CN113586538A - 一种节能双驱动耦合动态作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能双驱动耦合动态作动器，包括做功组件和蓄能组件，做功组件包括活塞杆、第一液压作动器和第二液压作动器，活塞杆设置为第一液压作动器同轴使用的活塞杆，第一液压作动器与第二液压作动器通过管道串联安装，第一液压作动器邻近活塞杆的油腔设置为第一加载缸，第二液压作动器邻近活塞杆的油腔设置为第二加载缸，蓄能组件包括第一蓄能器、第二蓄能器和两个固定架，第一蓄能器和第二蓄能器分别安装在两个固定架上方，第一蓄能器、第一液压作动器、第二蓄能器和第二液压作动器均通过管道互相连接。本发明中对加载缸发生的微小均值力变化进行补充，从而达到总体加载力不变的功能，进而减少能耗。

Description

一种节能双驱动耦合动态作动器
技术领域
本发明涉及作动器技术领域，具体涉及一种节能双驱动耦合动态作动器。
背景技术
在进行力学试验时，由于其试验力需求力值吨位非常大，试验系统的作动器若采用常规方式，即单个大液压作动器在液压油的配合及伺服控制下对试验系统提供试验力，此结构需要油缸的直径、系统阀及流量非常大，因此试验系统的经济性较差，能耗过高。
公开号为CN201779089U的一篇中国发明，其公开了一种一种双蓄能内、外式柱塞油缸，包括双蓄能内、外式柱塞油缸，包括外油缸、油缸盖和外柱塞杆，在外油缸与外柱塞杆之间有油缸腔，外油缸与外柱塞杆的配合处安装外柱塞密封件，所述的外柱塞杆内腔中安装内柱塞杆，外柱塞杆与内柱塞杆之间有外柱塞腔，外柱塞腔通内柱塞杆中的内输油孔，内柱塞杆中的内输油孔接甲油管经控制阀组连通1号蓄能器，油缸腔接乙油管经控制阀组连通2号蓄能器及油泵。如图6所示，其主要特点一是外柱塞杆内腔中安装内柱塞杆；二是采用1号蓄能器和2号蓄能器两组蓄能器，并且两组蓄能器的能量利用电梯下行时油缸柱塞中放出的压力油蓄存能量，全部为免费蓄能，但当电梯上行时，1号蓄能器和2号蓄能器两组蓄能器同时释放能量。
上述现有的油缸与蓄能器配合使用的方式，实现了蓄能器的能量转换的基本作用，但没有对油缸压力精准识别并保持压力控制。为了达到节能的目的，对现有结构改进，需要作动器的结构进行更改，采用两个作动器串联方式，还需要外接蓄能器进行压力补偿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能双驱动耦合动态作动器，以解决上述背景技术中提出的试验系统的经济性较差、能耗过高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种节能双驱动耦合动态作动器，包括做功组件和蓄能组件。
做功组件包括活塞杆、第一液压作动器和第二液压作动器，活塞杆设置为第一液压作动器同轴使用的活塞杆，第一液压作动器与第二液压作动器通过管道串联安装，第一液压作动器邻近活塞杆的油腔设置为第一加载缸，第二液压作动器邻近活塞杆的油腔设置为第二加载缸；
蓄能组件包括第一蓄能器、第二蓄能器和两个固定架，第一蓄能器和第二蓄能器分别安装在两个固定架上方，第一蓄能器、第一液压作动器、第二蓄能器和第二液压作动器均通过管道互相连接。
在本发明的一种实施例中，第一液压作动器一端连接有若干第一油腔管路，若干第一油腔管路共同连接有第一外管路，第一外管路的尾端与第一蓄能器连接。
在本发明的一种实施例中，第二液压作动器一端连接有若干第二油腔管路，若干第二油腔管路共同连接有第二外管路，第二外管路的尾端与第二蓄能器连接。
在本发明的一种实施例中，第一液压作动器和第二液压作动器之间设置有若干溢流管道。
在本发明的一种实施例中，若干溢流管道设置为溢流组件，溢流组件包括第一溢流管、第二溢流管和第三溢流管，第一溢流管的一端与第一加载缸的外腔连通，第一溢流管的另一端与第二加载缸连通，第二溢流管一端与第一加载缸内腔连通，第二溢流管另一端与第二加载缸外腔连通，第三溢流管一端与第一加载缸内腔连通，第三溢流管另一端与第二加载缸外腔连通。
在本发明的一种实施例中，第一溢流管邻近第二加载缸的管道上安装有负荷传感器和控制阀。
在本发明的一种实施例中，第二溢流管的管道上安装有压力表。
综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：
本发明中，通过第一加载缸加到所需要的均值，同时对第一蓄能器及第二蓄能器进行充液压油，待数值稳定后，再采用第二加载缸进行幅值的加载，由于第一加载缸与第二加载缸使用同一根活塞杆，当第二加载缸进行加载时，第一加载缸的活塞杆会进行移动，使第一加载缸的前后两腔体积发生变化，从而导致第一加载缸的前后两腔压力发生变化，由于使第一加载缸的前后两腔分别与第一蓄能器及第二蓄能器连接，两个蓄能器分别对第一加载缸的前后两腔的压力进行平衡，使其在活塞缸移动的情况下，前后两腔压力只发生微小变化，从而维持第一加载缸加载的均值力只发生微小的变化，同时第二加载缸对第一加载缸发生的微小均值力变化进行补充，从而达到总体加载力不变的功能，进而减少能耗；
当第一吨位作动器进行拉伸试验到达极限时，试验件在断裂瞬间，活塞会向后部高速运动，此时在第二吨位作动器的油腔内压力急剧升高，同时第二加载缸将多余的压力排至第二蓄能器，保证第二吨位作动器的安全，同时当第一吨位作动器进行反向试验时，第二吨位作动器上采用此方式保证第二吨位作动器的安全。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的剖视立体示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为本发明的侧视结构示意图；
图5为本发明的溢流组件示意图；
图6为本发明背景技术中现有技术示意图。
图中：100、做功组件；110、活塞杆；120、第一液压作动器；130、第二液压作动器；140、第一加载缸；150、第二加载缸；200、蓄能组件；210、第一蓄能器；220、第二蓄能器；230、固定架；300、溢流组件；310、第一溢流管；320、第二溢流管；330、第三溢流管；340、负荷传感器；350、第一外管路；360、第二外管路；370、第一油腔管路；380、第二油腔管路；390、控制阀；391、压力表。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参阅图1-图5，本发明提供了一种节能双驱动耦合动态作动器，包括做功组件100和蓄能组件200，做功组件100用于在液压油的配合及伺服控制下对试验系统提供试验力，蓄能组件200用于能量储蓄、减少做功时产生的能耗。
做功组件100包括活塞杆110、第一液压作动器120和第二液压作动器130，活塞杆110设置为第一液压作动器120和第二液压作动器130同轴使用的活塞杆，第一液压作动器120与第二液压作动器130通过管道串联安装，第一液压作动器120邻近活塞杆110的油腔设置为第一加载缸140，第二液压作动器130邻近活塞杆110的油腔设置为第二加载缸150。其中第一液压作动器120设置为大吨位作动器，第二液压作动器130设置为小吨位作动器。
大小两个吨位的作动器以串联方式连接而成，共用同一个活塞杆110，在大吨位作动器的两个进油腔除正常油路外，额外分别连接蓄能组件200。大吨位作动器的吨位值为A，可出动态力±A，小吨位作动器吨位值为B，可出动态力±B。二者组合在一起可出动态力±C，可以实现试验系统中需求的±C的动态力值要求，C＝A+B。
蓄能组件200包括第一蓄能器210、第二蓄能器220和两个固定架230，第一蓄能器210和第二蓄能器220分别安装在两个固定架230上方，第一蓄能器210、第一液压作动器120、第二蓄能器220和第二液压作动器103均通过管道互相连接。
第一蓄能器210和第二蓄能器220分别对第一加载缸140的前后两腔的压力进行平衡，使其在活塞缸移动的情况下，前后两腔压力只发生微小变化，从而维持第一加载缸140加载的均值力只发生微小的变化，同时第二加载缸150通过高速响应控制器对负载进行闭环控制，将第一加载缸140发生的微小均值力变化进行补充，从而达到总体加载力不变的功能。
具体设置时，第一液压作动器120一端连接有若干第一油腔管路370，若干第一油腔管路370共同连接有第一外管路350，第一外管路350的尾端与第一蓄能器210连接。第二液压作动器130一端连接有若干第二油腔管路380，若干第二油腔管路380共同连接有第二外管路360，第二外管路360的尾端与第二蓄能器220连接。
见图3，第一液压作动器120和第二液压作动器130之间设置有若干溢流管道。见图5，若干溢流管道设置为溢流组件300，溢流组件300包括第一溢流管310、第二溢流管320和第三溢流管330，第一溢流管310的一端与第一加载缸140的外腔连通，第一溢流管310的另一端与第二加载缸150连通，第二溢流管320一端与第一加载缸140内腔连通，第二溢流管320另一端与第二加载缸150外腔连通，第三溢流管330一端与第一加载缸140内腔连通，第三溢流管330另一端与第二加载缸150外腔连通。
第一溢流管310邻近第二加载缸150的管道上安装有负荷传感器340和控制阀390，用于溢流。第二溢流管320的管道上安装有压力表391，用于了解两个加载缸内部压力情况，并将信号发送给处理器和控制器。
当大吨位作动器通过负荷传感器340控制保持其额定的出力值A，同方向小吨位作动器加载到额定的出力值B时，大吨位作动器的油腔中的压力值就会在小吨位作动器加载导致其变化，此时产生的总力是不等于C的，避免这种错误的发生，故在大吨位作动器的油腔外接有维持系统压力的蓄能组件200，当系统压力变化时，可实现自动补充系统压力，同时采用控制系统的补偿使系统维持稳定的压力值，使得作动器的出力准确。
第一加载缸140加到所需要的均值，同时对第一蓄能器210及第二蓄能器220进行充液压油，待负荷传感器340的数值稳定后，再采用第二加载缸150进行幅值的加载，由于第一加载缸140与第二加载缸150使用同一根活塞杆110，当第二加载缸150进行加载时，第一加载缸140的活塞杆110会进行移动，使第一加载缸140的前后两腔体积发生变化，从而导致第一加载缸140的前后两腔压力发生变化。由于使第一加载缸140的前后两腔分别与第一蓄能器210及第二蓄能器220连接，两个蓄能器分别对第一加载缸140的前后两腔的压力进行平衡，使其在活塞缸移动的情况下，前后两腔压力只发生微小变化，从而维持第一加载缸140加载的均值力只发生微小的变化。
同时第二加载缸150通过控制阀390与负荷传感器340的闭环控制，将第一加载缸140发生的微小均值力变化进行补充，从而达到总体加载力不变的功能。
对于加载过程中第一加载缸140的前后两腔的压力与第一蓄能器210及第二蓄能器220的容积关系采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003192206170000081
ΔP＝P2-P1②
在试验中，因设备的作用力大，试验件在断裂时会对作动器产生非常大的冲击力，很容易将作动器破坏。设计双向溢流装置，可对作动器进行保护。当大吨位作动器进行拉伸试验到达极限时，试验件在断裂瞬间，活塞会向后部高速运动，此时在小吨位作动器的油腔内压力急剧升高，同时小吨位作动器上的控制阀390打开，多余的压力溢出，保证小吨位作动器的安全，同时当大吨位作动器进行反向试验时，小吨位作动器上向另一方向的控制阀390亦采用此方式保证小吨位作动器的安全。
同时，本发明使用系统采用两套独立的高响应数字式控制和采样智能控制器，闭环控制和数据采集频率可调，负荷传感器340及位移传感器信号可根据试验过程在两个控制器间平稳切换，实现静态试验与组合动态试验中均值与幅值的精准协调控制。
工作原理：使用时第一加载缸140加到所需要的均值，同时对第一蓄能器210及第二蓄能器220进行充液压油，待负荷传感器340的数值稳定后，再采用第二加载缸150进行幅值的加载，由于第一加载缸140与第二加载缸150使用同一根活塞杆110，当第二加载缸150进行加载时，第一加载缸140的活塞杆110会进行移动，使第一加载缸140的前后两腔体积发生变化，从而导致第一加载缸140的前后两腔压力发生变化。由于使第一加载缸140的前后两腔分别与第一蓄能器210及第二蓄能器220连接，两个蓄能器分别对第一加载缸140的前后两腔的压力进行平衡，使其在活塞缸移动的情况下，前后两腔压力只发生微小变化，从而维持第一加载缸140加载的均值力只发生微小的变化，同时第二加载缸150通过控制阀390与负荷传感器340的闭环控制，将第一加载缸140发生的微小均值力变化进行补充，从而达到总体加载力不变的功能。
需要说明的是：负荷传感器340、压力表391和控制阀390的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
负荷传感器340、压力表391和控制阀390其供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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。

Claims (7)

1.一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于，包括：
做功组件(100)，所述做功组件(100)包括活塞杆(110)、第一液压作动器(120)和第二液压作动器(130)，所述活塞杆(110)设置为所述第一液压作动器(120和所述第二液压作动器(130)同轴使用的活塞杆，所述第一液压作动器(120)与所述第二液压作动器(130)通过管道串联安装，所述第一液压作动器(120)邻近所述活塞杆(110)的油腔设置为第一加载缸(140)，所述第二液压作动器(130)邻近所述活塞杆(110)的油腔设置为第二加载缸(150)；
蓄能组件(200)，所述蓄能组件(200)包括第一蓄能器(210)、第二蓄能器(220)和两个固定架(230)，所述第一蓄能器(210)和所述第二蓄能器(220)分别安装在两个所述固定架(230)上方，所述第一蓄能器(210)、所述第一液压作动器(120)、所述第二蓄能器(220)和所述第二液压作动器(103)均通过管道互相连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于：所述第一液压作动器(120)一端连接有若干第一油腔管路(370)，若干所述第一油腔管路(370)共同连接有第一外管路(350)，所述第一外管路(350)的尾端与所述第一蓄能器(210)连接。
3.根据权利要求1所述的一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于：所述第二液压作动器(130)一端连接有若干第二油腔管路(380)，若干所述第二油腔管路(380)共同连接有第二外管路(360)，所述第二外管路(360)的尾端与所述第二蓄能器(220)连接。
4.根据权利要求1所述的一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于：所述第一液压作动器(120)和所述第二液压作动器(130)之间设置有若干溢流管道。
5.根据权利要求4所述的一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于：若干溢流管道设置为溢流组件(300)，所述溢流组件(300)包括第一溢流管(310)、第二溢流管(320)和第三溢流管(330)，所述第一溢流管(310)的一端与所述第一加载缸(140)的外腔连通，所述第一溢流管(310)的另一端与所述第二加载缸(150)连通，所述第二溢流管(320)一端与所述第一加载缸(140)内腔连通，所述第二溢流管(320)另一端与所述第二加载缸(150)外腔连通，所述第三溢流管(330)一端与所述第一加载缸(140)内腔连通，所述第三溢流管(330)另一端与所述第二加载缸(150)外腔连通。
6.根据权利要求5所述的一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于：所述第一溢流管(310)邻近所述第二加载缸(150)的管道上安装有负荷传感器(340)和控制阀(390)。
7.根据权利要求5所述的一种节能双驱动耦合动态作动器，其特征在于：所述第二溢流管(320)的管道上安装有压力表(391)。
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