CN112879385A - 基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置 - Google Patents

基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，包含壳体、驱动机构、分压管、作动机构、电磁阀、分流阀、以及第一至第二配流阀；壳体内设有驱动腔、连接腔、中转腔、换向腔和作动腔；作动机构包含作动杆和驱动盘；驱动机构设置在驱动腔内，包含压电叠堆、安装座、传力钢珠、液压位移放大器、驱动活塞和复位弹簧；分压管上设有若干柔性腔组件；柔性腔组件包含短管和端盖，短管一端和分压管垂直密闭联通，另一端和端盖的开口端密闭相连，且短管和端盖之间以氟橡胶膜片隔绝。本发明大幅减小原动件重量，简化了系统结构，提高了一体化作动器的功率密度，能够有效地抑制单柱塞泵出口流量脉动，可增加作动器输出的平稳性和运动精度。

Description

基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置
技术领域
本发明涉及流体动力作动技术领域，尤其涉及一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置。
背景技术
作动器是一种提供驱动力或力矩带动负载运动的动力部件，常用于航空飞行器、行走机械等诸多场合。传统作动器以电-液、电-机械式多见，但一般结构复杂、可靠性低、且体积重量大。主要原因在于，大多均采用电机驱动泵，常规电机较泵体积重量大，却易受环境影响。液压泵为多柱塞泵或齿轮泵，作动器速度调节时采用变频电机或变量柱塞泵均使体积重量无法减轻，采用齿轮泵则又因节流损失导致油温升高，此方案不适于轻型作动器。本发明即面向诸如航空燃油计量阀、飞行器舱门、机器人关节等轻型作动的背景需求而提出，作为机载部件，提供一种可靠性高、结构简单、能耗低、不易受干扰的高压力、稳定供油的被动阀配流单柱塞控电液作动装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，包含壳体、驱动机构、分压管、作动机构、电磁阀、分流阀、以及第一至第二配流阀；
所述壳体内设有驱动腔、连接腔、中转腔、换向腔和作动腔，均为密闭腔体；
所述驱动腔、中转腔、换向腔、作动腔均呈圆柱状；所述连接腔设置在驱动腔和中转腔之间，驱动腔靠近连接腔的一侧设有通孔A、B、C；中转腔上设有通孔D、E、F；换向腔的侧壁上设有相互错开的通孔H、I、J、K、L，且通孔H、通孔I在轴向上的距离等于通孔J、通孔K在轴向上的距离；作动腔在其两端的侧壁上分别设有通孔M、N；
所述分压管固定在所述连接腔内，其两端分别和所述连接腔的两端密闭相连；
所述壳体内设有用于联通通孔A和通孔D的第一流道、用于联通分压管一端和通孔B的第二流道、用于联通分压管另一端和通孔E的第三流道、用于联通通孔C和通孔H的第四流道、用于联通通孔C和通孔L的第五流道、用于联通通孔F和通孔J的第六流道、用于联通通孔I和通孔M的第七流道、用于联通通孔K和通孔N的第八流道；
所述作动机构包含作动杆和驱动盘；
所述驱动盘呈圆盘状、设置在所述驱动腔内，和驱动腔同轴且能够相对驱动腔自由滑动，将驱动腔分割为两个互不联通的密闭腔体；
所述作动腔在靠近通孔M的一端设有供作动杆从外界穿进的通孔O，所述作动杆一端位于外界、另一端从通孔O伸入至驱动腔内和所述驱动盘同轴固连；
所述驱动机构设置在驱动腔内，包含压电叠堆、安装座、传力钢珠、液压位移放大器、驱动活塞和复位弹簧；
所述驱动活塞设置在所述驱动腔内，能够在所述驱动腔内自由滑动；
所述驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间设有环形凸起；所述复位弹簧一端和所述环形凸起相抵、另一端和所述驱动活塞相抵；
所述压电叠堆一端和所述驱动腔远离连接腔的一端固连，另一端和所述安装座固连；
所述传力钢珠固定在所述安装座上；
所述液压位移放大器设置在驱动腔内，其输入端和所述传力钢珠相抵、输出端和所述驱动活塞相抵，用于将压电叠堆产生的位移放大后传递给所述驱动活塞；
所述分压管上设有若干柔性腔组件；所述柔性腔组件包含短管和端盖，其中，所述端盖为一端开口另一端封闭的空心柱体；所述短管两端开口，一端和所述分压管垂直密闭联通，另一端和所述端盖的开口端密闭相连，且短管和端盖之间以氟橡胶膜片隔绝，所述氟橡胶膜片能够朝端盖方向变形；
所述电磁阀设置在所述换向腔内，用于在通电时使得通孔J与通孔K连通、通孔H与通孔I连通，在断电时使得通孔J与通孔I连通、通孔L和通孔K连通；
所述分流阀设置在第一流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第一压力阈值时打开对驱动腔的压力进行快速削减；所述第一配流阀设置在第二流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第二压力阈值时打开；所述第二配流阀设置在第三流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第三压力阈值时打开；
所述驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间的腔体、中转腔、换向腔、作动腔、以及第一至第八流道内均填充有油液。
作为本发明一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置进一步的优化方案，所述分压管内设有阻尼管，用于防止中转腔内的油液压力影响分压管内油液压力。
作为本发明一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置进一步的优化方案，所述驱动腔在压电叠堆处设有用于供冷却介质对压电叠堆进行冷却的环形凹槽P，且壳体在环形凹槽P外设有圆环状的空腔Q和圆环状的空腔R，所述环形凹槽P、空腔Q、空腔R同轴；所述壳体内分别设有联通环形凹槽P一端和空腔Q的第九流道、联通环形凹槽P另一端和空腔R的第十流道、联通空腔Q和外界供外界冷却介质流入的第十一流道、以及空腔R和外界供空腔R中的冷却介质流出的第十二流道。
作为本发明一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置进一步的优化方案，所述作动杆远离驱动盘的一端设有用于和外界固连的连接件。
作为本发明一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置进一步的优化方案，所述作动腔两侧分别设有用于缓冲的缓冲凹槽S、缓冲凹槽T，所述驱动盘一侧设有和所述缓冲凹槽S对应匹配的第一缓冲块、另一侧设有和所述缓冲凹槽T对应匹配的第二缓冲块。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 利用柔性腔组管路实现泵出口流量脉动率大幅衰减的效果，此外分流阀的设置进行吸收较大的流量波峰从而完成辅助流量脉动衰减，由此减小了泵出口处的震荡，也间接大幅度提高了作动器运动的平稳性、精准性和可靠性；
2. 单柱塞设计，可以大幅度简化结构，在一定程度上减轻总重，同时使用电磁换向阀来实现换向工作以及作动器活塞复位的工作；其可满足无独立外置油源的轻型作动需求；
3. 整体结构集成式设计，利用空腔以及分布式结构实现结构内部配流阀以及带有流量脉动衰减器管路的拆装工作。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2 为本发明中分压管的剖视结构示意图；
图3为本发明中对压电叠堆进行冷却的剖视结构示意图；
图4(1)为无负载情况下有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的泵腔出口流量脉动结果对比图；
图4(2)为无负载情况下有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器位移对比图；
图4(3)为无负载情况下有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器速度对比图；
图4(4)为有负载的有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的泵腔出口流量脉动对比图；
图4(5)为有负载的有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器位移对比图；
图4(6)为有负载的有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器速度对比图。
图中，1-壳体，2-压电叠堆，3-安装座，4-传力钢球，5-液压位移放大器，6-驱动活塞，7-复位弹簧，8-通孔C，9-通孔B，10-通孔A，11-第一配流阀，12-分流阀，13-第二配流阀，14-通孔E，15-通孔D，16-通孔F，17-通孔L，18-通孔J，19-通孔H，20-电磁阀，21-通孔I，22-通孔K，23-缓冲凹槽S，24-通孔M，25-第一缓冲块，26-驱动盘，27-第二缓冲块，28-缓冲凹槽T，29-作动杆，30-通孔N，31-分压管，32-短管，33-端盖，34-氟橡胶膜片，35-阻尼管，36-环形空腔Q，37-冷却凹槽P，38-环形空腔，39-第十一流道，40-第十二流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，包含壳体、驱动机构、分压管、作动机构、电磁阀、分流阀、以及第一至第二配流阀；
所述壳体内设有驱动腔、连接腔、中转腔、换向腔和作动腔，均为密闭腔体；
所述驱动腔、中转腔、换向腔、作动腔均呈圆柱状；所述连接腔设置在驱动腔和中转腔之间，驱动腔靠近连接腔的一侧设有通孔A、B、C；中转腔上设有通孔D、E、F；换向腔的侧壁上设有相互错开的通孔H、I、J、K、L，且通孔H、通孔I在轴向上的距离等于通孔J、通孔K在轴向上的距离；作动腔在其两端的侧壁上分别设有通孔M、N；
所述分压管固定在所述连接腔内，其两端分别和所述连接腔的两端密闭相连；
所述壳体内设有用于联通通孔A和通孔D的第一流道、用于联通分压管一端和通孔B的第二流道、用于联通分压管另一端和通孔E的第三流道、用于联通通孔C和通孔H的第四流道、用于联通通孔C和通孔L的第五流道、用于联通通孔F和通孔J的第六流道、用于联通通孔I和通孔M的第七流道、用于联通通孔K和通孔N的第八流道；
所述作动机构包含作动杆和驱动盘；
所述驱动盘呈圆盘状、设置在所述驱动腔内，和驱动腔同轴且能够相对驱动腔自由滑动，将驱动腔分割为两个互不联通的密闭腔体；
所述作动腔在靠近通孔M的一端设有供作动杆从外界穿进的通孔O，所述作动杆一端位于外界、另一端从通孔O伸入至驱动腔内和所述驱动盘同轴固连；
所述驱动机构设置在驱动腔内，包含压电叠堆、安装座、传力钢珠、液压位移放大器、驱动活塞和复位弹簧；
所述驱动活塞设置在所述驱动腔内，能够在所述驱动腔内自由滑动；
所述驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间设有环形凸起；所述复位弹簧一端和所述环形凸起相抵、另一端和所述驱动活塞相抵；
所述压电叠堆一端和所述驱动腔远离连接腔的一端固连，另一端和所述安装座固连；
所述传力钢珠固定在所述安装座上；
所述液压位移放大器设置在驱动腔内，其输入端和所述传力钢珠相抵、输出端和所述驱动活塞相抵，用于将压电叠堆产生的位移放大后传递给所述驱动活塞；
如图2所示，所述分压管上设有若干柔性腔组件；所述柔性腔组件包含短管和端盖，其中，所述端盖为一端开口另一端封闭的空心柱体；所述短管两端开口，一端和所述分压管垂直密闭联通，另一端和所述端盖的开口端密闭相连，且短管和端盖之间以氟橡胶膜片隔绝，所述氟橡胶膜片能够朝端盖方向变形；
所述电磁阀设置在所述换向腔内，用于在通电时使得通孔J与通孔K连通、通孔H与通孔I连通，在断电时使得通孔J与通孔I连通、通孔L和通孔K连通；
所述分流阀设置在第一流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第一压力阈值时打开对驱动腔压力进行快速削减；所述第一配流阀设置在第二流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第二压力阈值时打开；所述第二配流阀设置在第三流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第三压力阈值时打开；
所述驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间的腔体、中转腔、换向腔、作动腔、以及第一至第八流道内均填充有油液。
所述分压管内设有阻尼管，用于防止中转腔内的油液压力影响分压管内油液压力。
如图3所示，所述驱动腔在压电叠堆处设有用于供冷却介质对压电叠堆进行冷却的环形凹槽P，且壳体在环形凹槽P外设有圆环状的空腔Q和圆环状的空腔R，所述环形凹槽P、空腔Q、空腔R同轴；所述壳体内分别设有联通环形凹槽P一端和空腔Q的第九流道、联通环形凹槽P另一端和空腔R的第十流道、联通空腔Q和外界供外界冷却介质流入的第十一流道、以及空腔R和外界供空腔R中的冷却介质流出的第十二流道。
所述作动杆远离驱动盘的一端设有用于和外界固连的连接件。
所述作动腔两侧分别设有用于缓冲的缓冲凹槽S、缓冲凹槽T，所述驱动盘一侧设有和所述缓冲凹槽S对应匹配的第一缓冲块、另一侧设有和所述缓冲凹槽T对应匹配的第二缓冲块。
本发明的工作流程如下：
对压电叠堆施加正弦激励电压，压电叠堆产生形变并通过液压位移放大器放大位移后推动驱动活塞向右移动，而使驱动腔内油液容积减小后压力升高，当该压力达到第一配流阀的阈值时第一配流阀打开，油液进入柔性腔组管路，在较短时间内分流阀打开，使得驱动腔内峰值压力急速减小，至此分流阀与第二配流阀流出的油液流入电磁换向阀入口。通过电磁阀切换，使作动器进油和出油口交换，从而实现作动器反向运动：当电磁阀通电时，通孔J与通孔K连通、通孔H与通孔I连通，油液从通孔K流至通孔N，实现作动筒向右移动；当电磁阀断电时，通孔J与通孔I连通、通孔L和通孔K连通，油液从通孔I流至通孔M，实现作动筒向左移动。
驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间的腔体即为泵腔。
图4(1)为无负载情况下有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的泵腔出口流量脉动结果对比图，流量脉动得到了一定程度的衰减，流量脉动率从300％减至125％，图4(2)为无负载情况下有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器位移对比图，作动器输出位移平稳性得到了有效的提升，作动器响应时间提升100％，图4(3)为无负载情况下有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器速度对比图，调控后的作动器输出速度更为平稳，图4(4)为有负载的有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的泵腔出口流量脉动对比图，流量脉动得到了一定程度的衰减，流量脉动率从230％减至100％，图4(5)为有负载的有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器位移对比图，作动器输出位移平稳性得到了有效的提升，作动器响应时间提升70％，图4(6)为有负载的有无柔性腔组及压峰分流液压阀装置的作动器速度对比图，调控后的作动器输出速度更为平稳。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，其特征在于，包含壳体、驱动机构、分压管、作动机构、电磁阀、分流阀、以及第一至第二配流阀；
所述壳体内设有驱动腔、连接腔、中转腔、换向腔和作动腔，均为密闭腔体；
所述驱动腔、中转腔、换向腔、作动腔均呈圆柱状；所述连接腔设置在驱动腔和中转腔之间，驱动腔靠近连接腔的一侧设有通孔A、B、C；中转腔上设有通孔D、E、F；换向腔的侧壁上设有相互错开的通孔H、I、J、K、L，且通孔H、通孔I在轴向上的距离等于通孔J、通孔K在轴向上的距离；作动腔在其两端的侧壁上分别设有通孔M、N；
所述分压管固定在所述连接腔内，其两端分别和所述连接腔的两端密闭相连；
所述壳体内设有用于联通通孔A和通孔D的第一流道、用于联通分压管一端和通孔B的第二流道、用于联通分压管另一端和通孔E的第三流道、用于联通通孔C和通孔H的第四流道、用于联通通孔C和通孔L的第五流道、用于联通通孔F和通孔J的第六流道、用于联通通孔I和通孔M的第七流道、用于联通通孔K和通孔N的第八流道；
所述作动机构包含作动杆和驱动盘；
所述驱动盘呈圆盘状、设置在所述驱动腔内，和驱动腔同轴且能够相对驱动腔自由滑动，将驱动腔分割为两个互不联通的密闭腔体；
所述作动腔在靠近通孔M的一端设有供作动杆从外界穿进的通孔O，所述作动杆一端位于外界、另一端从通孔O伸入至驱动腔内和所述驱动盘同轴固连；
所述驱动机构设置在驱动腔内，包含压电叠堆、安装座、传力钢珠、液压位移放大器、驱动活塞和复位弹簧；
所述驱动活塞设置在所述驱动腔内，能够在所述驱动腔内自由滑动；
所述驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间设有环形凸起；所述复位弹簧一端和所述环形凸起相抵、另一端和所述驱动活塞相抵；
所述压电叠堆一端和所述驱动腔远离连接腔的一端固连，另一端和所述安装座固连；
所述传力钢珠固定在所述安装座上；
所述液压位移放大器设置在驱动腔内，其输入端和所述传力钢珠相抵、输出端和所述驱动活塞相抵，用于将压电叠堆产生的位移放大后传递给所述驱动活塞；
所述分压管上设有若干柔性腔组件；所述柔性腔组件包含短管和端盖，其中，所述端盖为一端开口另一端封闭的空心柱体；所述短管两端开口，一端和所述分压管垂直密闭联通，另一端和所述端盖的开口端密闭相连，且短管和端盖之间以氟橡胶膜片隔绝，所述氟橡胶膜片能够朝端盖方向变形；
所述电磁阀设置在所述换向腔内，用于在通电时使得通孔J与通孔K连通、通孔H与通孔I连通，在断电时使得通孔J与通孔I连通、通孔L和通孔K连通；
所述分流阀设置在第一流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第一压力阈值时打开对驱动腔压力进行快速削减；所述第一配流阀设置在第二流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第二压力阈值时打开；所述第二配流阀设置在第三流道中，用于在泵腔压力大于等于预设的第三压力阈值时打开；
所述驱动腔在其靠近连接腔的一端和驱动活塞之间的腔体、中转腔、换向腔、作动腔、以及第一至第八流道内均填充有油液。
2.根据权利要求1所述的低脉动大流量单活塞泵一体化作动装置，其特征在于，所述分压管内设有阻尼管，用于防止中转腔内的油液压力影响分压管内油液压力。
3.根据权利要求1所述的基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，其特征在于，所述驱动腔在压电叠堆处设有用于供冷却介质对压电叠堆进行冷却的环形凹槽P，且壳体在环形凹槽P外设有圆环状的空腔Q和圆环状的空腔R，所述环形凹槽P、空腔Q、空腔R同轴；所述壳体内分别设有联通环形凹槽P一端和空腔Q的第九流道、联通环形凹槽P另一端和空腔R的第十流道、联通空腔Q和外界供外界冷却介质流入的第十一流道、以及空腔R和外界供空腔R中的冷却介质流出的第十二流道。
4.根据权利要求1所述的基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，其特征在于，所述作动杆远离驱动盘的一端设有用于和外界固连的连接件。
5.根据权利要求1所述的基于柔性腔组及压峰分流单活塞泵的一体化作动装置，其特征在于，所述作动腔两侧分别设有用于缓冲的缓冲凹槽S、缓冲凹槽T，所述驱动盘一侧设有和所述缓冲凹槽S对应匹配的第一缓冲块、另一侧设有和所述缓冲凹槽T对应匹配的第二缓冲块。
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