压量与第二隔盘下表面到第一菌型阀上表面的距离之和。

优选的，所述第二隔盘为倒置的凸圆柱台，且下凸台的侧面固定安装有环形的刮片，所述刮片是具有弹性的金属片，所述壳体内壁的侧面环形安装有与刮片数量和位置向对应的挡环，所述挡环的最低端位于壳体侧面直线部分的最底端。

优选的，所述推筒的下部环形等间距开设有通流孔。

优选的，所述中间套杆为两端开设有圆孔且中间开设有长条状的通槽，所述旋转连接座在下移到内凹槽内壁的下表面时中间套杆刚好可以绕着固定轴将锁条从锁槽中完全拔出。

本发明具备以下有益效果：

1、该基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，通过在皮囊的底部设置有与壳体内壁活动连接密封结构，通过该密封结构将皮囊与充进壳体内的油液进行彻底的分离，这样就基本避免了皮囊与油液的接触，有效的解决了皮囊长期与油液接触产生的油液腐蚀以及油液中的微小的固体杂质对皮囊的冲击损伤，提高了皮囊的使用寿命，并且该密封装置在皮囊破碎的时候还能够很好的隔绝皮囊内部泄漏处的气体与油液，避免两者发生大量混合，使得皮囊即使破裂该蓄能器也不会瞬间失去作用，而是借助气体对密封装置的推动来实现皮囊的正常工作，有效的解决了皮囊破碎的突发状况。

2、该基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，通过在推杆的中心活动设置有锁扣机构，使得锁扣机构与通槽之间在第二隔盘的下表面未接触到第二菌型阀的上表面之前第一菌型阀都不会由于蓄能器工作时的过大的压强导致第一菌型阀提前关闭的情况，能够很好的保证内部的油液充分的借助上部皮囊的压力进入到液压系统中做功，而当第二隔盘的下表面与第二菌型阀接触时，推动第二菌型阀向下移动才会将锁扣解开，之后第二菌型阀才能往下移动实现关闭，这样就进一步保证了其中的油液的完全排出，保证了皮囊式蓄能器的正常工作。

附图说明

图1为本发明结构剖视示意图；

图2为本发明结构固定座示意图；

图3为本发明结构图1中A处放大示意图；

图4为本发明结构图1中B处放大示意图。

图中：1、壳体；2、充气阀；3、阀防护罩；4、皮囊；5、第一隔盘；6、密封圈；7、第二隔盘；8、推筒；9、油液流通环；10、密封凹面；11、固定座；12、通槽；13、锁槽；14、推杆；15、内凹槽；16、固定轴；17、圆槽；18、推针；19、旋转连接座；20、中间套杆；21、锁条；22、第一复位弹簧；23、第一菌型阀；24、第二菌型阀；25、刮片；26、挡环；27、通流孔；28、橡胶拖环；29、第二复位弹簧。

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1-4，一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，包括壳体1，壳体1的顶部贯穿安装有充气阀2，充气阀2的顶部固定套接有阀防护罩3，充气阀2的底部固定连接有皮囊4，皮囊4的底部活动安装有位于壳体1内壁上套接有密封圈6的第一隔盘5，第一隔盘5的下表面固定连接有第二隔盘7，第二隔盘7下表面的中心固定安装有推筒8，壳体1的底部贯穿固定安装有油液流通环9，油液流通环9的顶部内圈开设有密封凹面10，油液流通环9的内部固定安装有固定座11，固定座11为圆环状且圆环上以固定座11的圆心为中心环形等间距开设有通槽12，固定座11的内环内壁的中部开设有锁槽13，固定座11的内环活动连接有推杆14，推杆14的内部开设有与锁槽13位置相对应的内凹槽15，内凹槽15内部的两侧贯穿固定安装有固定轴16，推杆14内部的中心开设有圆槽17，圆槽17内部活动连接有推针18，推针18外壁的两侧分别对称固定安装有旋转连接座19，旋转连接座19上通过固定转轴活动连接有中间套杆20，中间套杆20的中部活动套接在固定轴16上，锁槽13内部活动连接有锁条21，中间套杆20的一端活动安装在锁条21一端的固定转轴上，推杆14的外部活动套接有第一复位弹簧22，推杆14的顶端固定安装有第一菌型阀23，推针18的顶部固定安装有第二菌型阀24，壳体1内壁的底部固定安装有橡胶拖环28。

其中，密封圈6为橡胶材质，密封圈6在安装状态下时处于紧压壳体1内壁状态，由于橡胶材质具有弹性，这样在安装上密封圈6之后使得密封圈6能够紧压壳体1的内壁，很好的保证了密封圈6对于皮囊4与下部油液的密封性，保证了皮囊4尽可能的不与油液接触，降低了油液对皮囊4的腐蚀损耗，提高了皮囊4的使用寿命，并且在皮囊4破裂时，也可以利用该密封结构实现对油液和气的隔离，避免油液和气的大量混合导致蓄能器失效从而发生系统事故的情况，不仅可以保证短时间内的蓄能器的工作可行性，之后还可以根据后续的传感器对系统压力的实时检测来发现该蓄能器的压力慢慢下降，从而便于对该部位的蓄能器进行检查。

其中，通流孔27在蓄能器充有油的状态下其下表面到第一菌型阀23上表面之间的距离等于第二隔盘7对第二菌型阀24的最终下压量与第二隔盘7下表面到第一菌型阀23上表面的距离之和，这样能够保证该蓄能器在释放油液时能够先让第二隔盘7与第二菌型阀24发生接触，使得第二隔盘7下压第二菌型阀24打开锁扣结构，锁扣解够打开后第一菌型阀23放可继续通过推筒8对第一菌型阀23上表面的压力来实现对第一菌型阀23的下压，这样保证了在释放油液的过程中不会因为油液的压强过大导致油液提前推动第一菌型阀23关闭，避免了油液存油的现象，结合了密封结构，很好的保护了皮囊4不与油液接触，进一步降低了皮囊4的油液腐蚀，提高了皮囊4的使用寿命。

其中，第二隔盘7为倒置的凸圆柱台，且下凸台的侧面固定安装有环形的刮片25，刮片25是具有弹性的金属片，壳体1内壁的侧面环形安装有与刮片25数量和位置向对应的挡环26，挡环26的最低端位于壳体1侧面直线部分的最底端，这样利用刮片25的刮削作用，在蓄能器充油后进行油液的释放过程中，能够很好的将壳体1内壁上粘附的油液进行刮除，而且由于在释放油液的过程中皮囊4是趋于膨胀的，所以刮除掉壳体1内壁上的油液能够很好的降低皮囊4与油液的接触，从而进一步保证了皮囊4的使用寿命，结合刮片25在下移的过程中会与挡环26相互接触，当刮片25与挡环26接触时，会使得弹性的刮片25发生弯折形变，这样就能够使得刮片25在弯折的过程中将其上部的刮片25刮取下来的油液进行排出，这样既保证了油液的充分排出，也提高了下次循环过程中刮片25对油液的刮取效果。

其中，推筒8的下部环形等间距开设有通流孔27，由于在释放蓄能器中的油液时，油液会充满整个推筒8的内腔，而推筒8又需要与第一菌型阀23进行接触来实现对第一菌型阀23的下压关闭操作，所以通过开设通流孔27来使得其中的油液能够流出，避免其中的油液在下部产生存油现象，同时也提高了油液的使用率，提高液压系统的工作可靠性。

其中，中间套杆20为两端开设有圆孔且中间开设有长条状的通槽，旋转连接座19在下移到内凹槽15内壁的下表面时中间套杆20刚好可以绕着固定轴16将锁条21从锁槽13中完全拔出，这样当推针18带动旋转连接座19下移到最大距离时，能够使得锁槽13脱离固定座11，从而打开固定座11与推杆14之间的锁扣结构，这样就能实现对第一菌型阀23的下压，并且也能保证在锁扣结构为打开之前的排油过程中不会由于压强过大导致第一菌型阀23提前关闭而使得液压系统无法正常工作的情况发生，大大提高了该皮囊蓄能器的可靠性。

工作前，通过充气阀2外界气体源向皮囊4中充入一定量的气体，工作时，当需要该蓄能器进行储能时，第一复位弹簧22外界的油液泵会向第一复位弹簧22中出入油液，油液通过通槽12穿过密封凹面10进入到壳体1下半部分，随着油液的增多，油液顶着第二隔盘7以及第一隔盘5向上移动，过程中，第一复位弹簧22和第二复位弹簧29相继复位，推筒8的底部先离开第一菌型阀23的上表面，随着第二隔盘7的继续上升，第二隔盘7与第二菌型阀24接触面相继脱离，油液顶着第一隔盘5继续上移，使得第一隔盘5的上表面与皮囊4底部接触，继续上移，当皮囊4中的气体压力与第二隔盘7下半部分的油液压力相等时外部油液泵停止供油，蓄能器处于平衡状态，当需要释放油液去补充液压系统中的压力时，所有步骤与蓄能器充油时的步骤相反，其中当第二隔盘7的下表面下移接触到第二菌型阀24上表面时，第二菌型阀24推动推针18下移，推针18带动旋转连接座19下移，旋转连接座19下移带动其上套接的中间套杆20绕着固定轴16旋转移动，中间套杆20的另一端也绕着固定轴16移动，带动锁条21抽出锁槽13，从而实现对通槽12的解锁。

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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体（1）的顶部贯穿安装有充气阀（2），所述充气阀（2）的顶部固定套接有阀防护罩（3），所述充气阀（2）的底部固定连接有皮囊（4），所述皮囊（4）的底部活动安装有位于壳体（1）内壁上套接有密封圈（6）的第一隔盘（5），所述第一隔盘（5）的下表面固定连接有第二隔盘（7），所述第二隔盘（7）下表面的中心固定安装有推筒（8），所述推筒（8）的下部环形等间距开设有通流孔（27），所述壳体（1）的底部贯穿固定安装有油液流通环（9），所述油液流通环（9）的顶部内圈开设有密封凹面（10），所述油液流通环（9）的内部固定安装有固定座（11），所述固定座（11）为圆环状且圆环上以固定座（11）的圆心为中心环形等间距开设有通槽（12），所述固定座（11）的内环内壁的中部开设有锁槽（13），所述固定座（11）的内环活动连接有推杆（14），所述推杆（14）的内部开设有与锁槽（13）位置相对应的内凹槽（15），所述内凹槽（15）内部的两侧贯穿固定安装有固定轴（16），所述推杆（14）内部的中心开设有圆槽（17），所述圆槽（17）内部活动连接有推针（18），所述推针（18）外壁的两侧分别对称固定安装有旋转连接座（19），所述旋转连接座（19）上通过固定转轴活动连接有中间套杆（20），所述中间套杆（20）的中部活动套接在固定轴（16）上，所述锁槽（13）内部活动连接有锁条（21），所述中间套杆（20）的一端活动安装在锁条（21）一端的固定转轴上，所述推杆（14）的外部活动套接有第一复位弹簧（22），所述推杆（14）的顶端固定安装有第一菌型阀（23），所述推针（18）的顶部固定安装有第二菌型阀（24），所述壳体（1）内壁的底部固定安装有橡胶拖环（28）。

2.根据权利要求1所述的一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，其特征在于：所述密封圈（6）为橡胶材质，所述密封圈（6）在安装状态下时处于紧压壳体（1）内壁状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，其特征在于：所述通流孔（27）在蓄能器充有油的状态下其下表面到第一菌型阀（23）上表面之间的距离等于第二隔盘（7）对第二菌型阀（24）的最终下压量与第二隔盘（7）下表面到第一菌型阀（23）上表面的距离之和。

4.根据权利要求1所述的一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，其特征在于：所述第二隔盘（7）为倒置的凸圆柱台，且下凸台的侧面固定安装有环形的刮片（25），所述刮片（25）是具有弹性的金属片，所述壳体（1）内壁的侧面环形安装有与刮片（25）数量和位置向对应的挡环（26），所述挡环（26）的最低端位于壳体（1）侧面直线部分的最底端。

5.根据权利要求1所述的一种基于液压系统功能的皮囊式蓄能器，其特征在于：所述中间套杆（20）为两端开设有圆孔且中间开设有长条状的通槽，所述旋转连接座（19）在下移到内凹槽（15）内壁的下表面时中间套杆（20）刚好可以绕着固定轴（16）将锁条（21）从锁槽（13）中完全拔出。

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