CN1214113A - 回转装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有基体、工作中可绕回转轴线转动的回转轴(6)以及驱动装置和传动装置的回转装置,驱动装置含有至少一个加压流体推动的致动器(4,5)可以特别可靠的工作。从而保养工作极少,并有很高的转动力矩和制动力,以满足卫星天线等方面的要求。

Description

回转装置
本发明涉及一种具有权利要求1概述特征的回转装置。
这种回转装置在雷达或卫星天线以及回转交通监视及保安装置的摄像头等方面具有实际用途。在工业机器人的轴驱动方面也配备相应的回转传动装置。实践中已知的回转装置的驱动一般为电动马达尤其是伺服电动机，电动机通过传动装置或者直接与回转轴耦联。
已知回转装置装在恶劣的环境中时，在回转装置上作用的负荷力影响操纵回转装置的定位精确性。此外在外力的作用下用电动机驱动保持已经设定的位置成为问题，因为难于施加保持力。最后具有所需稳定性的电动机驱动在制造工艺上成本很高。
因此，本发明旨在制造一种可以在良好的定位精确性下带来很大的制动力的回转驱动装置。
该任务由具有权利要求1所述特征的回转驱动装置完成。因为该驱动装置含有至少一个具有加压流体推动的致动器，可以获得很大的驱动力，对抗气候影响或者其它机械负荷影响所要求的制动力可以简单地通过无漏泄地阻塞液压传动致动器达到。
如果采用皮带转动装置，尤其可以实现无级驱动单元。通过对皮带施加适当的力，皮带传动作为力的传输部件可以无级地调节。如果该驱动装置含有两个单工线性致动器就可以得出一个简单且对称的双向回转控制。如果加压流体具有水的力学特性。优点在于定位精确性高且调节力量大，并且有较高的驱动转矩。加压液流体采用非矿物油制的，尤其是采用乙二醇、乙二醚或聚甲基乙二醇时，有利于露天应用。这样的水性力学特性的流体基本上水溶且可生物分解，从而与矿物油质液压油相比环境忧患较少。另外，采用非矿物油质的液压介质时，冷热条件下粘度差别很小，从而环境温度变化对液压力学性能影响很小。
如果驱动装置含有两个基本相互平行安装的液压缸，就产生结构上简单的布局。液压缸的液压连接可以相互平行毗连布置。如果液压缸具有在其液压连杆的末端上安装可转动滑轮，就可以简单地实现液压缸对驱动装置的作用。最好，皮带传动装置具有一条平皮带，尤其是一边带齿的带齿皮带或者楔形皮带充任力传输元件。带齿皮带，尤其平的带齿皮带对于上述传动应用尤为适合，因为它们一方面耐用，另一方面由于能严密地与回转轴啮合而不会打滑。如果允许一定量的打滑，也可以采用楔形皮带。如果力传输装置是一条至少以一尾端固定在回转装置底座上的有端皮带，就可以产生一特别利于保养、体积小而无级传动的驱动装置。另外，如果力传输装置包绕回转轴至少180°，就可保证力传输装置与回转轴可靠地啮合。尤其是带齿皮带以其齿与回转轴的适当的断面相啮合时也就是说与回转轴的圆周方面严密地啮合时更是如此。如果液压缸滑轮的轮子有圆柱形或者说圆桶形断面并有平滑的表面贴靠在带齿皮带的背向的一侧，就可以以简单的方式把液压缸的直线运动转变成相对于带齿皮带表面的转动。因为这里没与带齿皮带的齿耦合，带齿皮带对滑轮的负荷保持在很小。当滑轮为桶形断面时，带齿皮带的中央区域受的冲击力高于边缘地区。这样边缘地区得以受到较小的磨损。
如果驱动装置安装在基体上，回转装置的运动部分的惯性力矩可以保持很小，从而在运转中很安静。如果与之相反把驱动装置安装在回转轴上并且在运转中联同回转轴一起相对于基体转动，可以在回转轴上以简单的方式安装设有液压连接的从动装置，如第二回转轴。
回转装置应当允许至少绕回转轴作一个完整旋转，因此回转轴的回转范围至少应达360°。最好使回转轴的回转范围达440°以上，也可以设想能够执行多个整圈回转。
在回转装置的定位于一个平面上不够用的应用中，最好在安装一个俯仰装置，其转轴垂直于回转轴。这里俯仰装置最好也采用液压驱动，如果俯仰装置利用安装在回转装置上的液压传输通道提供流体就可以得到一个紧凑而可靠的结构。这里流体最好是特别地不基于矿物油的液压介质。
如果俯仰装置含有一个在回转轴线之外耦联在回转轴上的液压缸，最好是双工、双层的液压缸，可以得到一个简单的俯仰装置，其俯仰范围可达90°以上。如果在俯仰装置上另外再含有一个至少部分中空的杆架，其中空的部分包容液压缸的一部分，就得到一个紧凑而符合运动学的简单俯仰装置，它能特别简单地防护气候的影响。如果液压缸一端固定于俯仰装置的末端，另一端固定于回转轴，就更能得到紧凑的俯仰装置。这样俯仰装置就可以有较大的结构长度，从而有较长的工作行程。俯仰装置液压缸与回转装置驱动的液压泵的连接以简单而可靠的方式通过液压接口或液压管路、例如与一个插塞连接完成。如果回转驱动的俯仰装置用一个公共的液压泵驱动，回转装置的制造成本就可以保持得很小。如果液压泵安装有一个储压罐，就可以间歇地工作。这些措施有利于减少回转装置的能量消耗。为了可靠而低成本地生产本发明回转装置，定位装置以俯仰装置的控制最好采用2/2路支座型阀，尤其是球式支座型阀。如果单一地采用同结构的支座型阀，更有进一步简化的优点。如果回转驱动以及俯仰装置的液压缸在工作中恒定地给予10巴以上，特别是20巴以上的最低预压力，就可以得到具有很高制动力的无级驱动。
如果液压泵在基本结构等同性上并优先地与汽车的防抱死系统液压泵相一致，就可以应用技术上成熟的、可靠的机组。另外，可以有优越性地采用用于防抱死系统的球式支座型阀控制定位装置。这种机组在不利的条件下也有特别高的耐用性。
本发明的回转装置利于用在卫星天线的回转以及俯仰装置方面，例如用于跟踪卫星的底层轨道，或者用于在移动的工作状态下(例如船舶等上)探测通信卫星。
本发明的回转装置也利于用在监探摄像头的回转及俯仰装置方面，这里，如果摄像头焦距较大时，有较高的定位精确度和制动力时是有好处的。由于无级、快速而且高转动力矩工作的驱动装置，该回转装置使得摄像安装在风吹摆动的杆架上时也能跟踪目标。这就能够减少此类杆架的造价，因为可以简化拉线装置等。另外，最好监控摄像头本身置于气候条件影响之外。
最后，由于可达到较高的转动力矩，由于良好的、无级的定位精确性，本发明的回转装置也利于用在工业机器人的轴驱动方面。
下面参照附图说明本发明的一个实施例。
图1为本发明回转驱动装置由回转轴方向看去的顶视简化图；
图2所示为图1所示回转驱动装置的电控制和液压控制原理图；以及
图3为回转及俯仰装置侧剖视图，表示机架的三个可能的定位。
图1是本发明回转驱动装置由回转轴方向看去的顶视简化图。
回转装置含有一个固定的底座1，其上装有两个固定的支架2和3。另外在底座1上还固定有两个液压缸4和5。在圆盘形的底座1的中心安装有回转轴6，该轴可转动地支承在支座1上，从而回转轴6的转动轴线垂直于图1的表征平面。
液压缸4和5带有活塞联杆7和8，联杆在其末端各装有一个滑轮9和10。滑轮9和10可以相对活塞联杆7和8自由转动，这里，滑轮的转动轴线同样垂直于上述表征平面，也就是平行于回转轴6的转动轴线。
带端平面皮带形式的平面皮带11以其一端12固定于支架3上，由此平行于活塞联杆7走向滑轮9，包绕滑轮9的180°，然后由此出发重新基本上平行于活塞联杆7走向回转轴6。然后平皮带11同样包绕回转轴6的约180°，然后在回转轴6和滑轮10之间构成一个基本平行于活塞联杆8的直段。滑轮10以类似于滑轮9的方式由平面皮带包绕。平面皮带11的第二端13在液压缸5面对回转轴6的一侧固定在支架2上。
图2为控制图1所示回转驱动装置的电气和液压控制原理图。
两个简单工作的带有活塞联杆7和8的液压缸4和5经由液压管路20和21连通在接口A和B上。一个连在流入口P上，图中未画出的液压机组向装置馈送一定压力的液压介质。为此目的该机组安有一个液压泵和一个储压罐。在流入口P和接口A、B之间设有电磁阀22和23，其结构为弹簧偏置双路电磁阀。另有液压管路24及25由接口A及B出发通向一个3/3换向阀26、3/3换向阀26在另一侧联通一个限压阀27，限压阀27接有排液管T。
电磁阀22和23经控制导线30和31由电子控制单元32控制。电子控制单元接收输入信号33作为指令值，并接收一个由解码器35发出的控制信号作为调节值。解码器35经过输入导线37和37获得与活塞联杆7和8相连的位移或转角传感器输出的信号。
图3为一个本发明回转装置一个具体实施例的侧剖视图。底座1为如图1顶视图所示的圆盘形底座，其上设有固定腿40。这里，回转驱动装置固定在底座1上并基本上由护罩41从外面封闭起来。在护罩41和底座1之间设有密封圈42，至少使护罩的内部隔绝溅水。一个固定在底座1上的基底43支撑着图3中看不到的支架2和3以及液压缸4和5，它们在图3中也看不到。液压缸4和5连同其活塞联杆7和8隐藏于滑轮9和10之后。滑轮9和10在其可见的前侧被平面皮带11包绕，皮带11在滑轮9的左侧向读者方向走行，然后包绕滑轮9并在滑轮9的右侧离读者而去，180°包绕回转轴6的小齿轮段44，这里平面皮带11在图3中所示的小齿轮段44后面。在小齿轮段44的右边平面皮带11重新出现，朝向读者走在滑轮10上然后在滑轮10的右边再离读者而去。于是出现了小齿轮段44的近于Ω形或者说曲折形包绕。这里小齿轮段44设有平行轴向的开槽45，这样的开槽用于接受作为带齿皮带安排的平面皮带11的齿。
在小齿轮段44的上方运转着位于轴承支架46中的回转轴6，轴承支架46固定在基体43上，最好与之形成一体。轴承支架46包含小齿轮段44，并邻近一个下轴承47，下轴承47实施作为滚针轴承。在轴承支架上滚针轴承47的对端安装有滚珠轴承48，以承载回转轴6。在滚珠轴承48上方、外方设有一个环绕的沟槽49，它在运转中接纳一个螺旋形卷起来的信号缆，例如卫星天线的信号导线。该收卷起来的螺旋线在回转轴6转动时可以像钟表的摆轮旋丝一样“吞吐”从而使信号线能够从回转装置的转动部分导向固定的部分。
在回转轴6的前侧，图3中滚珠轴承48的上方设有一个端块50，它在前面上用螺丝固定在回转轴6上，并覆盖轴承支架46。在轴承47和48之间在轴承支架46上加有很多环状的环绕的槽沟51来容纳环。图中未显示的密封环在贴靠在回转轴6的面上覆盖有聚四氟乙烯之类的耐久光滑涂层。两个小空槽沟52与回转轴内的孔53相通。槽沟52与安装在基体43上、图中未示的液压阀连接，在控制中使液压介质导入槽沟52，从而加压流体可以进入孔53，然后在端块52范围内流出。在护罩41内，图3中回转轴6后安装有一个电动液压泵机组55，向储压罐56输送运转回转和俯仰装置所需的液压介质。从该储压罐可以取出加压液压介质加以利用。
在回转和俯仰装置的上端，也就是在护罩41上方，固定有一个可液压屈伸的杆架60，它可以形成L、M和R三个位态。中空的杆架60内包容一个双向作用的液压缸61，它的大部分安装在架杆60内。杆架60和液压缸61各经一个旋转轴承62和63固定在端块50上，并且可以旋转地联接在端块50上。液压缸61的控制由出自孔53的液压介质完成，液压介质经图中未示的管线导向液压缸61。液压缸61充分伸开时，杆架取L位，完全缩回时杆架取R位，在中间位则杆架取M位。密封套65包围着未受杆架60封闭的范围，并与底座1和护罩41一起保证密封，至少护止外部的尘土及溅水。
在实用中，杆架60的上端承载一个需要回旋的装置，例如卫星天线。
就该优选实施例所述回转和俯仰装置而言，实际工作如下。
回转和俯仰装置以其固定腿40安装在例如船舶的舰桥上，在杆架60的上端承载一个卫星通信天线。
卫星的场强作为指令参数33进入图2的电子和液压线路。在那里，控制单元32发出指令，阀22或23哪一个应该开启，以将起线性致动器作用的液压缸4或者5带到适当的位置。产生的信号要么经控制导线30要么通过控制导线31输给电磁阀22或者23，由此把流入口P来的液压流导向馈压点A或B。如果控制信号输向控制导线30而开启电磁阀22，液压介质由流入口P流向馈压点A，当由此点经管路20进入液压缸4，将其活塞联杆向外推。由图1可见，当滑轮9压迫带齿皮带11时，它向图1中的上方推移。为实现推移所要求的带齿皮带11段牵引回转轴6顺时针转动，同时，作为反作用通过滑轮10将活塞联杆8向液压缸内压。在图2中还可见，在回压活塞联杆8时，液压介质被从液压缸5内压出而流向馈压点B。
因为液压阀23关闭，液压控制的3/3换向阀26由液压管路26打开，使得液压管路25与限压阀26联通，经此液压介质可抵达排液管T。这里限压阀27在液压系统中保持一定的下限压力，该下限压力的最终效果是通过液压缸4和5给带齿皮带11一个预张力。
由控制单元32计算出的天线位状态通过角度或者位移传感器及其输出信号36、37输到解码器35，该解码器把线性定性器4和5的执行位置提交控制单元。如果达到了设定位置，电磁阀22关闭，从而在系统中保持着限压阀27预定的下限压力，这样对回旋和俯仰装置中加了液压预压力。如果控制电路以相反的方向控制，电磁阀23被开启，液压介质由流入口P流向馈压点B并由此流入液压缸5，将其活塞联杆8向外推。同时把液压缸4的活塞联杆7向内推。从液压缸4压出的液压介质经管线20流向馈压点A，并由此经管路24流向3/3换向阀26，该阀经来自管线25的控制压力如此转换，使管路24与限压阀27相联通。多余的液压介质由这里流向排液管T。回转工作结束后，电磁阀23被关闭，从而系统重新又处于下限压力下。如果储压罐中的压力降至下限压力以下而电磁闭22和23的关闭力不足以限制时，液压介质可能会从系统内往入液口回流。如果要阻止这种回流可以在电磁阀22及23与其所属的馈压点A与B之间加入单向阀门。
由图1可见，由于液压缸4或者5中一个的推动作用回转轴6绕其回转轴线转动，从而另一个液压缸在反作用力下被压缩。在该实施方式中液压缸4和5不必为其活塞联杆7和8要求特别的贵重的轴承，因为它们通过滑轮9和10被固定在支架2和3与回转轴的中间处。
图3的剖视图表示各种部件的相对布局，与回转驱动有关的部件大多数可安排在基体43上。这样基体43含有平面皮带的支架2和3。另外，液压缸4和5装在基体中或者用螺丝5与之固定在一起。联通液压泵机组55和储压罐56的液压管路，各电磁阀22、23以及3/3换向阀26和限压阀27与液压缸4和5之间连通的管路从槽路或管孔纳入基体43，而各个液压阀均用弹簧和垫圈简单地装置在相应的通道中。这样的安排便于维修保养、紧凑而且工作非常可靠。
另一方面这种紧凑的结构形式对应用在恶劣的气候条件下也是很有利的，由于结构紧凑底座1、护罩41和密封套65整个把各元件保护起来不受气候的影响。这种气候耐受性导致很高的工作可靠性。如果电磁阀采用汽车工业中熟知的抗阻塞系统球式底型阀可以提高可靠性。同样，液压机组55、56也可以在结构上与抗阻塞系统的液压泵相同。这些汽车工业中的部件的显著特点是故障率非常小。
在使用所述回转和俯仰装置时规定要采用无矿物油的液压介质，例如汽车的刹车液。这样的液压介质用于船舶上尤其具有优越性，因为与矿物油制品的液压介质比环境污染的顾虑较小，另外对于极端温度的敏感性很小，与之相对比水就不行，而且还会有很高的抗腐蚀性。
以类似的方式，本发明的回转和俯仰装置还可以用一个双向作用液压缸作回转驱动的线性致动器，取代两个单向工作的液压缸。这样一来就不能如此简单地向整个皮带传动施加力从而实现制动力。另外，图1所示回转驱动在它的两个回转方向上是完全对称的，而一个双向液压缸容易依赖导入的液压在两个方向上实现不同的力。
最后，回转轴6的小齿轮段还可以加以简化，在其上不设轴向平行的带齿皮带用槽而是加工一个环绕的梯形断面槽沟，然后使用楔形皮带充任平面皮带11。这种安排可以降低回转轴6的生产成本，然而必须补偿平面11对回转轴6一定程度的打滑。
取代于图中的俯仰装置，端块50还可以安装另外的回转装置或者另一机组，按实际应用加以选择。
另外基体43上还可以安装一个加速度传感器，用以检出底座的自身运动并直接在机内进行补偿。

Claims (32)

1．一种回转装置，具有一个基体(43)，一个可绕一回转轴线回转的回转轴(6)以及一个驱动装置和一个传动装置，其特征为，驱动装置含有至少一个由加压流体推动的致动器(4,5)。
2．根据权利要求1的回转装置，其特征为，传动装置是一个皮带传动装置(9,10,11,44)。
3．根据上述权利要求之一的回转装置，其特征为，驱动装置含有两个大体上线性致动器(4,5)。
4．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，所述流体优选非矿物油制成的液压介质，尤其是二乙醇、二乙醇醚以及聚甲基乙二醇为佳。
5．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，驱动装置含有两个液压缸(4,5)，它们基本相互平行安放。
6．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，液压缸(4,5)有活塞联杆(7,8)，联杆的末端(12,13)带有可转动的滑轮(9,10)。
7．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，皮带传动装置是一条平面皮带(11)，尤其是一条一面带齿皮带(11)或者是楔形皮带作为力传输装置。
8．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，力传输装置为一条开端皮带(11)，它至少一个末端固定在回转装置的基体(43)上。
9．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，力传输装置(11)包绕回转轴(6)至少180°。
10．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，带齿皮带(11)以其齿与回转轴(6)的适当形状(45)相啮合。
11．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，液压缸(4,5)的滑轮(9,10)是具有圆柱形或圆桶形断面和光滑表面的滑轮，所述光滑表面靠在带齿皮带(11)离开齿的一面上。
12．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，驱动装置(4,5)安装在基体(43)上，且在工作中基本静止。
13．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，驱动装置(4,5)安装在回转轴(6)上，在工作中相对基体(43)回转。
14．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，回转轴(6)的回转范围至少达360°。
15．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，回转轴(6)的回转范围至少440°。
16．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，回转轴(6)带有一个俯仰装置(60,61)，其俯仰轴与回转轴大体上正交。
17．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，俯仰装置(60,61)为液压推动的。
18．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，俯仰装置(60,61)利用安排在回转轴上的液压通路(53)供给压力流体。
19．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，俯仰装置(60,61)含有在回转轴(6)之外安装的最好是双向作用或双壁的液压缸(61)。
20．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，俯仰装置(60,61)含有一个至少部分中空的杆架(60)，从而俯仰装置(60,61)的液压缸(61)基本上设在中空的杆架段中。
21．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，液压缸(61)在一侧以末端联接在俯仰装置(60,61)上，另一侧联接在回转轴(6)上。
22．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，俯仰装置(60,61)的液压缸(61)通过一个液压接口接到一个液压泵上。
23．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，俯仰装置(60,61)的液压缸(61)通过一条液压管路接到一个液压泵(55)上。
24．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，回转驱动(4,5)和俯仰装置(60,61)由一个共同的液压泵(55)推动。
25．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，液压泵(55)设有一个储压罐(56)。
26．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，回转装置以及俯仰装置的的致动器(4,5,61)通过2/2路阀(22,23)，尤其是球阀控制。
27．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，采用特定相同构造的2/2路座型阀(22,23)控制致动器(4,5,61)。
28．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，回转以及俯仰装置的液压缸(4,5,61)在运转中恒定地处于10巴的下限压力以上的预压力，优选20巴以上的液压预压力。
29．根据以上权利要求之一的回转装置，其特征为，液压泵(55)最好与汽车抱死系流液压泵基本上结构相同。
30．根据以上权利要求之一的回转装置应用于卫星天线的回转以及俯仰装置。
31．根据以上权利要求之一的回转装置应用于监控摄像头的回转以及俯仰装置。
32．根据以上权利要求之一的回转装置应用于机器人的轴驱动。
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