CN209743287U - 高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于螺旋摆动缸技术领域，特别指一种高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸。螺旋摆动缸上设有集成块；螺旋摆动缸的进油管与集成块的端直通管接头连接，螺旋摆动缸的回油口与集成块的回油管连接；螺旋摆动缸的缸底安装有编码器，集成块上安插有高速开关。本实用新型解决了现有的螺旋摆动缸极少能够执行伺服控制，本实用新型的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸具有控制灵活、性价比高、结构紧凑的优点。

Description

高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸

技术领域

本实用新型属于螺旋摆动缸技术领域，特别指一种高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸。

背景技术

螺旋摆动缸作为旋转输出的液压执行器，具有结构紧凑、占用空间小、安全可靠、免维护、高压、无泄漏、输出扭矩极大等明显优点。

具有伺服控制功能的螺旋摆动缸，可以进行高精度的位置控制，其应用领域包括：高空作业平台车工作框摆动；矿山设备钻臂的摆动定位；农业设备、公路设备的轮胎或履带转向；清扫车叉车等执行机构的摆动；垃圾车垃圾桶的翻转等。特别适用于安装空间有限的结构应用，实现执行机构的摆动。但现有的螺旋摆动缸极少能够执行伺服控制，即便是带有伺服控制功能的螺旋摆动缸，也没有采用高速开关阀作为功率转换元件。

实用新型内容

实用新型目的：

本实用新型旨在提出一种高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，得到一种采用高速开关阀作为伺服螺旋摆动缸的功率转换元件，具有控制灵活、性价比高、结构紧凑的优点。

技术方案：

高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，螺旋摆动缸上设有集成块；螺旋摆动缸的进油管与集成块的端直通管接头连接，螺旋摆动缸的回油口与集成块的回油管连接；螺旋摆动缸的缸底安装有编码器，集成块上安插有高速开关阀。

进一步的，编码器通过编码器连接法兰与螺旋摆动缸连接，螺旋摆动缸的缸筒上固定有集成块，集成块上端设有卡套式端直通接头体，集成块内部安装有高速开关阀，集成块内设有与进油管和回油管连通的管路，缸筒底部设有支腿。

进一步的，螺旋摆动缸的缸筒两端通过法兰盘固定缸头和缸底，缸头和缸底通过圆锥滚子轴承与活塞杆转动连接，缸筒内部螺套固定在缸筒内壁，螺套上的梯形螺纹与空心螺杆活塞的外螺纹啮合，空心螺杆活塞的内螺纹与活塞杆上的螺纹啮合。

进一步的，缸筒上方设有进油口和回油口分别与旋转摆动缸的进油腔和回油腔连通，缸头和缸底与活塞杆之间设有孔用方形回转密封圈Ⅰ和孔用方形回转密封圈Ⅱ，缸筒与缸头法兰盘和缸底法兰盘之间设有O型圈和O型圈挡圈密封。

进一步的，缸头和缸底与活塞杆之间分别设有圆锥滚子轴承作为活塞杆旋转运动的支撑，缸底的圆锥滚子轴承通过卡环固定在缸筒和活塞杆之间；空心螺杆活塞与活塞杆设有密封圈。

进一步的，空心螺杆活塞与缸筒之间通过轴用方形回转密封圈密封，两个轴用方形回转密封圈之间设有导向带。

进一步的，整体呈柱状的活塞杆上的螺纹与活塞杆头部之间与缸头和缸头法兰盘通过孔用方形回转密封圈Ⅰ和孔用方形回转密封圈Ⅱ密封，活塞杆两端各设有一个匹配孔用方形回转密封圈Ⅱ的环形槽，活塞杆上的螺纹与空心螺杆活塞的内螺纹啮合，活塞杆的凹槽套有卡环；活塞杆底部的输出轴与联轴器连接，联轴器与编码器连接，编码器通过编码器连接法兰固定。

进一步的，集成块两端设有用于安装两个螺纹插装阀的孔道，两个孔道通过中间的控制口A沟通，上方的孔道M₁、M₂、M₃和M₄加工完成后用钢球焊死封堵，最终的回油由回油口T回油，P₁、P₂口通过端直通管接头分别与进油管和回油管连接。

进一步的，编码器连接法兰整体呈柱状，柱状上端面开口，下端面有一圆形孔，柱面上开有通槽，上端面外侧设有固定环，固定环与缸底通过螺栓固定，上端面设有固定孔，编码器通过螺栓与编码器连接法兰固定。

进一步的，螺套焊接在缸筒内壁上，螺套内侧设有与螺套梯形螺纹啮合的空心螺杆活塞的外螺纹，螺套尾端侧面和空心螺杆活塞尾端侧面与进油口垂直方向对齐，空心螺杆活塞内侧前端设有与活塞杆螺纹啮合的内螺纹，与内螺纹紧贴设有环形凹槽。

优点及效果：

本实用新型具有以下优点和有益效果：

一、适用范围广：本实用新型采用了模块化的结构设计，螺旋摆动缸可以在不使用编码器和高速开关阀的场合下工作，由于其输出扭矩大，摆角范围大，可以在一定程度上取代液压马达；本实用新型的螺旋摆动缸可达到：①系统压力为21MPa时，输出扭矩可达到8000N·m；②摆动角度可达到：1200°；③通过高速开关阀进行控制，成本可降低15%；④安装高精度编码器后，重复定位精度可达到：1′。

二、结构紧凑：本实用新型的螺旋摆动缸相比于叶片摆动缸，其摆动角度有了大幅度的提高，而且结构更加紧凑，输出力矩更大；另外，编码器通过编码器连接法兰与缸底相连接，最大程度上缩短了摆动缸的轴向长度；集成块通过焊接的方式与缸体上端相连接，并通过焊接式卡套式端直通接头体、进油管和回油管与进油口、回油口相连接，保证了控制油路距离最短，结构最紧凑，沿程损失最小。

三、性价比高：本实用新型高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸由于采用了高速开关阀这一相对便宜的功率转换元件，相比于采用伺服阀或比例阀作为功率转换元件的比例伺服液压执行器来说，具有更高的价格优势，而同时又不损失控制精度。

附图说明：

图1为高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸整体结构示意图；

图2为螺旋摆动缸的主视图；

图3为螺旋摆动缸的半剖视图；

图4为螺旋摆动缸的等轴侧剖视结构图；

图5为编码器连接法兰立体结构图；

图6为缸头立体结构图；

图7为回油管的示意图；

图8为进油管的示意图；

图9为活塞杆的示意图；

图10为集成块半剖视图；

图11为集成块剖面图；

图12为空心螺杆活塞等轴侧剖视图；

图13为空心螺杆活塞剖视图；

图14为螺套等轴侧剖视图。

附图标记说明：

101螺旋摆动缸、102集成块、103卡套式端直通接头体、104回油管、105端直通管接头、106进油管、107联轴器、108编码器连接法兰、109编码器。

1缸筒、2螺套、3空心螺杆活塞、4活塞杆、5圆锥滚子轴承、6缸头、7缸底、8缸底法兰盘、9缸头法兰盘、10卡环、11回油口、12支腿、13密封圈、14孔用方形回转密封圈Ⅰ、15 O型圈、16 O型圈挡圈、17轴用方形回转密封圈、18导向带、19螺钉、20孔用方形回转密封圈Ⅱ。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

本实用新型高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸通过控制输入高速开关阀的PWM信号的频率，达到对高速开关阀阀口的高速开关控制，进而实现对通入螺旋摆动缸101的平均流量的连续控制。同时通过安装在缸底7的编码器109，采集摆动缸的输出角度，由控制器判断决定高速开关阀平均流量的大小（通过控制PWM信号的频率来决定），实现对螺旋摆动缸101输出角度和输出角速度的伺服控制。

如图1、图2和图3所示，高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸101101，螺旋摆动缸101上设有集成块102；螺旋摆动缸101的进油管106与集成块102的端直通管接头105连接，螺旋摆动缸101的回油口11与集成块102的回油管104连接；螺旋摆动缸101的缸底7安装有编码器109，集成块102上安插有高速开关阀。

螺旋摆动缸101在缸底7安装有编码器连接法兰108和编码器109，可以实时采集摆动缸输出轴转角。在螺旋摆动缸101的缸筒1顶端焊接集成块102，用于安装插装式集成的高速开关阀，并布置管路，实现螺旋摆动缸101转动方向和转动角速度的控制。螺旋摆动缸101通过编码器109连接法兰108将编码器109输出轴和摆动缸输出轴相连接和固定，实现对摆动缸输出轴转角的实时监测和采集。从图1、图2以及图7和图8中可以明显看出，进油管106一端与集成块102通过端直通管接头105与P₁口连接，另一端连接螺旋摆动缸101的进油口；回油管104一端通过端直通管接头105与P₂口连接，另一端连接螺旋摆动缸101的回油口11。集成块102通过焊接的方式与缸体相连接，并通过焊接式端直通管接头105、进油管106和回油管104与进油口、回油口11相连接，保证了控制油路距离最短，结构最紧凑，沿程损失最小。

编码器109通过编码器连接法兰108与螺旋摆动缸101连接，螺旋摆动缸101的缸筒1上固定有集成块102，集成块102上端设有卡套式端直通接头体103，集成块102内部安装有高速开关阀，集成块102内设有与进油管106和回油管104连通的管路，缸筒1底部设有支腿12。支腿两端设有螺栓孔，可以将螺旋摆动缸固定。

插在集成块中间的高速开关阀可以采用很多型号，本发明可以采用贵州红林车用电控技术有限公司生产的HSV-3143S3的高速开关阀。

集成块102上设有安装插入高速开关阀的安装孔，卡套式端直通接头体103与液压胶管相连接，与液压胶管通过螺纹连接。用于通入液压油，进行工作。

螺旋摆动缸101缸体与支脚通过焊接方式连接，方便摆动缸的定位和安装。

如图4所示，螺旋摆动缸101的缸筒1两端通过法兰盘固定缸头6和缸底7，缸头6和缸底7通过圆锥滚子轴承5与活塞杆4转动连接，缸筒1内部螺套2固定在缸筒1内壁，螺套2上的梯形螺纹与空心螺杆活塞3的外螺纹啮合，空心螺杆活塞3的内螺纹与活塞杆4上的螺纹啮合。本实用新型的螺旋摆动缸101在系统压力为21MPa时，输出扭矩可达到8000N·m；摆动角度可达到：1200°；通过高速开关阀进行控制，成本可降低15%；安装高精度编码器109后，重复定位精度可达到：1′。

如图6所示，螺旋摆动缸101的缸头6与缸头法兰盘9通过螺钉19固定在缸筒1头部，螺旋摆动缸101的缸底7与缸底法兰盘8通过螺钉19固定在缸筒1底部。螺旋摆动缸101内部螺套2和缸筒1之前通过焊接连接，作为第一级螺旋传动装置。螺套2上的梯形螺纹与空心螺杆活塞3的外螺纹相啮合，空心螺杆活塞3在水平移动的同时做旋转运动，实现螺旋摆动缸101的第一级螺旋传动。

缸筒1上方设有进油口和回油口11分别与旋转摆动缸的进油腔和回油腔连通，缸头6和缸底7与活塞杆4之间设有孔用方形回转密封圈Ⅰ 14和孔用方形回转密封圈Ⅱ 20，缸筒1与缸头法兰盘9和缸底法兰盘8之间设有O型圈15和O型圈挡圈16密封。

如图3所示，集成块102通过焊接式端直通管接头105和进油管106、回油管104与摆动缸的进油口、回油口11相连接，控制油导入或导出摆动缸的进油腔和回油腔。进油口和回油口11的设置是用于为螺旋摆动缸101的两个工作腔通入液压油。

如图4和图6所示，缸头6、缸底7与活塞杆4之间通过孔用方形回转密封圈Ⅰ 14进行密封，缸头6与缸筒1之间、缸底7和缸筒1之间与活塞杆4上套有的孔用方形回转密封圈Ⅱ20实现密封，为了保证缸筒1内的密封。同样的，在缸筒1与缸头法兰盘9和缸底法兰盘8之间设有O型圈15和O型圈挡圈16进行密封。

缸头6和缸底7与活塞杆4之间分别设有圆锥滚子轴承5，作为活塞杆4旋转运动的支撑，缸底7的圆锥滚子轴承5通过卡环10固定在缸筒1和活塞杆4之间；空心螺杆活塞3与活塞杆4设有密封圈13。

圆锥滚子轴承5的作用是实现活塞杆4旋转运动的支撑，在缸头6，圆锥滚子轴承5通过缸头法兰盘9内侧的凹槽与活塞杆4上的螺纹卡在缸头法兰盘9内侧；在缸底7，圆锥滚子轴承5通过缸底法兰盘8内侧的凹槽和设置在活塞杆4尾端的凹槽上的卡环10卡在缸底法兰盘8内侧。将圆锥滚子轴承5的外侧固定，内侧与活塞杆4接触，实现活塞杆4旋转运动的支撑，同时螺旋摆动缸101内部结构紧凑，稳定活塞杆4。

空心螺杆活塞3与缸筒1之间通过轴用方形回转密封圈17密封，两个轴用方形回转密封圈17之间设有导向带18。

轴用方形回转密封圈17密封的作用是保证回油腔的密封性，使回油腔与活塞杆4和螺套2隔离，使活塞杆4和螺套2之间形成一个环形空间。导向带18的作用是防止油缸与活塞杆4磨损及保护密封件密封的导向作用。

如图9所示，整体呈柱状的活塞杆4，活塞杆4上的螺纹与活塞杆4头部之间与缸头6和缸头法兰盘9通过孔用方形回转密封圈Ⅰ 14和孔用方形回转密封圈Ⅱ 20密封，活塞杆4两端各设有一个匹配孔用方形回转密封圈Ⅱ 20的环形槽，活塞杆4上的螺纹与空心螺杆活塞3的内螺纹啮合，活塞杆4的凹槽套有卡环10；活塞杆4底部的输出轴与联轴器107连接，联轴器107与编码器109连接，编码器109通过编码器连接法兰108固定。空心螺杆活塞3的内螺纹与活塞杆4的内螺纹连接，外螺纹与螺套2上的内侧梯形螺纹啮合。螺旋摆动缸101通过编码器连接法兰108将编码器109输出轴和摆动缸输出轴相连接和固定，实现对摆动缸输出轴转角的实时监测和采集。

如图10 和图11所示，集成块102两端设有用于安装两个螺纹插装阀的孔道，两个孔道通过中间的控制口A沟通，上方的孔道M₁、M₂、M₃和M₄加工完成后用钢球焊死封堵，最终的回油由回油口T回油，P₁、P₂口接系统压力油，也就是说，P₁、P₂口通过端直通管接头105分别与进油管106和回油管104连接。

集成块102的剖视图如图11所示。集成块102的两端设有加工孔道，可以安装两个螺纹插装阀。两安装螺纹插装阀的孔道相向沟通，控制口A口共用，最大程度上简化了集成块102内部油路。孔道M₁、M₂、M₃和M₄加工完成后用钢球焊死封堵，最终的回油由回油口T回油。P₁、P₂口接系统压力油。这样设计的集成块102油路可以方便地安装插装阀元件，并且占用空间小，内部油路简单，同时实现了伺服控制功能。

如图5所示，编码器连接法兰108整体呈柱状，柱状上端面开口，下端面有一圆形孔，柱面上开有通槽，上端面外侧设有固定环，固定环与缸底7通过螺栓固定，上端面设有固定孔，编码器109通过螺栓与编码器连接法兰108固定。

编码器连接法兰108与缸底7固定时通过螺栓固定；通槽的作用是为了方便安装联轴器107以及观察编码器109的转动效果。

本实用新型适用多种编码器，其中编码器型号为：BMQ3805J12SSI.01，厂家：合肥年代智能科技有限公司为本实用新型试验时采用的编码器型号。

如图12、图13和图14所示，螺套2焊接在缸筒1内壁上，螺套2内侧设有与螺套2梯形螺纹啮合的空心螺杆活塞3的外螺纹，螺套2尾端侧面和空心螺杆活塞3尾端侧面与进油口垂直方向对齐，空心螺杆活塞3内侧前端设有与活塞杆4螺纹啮合的内螺纹，与内螺纹紧贴设有环形凹槽。螺旋摆动缸101缸体上的内螺纹采用了分体的结构，即内螺纹在螺套2上加工，而螺套2焊接在缸筒1内壁上，这样的设计方便了内螺纹的制造和安装。

本实用新型的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸工作过程：

高压油通过高速开关阀进入集成块102，通过进油管106和进油口进入螺旋摆动缸101的进油腔，高压油推动空心螺杆活塞3在平动的同时发生转动，而空心螺杆活塞3又与活塞相啮合，在圆锥滚子轴承5的支撑下，与活塞杆4上的螺纹相啮合，带动活塞杆4旋转，实现摆动缸的摆动输出。反之，当高压油通过集成块102，从回油管104，回油口11进入螺旋摆动缸101的回油腔时，将推动空心螺杆活塞3向反方向平动的同时发生转动，进而带动活塞杆4反向转动，实现摆动缸的反向摆动输出。

Claims (10)

1.高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：螺旋摆动缸（101）上设有集成块（102）；螺旋摆动缸（101）的进油管（106）与集成块（102）的端直通管接头（105）连接，螺旋摆动缸（101）的回油口（11）与集成块（102）的回油管（104）连接；螺旋摆动缸（101）的缸底（7）安装有编码器（109），集成块（102）上安插有高速开关阀。

2.根据权利要求1所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：编码器（109）通过编码器连接法兰（108）与螺旋摆动缸（101）连接，螺旋摆动缸（101）的缸筒（1）上固定有集成块（102），集成块（102）上端设有卡套式端直通接头体（103），集成块（102）内部安装有高速开关阀，集成块（102）内设有与进油管（106）和回油管（104）连通的管路，缸筒（1）底部设有支腿（12）。

3.根据权利要求1所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：螺旋摆动缸（101）的缸筒（1）两端通过法兰盘固定缸头（6）和缸底（7），缸头（6）和缸底（7）通过圆锥滚子轴承（5）与活塞杆（4）转动连接，缸筒（1）内部螺套（2）固定在缸筒（1）内壁，螺套（2）上的梯形螺纹与空心螺杆活塞（3）的外螺纹啮合，空心螺杆活塞（3）的内螺纹与活塞杆（4）上的螺纹啮合。

4.根据权利要求3所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：缸筒（1）上方设有进油口和回油口（11）分别与旋转摆动缸的进油腔和回油腔连通，缸头（6）和缸底（7）与活塞杆（4）之间设有孔用方形回转密封圈Ⅰ（14）和孔用方形回转密封圈Ⅱ（20），缸筒（1）与缸头法兰盘（9）和缸底法兰盘（8）之间设有O型圈（15）和O型圈挡圈（16）密封。

5.根据权利要求3所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：缸头（6）和缸底（7）与活塞杆（4）之间分别设有圆锥滚子轴承（5）作为活塞杆（4）旋转运动的支撑，缸底（7）的圆锥滚子轴承（5）通过卡环（10）固定在缸筒（1）和活塞杆（4）之间；空心螺杆活塞（3）与活塞杆（4）设有密封圈（13）。

6.根据权利要求3所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：空心螺杆活塞（3）与缸筒（1）之间通过轴用方形回转密封圈（17）密封，两个轴用方形回转密封圈（17）之间设有导向带（18）。

7.根据权利要求1所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：整体呈柱状的活塞杆（4）上的螺纹与活塞杆（4）头部之间与缸头（6）和缸头法兰盘（9）通过孔用方形回转密封圈Ⅰ（14）和孔用方形回转密封圈Ⅱ（20）密封，活塞杆（4）两端各设有一个匹配孔用方形回转密封圈Ⅱ（20）的环形槽，活塞杆（4）上的螺纹与空心螺杆活塞（3）的内螺纹啮合，活塞杆（4）的凹槽套有卡环（10）；活塞杆（4）底部的输出轴与联轴器（107）连接，联轴器（107）与编码器（109）连接，编码器（109）通过编码器连接法兰（108）固定。

8.根据权利要求1所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：集成块（102）两端设有用于安装两个螺纹插装阀的孔道，两个孔道通过中间的控制口A沟通，上方的孔道M₁、M₂、M₃和M₄加工完成后用钢球焊死封堵，最终的回油由回油口（11）T回油，P₁、P₂口通过端直通管接头（105）分别与进油管（106）和回油管（104）连接。

9.根据权利要求1所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：编码器连接法兰（108）整体呈柱状，柱状上端面开口，下端面有一圆形孔，柱面上开有通槽，上端面外侧设有固定环，固定环与缸底（7）通过螺栓固定，上端面设有固定孔，编码器（109）通过螺栓与编码器连接法兰（108）固定。

10.根据权利要求1所述的高速开关阀控制的伺服螺旋摆动缸，其特征在于：螺套（2）焊接在缸筒（1）内壁上，螺套（2）内侧设有与螺套（2）梯形螺纹啮合的空心螺杆活塞（3）的外螺纹，螺套（2）尾端侧面和空心螺杆活塞（3）尾端侧面与进油口垂直方向对齐，空心螺杆活塞（3）内侧前端设有与活塞杆（4）螺纹啮合的内螺纹，与内螺纹紧贴设有环形凹槽。