CN209838820U - 电液复合缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电液复合缸，包括活塞杆组件、缸体组件、电机减速器、活塞锁紧螺母、丝杆传动副组件、双向超越离合器、减速器安装座、齿轮箱组件、齿轮传动副、编码器组件、电磁阀、数字流量阀、电磁换向阀、进油单向阀、回油单向阀、压力油源、油箱，本实用新型与液压缸或电动缸相比有益效果是：(1)具有电动力、液动力和混合动力三种工作模式，适用于高负载且精度要求高的场合，如环件轧制等锻压设备；工况决定工作模式，且能相互转化。(2)电液复合缸的混合动力模式，既有电动缸的传动、定位和控制精度，又有液压缸的承载能力。(3)与液压缸的控制系统比较，可控性好，易于实现计算机或PLC自动化数字控制。

Description

电液复合缸

技术领域

本实用新型涉及到电动缸、液压缸，属于机械工程机电控制领域。特别是一种电动缸和液压缸混合而成的“电液复合缸”。

背景技术

电动缸是将电机与丝杠等一体化设计，将旋转运动转换为直线运动的模块化产品。它具有定位精度高、控制精准、运动平稳、供能简洁、无污染等优点；但是其缺点是承载能力较小，与液压缸还有一定的差距。

液压缸是液压传动系统中的执行原件，是将液压能转换为机械能，实现往复直线运动。液压缸具有结构简单、承载能力强等优点；但液压缸在低速重载下容易产生爬行现象、存在运动平稳性差、定位精度和控制精准度差等缺点。

对于既要求承载能力强，又要求运动平稳、控制精度高的一些特殊场合，例如环件的径-轴向轧制，在工进过程中就属于低速重载，采用液压缸虽满足承载的要求，但要按照径-轴向轧制工进速度曲线要求，对位置和速度实现精准控制尚有一定困难。而采用电动缸，由于承载能力有限，目前还不能完全取代液压缸，仅在较小环件轧制上得到应用。因此，研究开发一种承载能力强、控制精度高、可控性能好的直线运动产品，有其特定的市场需求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种承载能力强、可控性好、控制精度高的电液复合缸，它既兼备电动缸和液压缸的优点，又克服了各自的不足。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种电液复合缸，包括活塞杆组件、缸体组件、电机减速器、活塞锁紧螺母、丝杆传动副组件、双向超越离合器、减速器安装座、齿轮箱组件、齿轮传动副、编码器组件、电磁阀、数字流量阀、电磁换向阀、进油单向阀、回油单向阀、压力油源、油箱，活塞杆组件的一端与活塞锁紧螺母的一端连接，活塞锁紧螺母的另一端与丝杆传动副组件的螺母连接，丝杆传动副组件的丝杆的另一端固定齿轮传动副的从动齿轮，其伸出轴与编码器组件的轴孔连接，其外壳固定在齿轮箱组件的盖板上；缸体组件与活塞杆组件是一对滑动副，组成液压缸，在缸体组件的后盖上连接固定齿轮箱组件的箱底；双向超越离合器的一端与电机减速器的输出轴连接，另一端与齿轮传动副的主动齿轮连接；减速器安装座的一端固定在齿轮箱组件的箱底上，另一端用于连接固定电机减速器；在缸体组件的前后盖上设有油口，换向阀的A口连接二位三通电磁阀的A口，其B口连接数字流量阀A口，而P口连接进油单向阀的出口，换向阀的O口连接回油单向阀的进口；进油单向阀的进口连接压力油源的出口，回油单向阀的出口连接油箱；二位三通电磁阀的P口与缸体组件前盖油口连接，其B口与数字流量阀的B口连接，然后又连接在缸体组件后盖油口上。

数字流量阀由4个节流阀和4个开关电磁阀组成，四个节流阀分别与四个电磁阀串联，形成四条节流调节支路，又相互并联；四个节流阀的额定流量分别调定成q、2q、4q、8q。

活塞杆组件包括关节轴承、活塞杆和活塞，活塞杆一端设有关节轴承，另一端设有活塞及密封件，并且该端活塞杆的轴向设有钻孔d，径向设有通孔，活塞锁紧螺母的径向设有与活塞杆径向所钻通孔相对应的螺纹孔M；活塞锁紧螺母将活塞杆和丝杆传动副组件的丝杠螺母连接起来，并将活塞固定在活塞杆上。

丝杠传动副组件，包括丝杆、丝杠螺母、旋转密封组件、轴套、键和齿轮锁紧螺母及编码器连接轴；丝杆与丝杠螺母，构成一对丝杆传动副；旋转密封组件与丝杆同轴线，并由旋转密封组件中的轴用挡圈将其固定在丝杆上；轴套与丝杆同轴线，定位齿轮传动副的从动齿轮；键安装在丝杆的键槽上，固定齿轮传动副的从动齿轮；齿轮锁紧螺母与丝杆同轴线，压紧齿轮传动副的从动齿轮；编码器连接轴插入丝杆的端部，丝杆上的紧定螺钉将编码器连接轴固定在丝杆上。

本实用新型具备电动力、液动力和混合动力三种工作模式，工况决定所采用的工作模式，且三种工作模式可相互转化，以满足承载能力大、可控性好、控制精度高的要求。

本实用新型与液压缸或电动缸相比有益效果是：

(1)具有电动力、液动力和混合动力三种工作模式，适用于高负载且精度要求高的场合，如环件轧制等锻压设备；工况决定工作模式，且能相互转化。

(2)电液复合缸的混合动力模式，既有电动缸的传动、定位和控制精度，又有液压缸的承载能力。

(3)与液压缸的控制系统比较，可控性好，易于实现计算机或PLC自动化数字控制。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为电液复合缸体结构示意图。

图3为电液复合缸体三维示意图。

图4为活塞杆组件结构示意图。

图5为活塞锁紧螺母结构示意图。

图6为丝杆传动副组件结构示意图。

具体实施方式

如图1或图2所示，电液复合缸主要由活塞杆组件01、缸体组件02、电机减速器03、活塞锁紧螺母04、丝杆传动副组件05、双向超越离合器06、减速器安装座07、齿轮箱组件08、齿轮传动副09、编码器组件10、电磁阀11、数字流量阀12、电磁换向阀13、进油单向阀14、回油单向阀15、压力油源16、油箱17等零部件构成。

活塞杆组件01的一端与活塞锁紧螺母04的一端连接，活塞锁紧螺母04的另一端与丝杆传动副组件05的螺母连接，丝杆传动副组件05的丝杆的另一端固定齿轮传动副09的从动齿轮，其伸出轴与编码器组件10的轴孔连接，其外壳固定在齿轮箱组件08的盖板上。

缸体组件02与活塞杆组件01是一对滑动副，组成液压缸，在缸体组件02的后盖上连接固定齿轮箱组件08的箱底。

双向超越离合器06的一端与电机减速器03的输出轴连接，另一端与齿轮传动副09的主动齿轮连接。

减速器安装座07的一端固定在齿轮箱组件08的箱底上，另一端用于连接固定电机减速器03。

如图1所示，在缸体组件02的前后盖上设有油口，换向阀13的A口连接二位三通电磁阀11的A口，其B口连接数字流量阀12的A口，而P口连接进油单向阀14的出口，换向阀13的O口连接回油单向阀15的进口；进油单向阀14的进口连接压力油源16的出口，回油单向阀15的出口连接油箱17；二位三通电磁阀11的P口与缸体组件02前盖油口连接，其B口与连接数字流量阀12的B口连接，然后又连接在缸体组件02后盖油口上。通过管路系统将这些液压原件连接起来，可实现电液复合缸的电动力工作模式、液动力工作模式和混合动力工作模式，以及三种工作模式的相互转化。

(1)电动力工作模式

二位三通电磁阀11的线圈7YA上电，使缸体组件02的前后盖油口连通，活塞杆组件01处于浮动状态。如电机减速器03启动工作，双向超越离合器06即自动处于结合状态。电液复合缸的活塞杆伸缩的快慢、换向及停止完全由电机减速器03来控制。

这种工作模式下电液复合缸作为电动缸单独使用提供电动力，其传动过程是：电机减速器03的转矩，通过双向超越离合器06和齿轮传动副09，使丝杆传动副组件05的丝杆转动，丝杆的转动带动螺母沿轴线做直线运动，丝杆螺母的直线运动带动活塞杆组件01伸出或缩回。安装在丝杆轴一端的编码器组件10，用于电液复合缸活塞杆伸出或缩回位置的精确检测。活塞杆移动的速度和方向取决于电机减速器03。

(2)液动力工作模式

电液复合缸作为液压缸使用只提供液动力的前提条件是：电机减速器03不上电不工作，双向超越离合器06处于脱开状态。电液复合缸的活塞杆伸缩的快慢、换向及停止完全由液压控制回路的液压元件来控制：例如，电磁换向阀13控制活塞杆伸缩的换向和停止，当线圈1YA上电，活塞杆伸出；当线圈2YA上电，活塞杆缩回；当电磁换向阀13的阀芯处于中位时(即1YA和2YA均不上电)，活塞杆停止并处于液压锁定状态。

电液复合缸差动连接的快速运动回路：二位三通电磁阀11的线圈7YA上电时，使电液复合缸的两油口连通，且当电磁换向阀13的线圈1YA上电，复合电液缸的有杆腔的油液与来自数字流量阀12油流合而为一直接进入无杆腔，实现活塞杆差动快速伸出。

表1数字流量阀组电磁铁状态及系统流量控制方法

数字流量阀12是由4个普通的节流阀和4个开关电磁阀组成。四个节流阀分别与四个电磁串联，形成四条节流调节支路，又相互并联。四个节流阀的额定流量分别调定成q、2q、4q、8q。由PLC控制四个电磁阀通断的不同组合方式，可形成15级不同的流量，最小非零流量为q，最大流量为15q(见表1)。经过该阀组的流量可在0—15q之间进行连续调节，从而满足电液复合缸活塞杆不同伸缩速度的要求。

(3)混合动力工作模式

电液复合缸还可以将电缸与液压缸混合使用(这也就是电液复合缸名称的由来)来提供电液混合动力。

电液复合缸提供电液混合动力的条件是：液动力使活塞杆运动的速度必须小于等于电动力使活塞杆运动的速度。液动力使活塞杆运动的速度，是由经过数字流量阀组的电磁铁通断状态的不同组合方式所确定的流量(0—15q)来决定的；电动力使得活塞杆运动的速度，取决于减速器所配套的电机，如配套的是步进电机，则活塞杆的速度完全取决控制步进电机的频率。所以，要实现电液复合缸提供电液混合动力的条件，就是要控制步进电机的频率与数字流量阀组电磁铁通断状态组合方式的对应关系，这在控制上是容易实现的。

当满足液动力使活塞杆运动的速度小于等于电动力使活塞杆运动的速度的条件下，双向超越离合器06处于结合状态，活塞杆速度的快慢和方向完全由减速器电机决定，而承载能力完全取决于液动力的大小。使用电液复合缸混合动力，用于重载高精度的工进过程，液动力满足重载的要求，而丝杆传动副又保证了工进速度的要求。

(4)工作模式由工况决定，且能相互转化

根据工况的需求，工作模式的转化受控于液压控制回路电磁铁和电机的工作状态。根据图1，表2是按照环件径-轴向轧制不同工况的要求，控制系统的电磁铁和电机所应处的工作状态(表中“+”表示处于上电工作状态)和电液复合缸所对应的工作模式。由该表可知：

①活塞杆伸缩启动、快速前进或后退，一般对速度没有精确的要求，可以采用液动力工作模式。

②当活塞杆快速伸出到位，重载工进时转换为混合动力模式，严格按照径-轴向进给速度曲线精确控制活塞杆伸出速度。

表2活塞杆工况、电磁铁和电机工作状态及工作模式

③环件轧制即将终了进行精辗(又称“整径”)时，这时要求工进速度极慢，此时载荷已大幅度降低，流经数字流量阀12的最小非零流量q已不能满足“液动力使活塞杆运动的速度必须小于等于电动力使活塞杆运动的速度”的条件，电液复合缸切换到电动力模式，完成最终的精密轧制辗扩过程。

④在活塞杆慢速缩回即将停止前，采用混合动力或电动力工作模式，可以将活塞杆精准的停止在预设的位置。

(5)控制精度高、可控性好

在电液复合缸丝杆传动副组件05的丝杆一端安装有编码器组件10，其作用是实时检测活塞杆的伸缩位置，为电机减速器03控制和液压元件控制提供活塞杆伸缩位置的精准数字信号。电液复合缸的控制精度取决于丝杆副的传动定位精度和编码器精度以及控制方法，不受液压系统的影响。

对液压缸的速度和位移进行精准控制，由于影响因素多，比较复杂；而对电液复合缸速度和位移的控制，因受制于电动丝杠传动，其液压和电路控制方法均简单，易于实现与计算机或PLC的自动化控制。

如图4所示，活塞杆组件01包括关节轴承0101、活塞杆0102和活塞0103，活塞杆0102一端安装关节轴承0101，另一端安装活塞0103及密封件，并且该端活塞杆的轴向有钻孔d，径向钻一定数量的通孔

如图5所示，活塞锁紧螺母04的径向钻有与活塞杆0102径向所钻通孔相对应的螺纹孔M。活塞锁紧螺母04将活塞杆0102和丝杠螺母0502连接起来，并将活塞0103固定在活塞杆0102上。

如图6所示为丝杠传动副组件05，它由丝杆0501、丝杠螺母0502、旋转密封组件0503、轴套0504、键0505和齿轮锁紧螺母0506及编码器连接轴0507构成。丝杆0501与丝杠螺母0502，构成一对丝杆传动副；旋转密封组件0503与丝杆0501同轴线，并由旋转密封组件0503中的轴用挡圈将其固定在丝杆0501上；轴套0504与丝杆0501同轴线，定位齿轮传动副09的从动齿轮；键0505安装在丝杆0501的键槽上，齿轮传动副09的从动齿轮；齿轮锁紧螺母0506与丝杆0501同轴线，压紧齿轮传动副09的从动齿轮；编码器连接轴0507插入丝杆0501的端部，丝杆0501上的紧定螺钉将编码器连接轴0507固定在丝杆0501上。

Claims (4)

1.一种电液复合缸，包括活塞杆组件(01)、缸体组件(02)、电机减速器(03)、活塞锁紧螺母(04)、丝杆传动副组件(05)、双向超越离合器(06)、减速器安装座(07)、齿轮箱组件(08)、齿轮传动副(09)、编码器组件(10)、电磁阀(11)、数字流量阀(12)、电磁换向阀(13)、进油单向阀(14)、回油单向阀(15)、压力油源(16)、油箱(17)，其特征在于：活塞杆组件(01)的一端与活塞锁紧螺母(04)的一端连接，活塞锁紧螺母(04)的另一端与丝杆传动副组件(05)的螺母连接，丝杆传动副组件(05)的丝杆的另一端固定齿轮传动副(09)的从动齿轮，其伸出轴与编码器组件(10)的轴孔连接，其外壳固定在齿轮箱组件(08)的盖板上；缸体组件(02)与活塞杆组件(01)是一对滑动副，组成液压缸，在缸体组件(02)的后盖上连接固定齿轮箱组件(08)的箱底；双向超越离合器(06)的一端与电机减速器(03)的输出轴连接，另一端与齿轮传动副(09)的主动齿轮连接；减速器安装座(07)的一端固定在齿轮箱组件(08)的箱底上，另一端用于连接固定电机减速器(03)；在缸体组件(02)的前后盖上设有油口，换向阀(13)的A口连接二位三通电磁阀(11)的A口，其B口连接数字流量阀(12)A口，而P口连接进油单向阀(14)的出口，换向阀(13)的O口连接回油单向阀(15)的进口；进油单向阀(14)的进口连接压力油源(16)的出口，回油单向阀(15)的出口连接油箱(17)；二位三通电磁阀(11)的P口与缸体组件(02)前盖油口连接，其B口与数字流量阀(12)的B口连接，然后又连接在缸体组件(02)后盖油口上。

2.如权利要求1所述的电液复合缸，其特征在于：数字流量阀(12)由4个节流阀和4个开关电磁阀组成，四个节流阀分别与四个电磁阀串联，形成四条节流调节支路，又相互并联；四个节流阀的额定流量分别调定成q、2q、4q、8q。

3.如权利要求1所述的电液复合缸，其特征在于：活塞杆组件(01)包括关节轴承(0101)、活塞杆(0102)和活塞(0103)，活塞杆(0102)一端设有关节轴承(0101)，另一端设有活塞(0103)及密封件，并且该端活塞杆(0102)的轴向设有钻孔d，径向设有通孔活塞锁紧螺母(04)的径向设有与活塞杆(0102)径向所钻通孔相对应的螺纹孔M；活塞锁紧螺母(04)将活塞杆(0102)和丝杆传动副组件(05)的丝杆螺母连接起来，并将活塞(0103)固定在活塞杆(0102)上。

4.如权利要求1所述的电液复合缸，其特征在于：丝杆传动副组件(05)，包括丝杆(0501)、丝杆螺母(0502)、旋转密封组件(0503)、轴套(0504)、键(0505)和齿轮锁紧螺母(0506)及编码器连接轴(0507)；丝杆(0501)与丝杆螺母(0502)，构成一对丝杆传动副；旋转密封组件(0503)与丝杆(0501)同轴线，并由旋转密封组件(0503)中的轴用挡圈将其固定在丝杆(0501)上；轴套(0504)与丝杆(0501)同轴线，定位齿轮传动副(09)的从动齿轮；键(0505)安装在丝杆(0501)的键槽上，固定齿轮传动副(09)的从动齿轮；齿轮锁紧螺母(0506)与丝杆(0501)同轴线，压紧齿轮传动副(09)的从动齿轮；编码器连接轴(0507)插入丝杆(0501)的端部，丝杆(0501)上的紧定螺钉将编码器连接轴(0507)固定在丝杆(0501)上。